低温高应力下水工沥青混凝土粘弹特性实验研究

为研究水工沥青混凝土材料在低温高应力下粘弹特性,进行了不同温度和不同应力作用下材料的压缩蠕变实验.选择4种常见的粘弹性本构模型,编制非线性拟合程序,进行模型方程与实验曲线拟合,对比分析不同模型优缺点,得到最优模型并进行其参数与不同温度和加载应力的关系研究,结果表明,Burgers模型可以很好的反映水工沥青混凝土减速及等速蠕变两个阶段的粘弹特性,在低温和高应力条件下表现出更强的温度依赖性和敏感性.研究成果为水工沥青混凝土的工程应用提供数值计算依据.     

带式输送机动态分析连续模型

从动力学的观点出发,结合输送带本身的粘弹特性,推导出了带式输送机系统中输送带运动特性方程的表达式,并进一步推导出了带式输送机系统的连续模型,为带式输送机系统的动态分析奠定了基础。计算机仿真结果对此连续模型作了初步证实。     

不同加载条件下的腰椎间盘蠕变实验研究

为研究加载条件对腰椎间盘蠕变性能的影响,以新鲜猪腰椎间盘为研究对象,采用非接触式数字图像相关技术,考虑不同压缩应力及加载速率,对椎间盘进行蠕变实验,并建立蠕变本构模型。结果表明:施加压缩应力时,椎间盘蠕变曲线呈指数规律变化;相同加载速率下,蠕变应变随着应力的增大而增大;应力相同时,加载速率越大,蠕变应变越小;利用三参数粘弹模型建立的椎间盘本构方程与实验结果具有较好的相关性,该能够预测椎间盘的蠕变性能。研究结果为临床进一步研究人体椎间盘粘弹特性提供理论基础。     

一种考虑粘弹塑性的新型橡胶材料本构模型及其参数识别

用带屈服过程的塑性单元来描述橡胶材料的振幅相关性,研究了塑性单元个数和屈服点分布的确定方法。提出了一种由该塑性单元与超弹及粘弹单元叠加成的橡胶材料的粘弹塑性本构模型。根据橡胶材料特性实验拟合该模型中的材料参数,并将该理论模型转化成有限元软件中的材料参数建立橡胶材料的有限元模型。橡胶材料有限元仿真结果与实验结果吻合较好,可用于后续橡胶衬套建模以及悬架系统的分析。     

饱和岩石循环冻融蠕变力学特性及损伤分析

为研究饱和岩石循环冻融条件下的蠕变力学特性,开展不同饱和冻融次数三轴蠕变力学试验。根据试样变形特征建立了弹粘塑性蠕变模型,计算了蠕变模型相关参数,研究了饱和循环冻融相关参数变化特征。分析了随冻融次数增加裂隙扩展发育规律,提出了循环冻融蠕变损伤模型,基于试验数据对损伤模型进行了验证。研究表明:饱和循环冻融蠕变过程分为过渡蠕变阶段,稳定蠕变阶段和加速蠕变阶段三个阶段,冻融次数增加蠕变各个阶段均呈缩短趋势。建立弹粘塑性蠕变模型基础上,总结相关蠕变参数随加载应力增加均呈现增大趋势,随冻融次数增加,相同应力条件下蠕变参数逐渐减小。冻融过程中裂隙发育主要分为两种:沿原有裂隙扩展和独立发育的裂隙。原有裂隙扩展速度大于独立发育裂隙产生速度。试样循环冻融过程中裂隙发育速度逐渐增大。考虑冻融次数对蠕变参数的影响,同时引入损伤系数对其影响结果修正,建立蠕变损伤模型解释了循环冻融蠕变损伤过程,模型理论曲线与试验数据对比显示具有较好的相关性,验证了蠕变损伤模型的正确性。     

砂沥青混合料非线性粘弹模型

基于砂沥青混合料蠕变特征,在Burgers模型中串联粘塑性体,并对粘塑性体中粘性系数进行改进,得到描述整个蠕变过程的非线性粘弹模型,理论推导和分析了模型蠕变方程.进行了砂沥青混合料试样施加不同应力下单轴压缩蠕变实验,由最小二乘法编制非线性拟合程序求得模型参数,拟合得到各模型参数与应力函数关系式.通过模型预测和实验值对比,结果表明,模型完整描述了砂沥青混合料蠕变过程3个阶段,尤其反映了加速蠕变的非线性粘弹特征.     

采用分数阶导数描述胶凝原油的流变模型

提出了采用分数阶导数的新流变模型理论来描述胶凝原油蠕变特性和动态粘弹特性的方法.由Maxwell体和分数阶导数的类Kelvin体组合建立了类Burgers体流变模型,并推导得到了分数阶导数类Burgers体的蠕变柔量表达式.试验验证了该模型能精确描述胶凝原油的蠕变过程,而经典的标准粘弹性固体模型和粘弹性流体模型都不能很好地拟合蠕变试验曲线.试验还验证了分数阶导数的类Kelvin体和类标准线性体都能精确描述胶凝原油的动态粘弹性能,而经典的标准粘弹性固体模型同样也不能很好地拟合动态粘弹试验曲线.     

采用分数阶导数描述胶凝原油的流变模型

提出了采用分数阶导数的新流变模型理论来描述胶凝原油蠕变特性和动态粘弹特性的方法.由Maxwell体和分数阶导数的类Kelvin体组合建立了类Burgers体流变模型,并推导得到了分数阶导数类Burgers体的蠕变柔量表达式.试验验证了该模型能精确描述胶凝原油的蠕变过程,而经典的标准粘弹性固体模型和粘弹性流体模型都不能很好地拟合蠕变试验曲线.试验还验证了分数阶导数的类Kelvin体和类标准线性体都能精确描述胶凝原油的动态粘弹性能,而经典的标准粘弹性固体模型同样也不能很好地拟合动态粘弹试验曲线.     

基于岩体蠕变试验的Burgers改进模型

以湖北潘口水电站进水口边坡岩体为研究对象进行室内蠕变试验,得到岩样的应力-应变曲线和相应的力学参数;对本构模型进行分析,提出改进方法。在Mohr-Coulomb准则(M-C准则)基础上引入新的M-C塑性元件,提出Burgers改进蠕变模型。研究结果表明:白云石英片岩和绿泥钠长片岩具有明显的蠕变特性,在不同级别的荷载力加载下,加载应力与应变以比例方式增大;这2种岩体材料同时具有黏塑、瞬塑、瞬弹和黏弹特性,这4种特性随着应力增大也呈增强趋势;这2种岩体材料在饱和状态下蠕变现象更明显;Burgers改进蠕变模型能够对黏弹塑性偏量特征及弹塑性体积进行模拟。     

带式输送机制动阶段的动态特性

带式输送机随着输送长度和运行带速的增加,输送机的动态特性对输送机的安全运行影响变大,特别是启制动工况.基于ADAMS的带式输送机的动态模型,应用ADAMS软件对带式输送机制动阶段的动态特性进行分析,给出了不同停车时间的输送带加速度和动张力的变化曲线.分析表明:无论头部还是尾部,停车时间越短,动张力变化及动张力波动幅度越大,且最大张力和最大加速度不是发生在速度变化的拐点处,而有一个滞后时间.输送带弹性造成应力波传播的速度滞后.     

考虑剪应力水平和土体干密度影响的锚-土界面剪切蠕变模型

岩土锚固工程中,土体密实度影响着锚-土界面剪切蠕变特性.为研究不同干密度土层中灌浆锚杆锚固体-红土界面的剪切蠕变特性,研制了一套钻孔成孔的锚固单元体试样制作装置,制备了不同干密度的锚固单元体试样.利用自行设计制作的锚-土界面剪切蠕变特性测试系统对试样进行分级加载,并按照陈宗基等提出的蠕变曲线处理方法,得到了不同干密度下锚-土界面分别加载下的蠕变曲线,再采用等时曲线法获得了不同干密度下锚-土界面长期抗剪强度.选取不同干密度试样中部分应力水平下的蠕变曲线,分别采用双曲线模型对其等时曲线进行回归分析并建立出相应的蠕变模型,再通过建立蠕变模型参数与土体干密度的经验关系,得到可同时考虑剪应力水平和土体干密度影响的锚-土界面剪切蠕变模型.结果表明,本文模型对已参与和未参与建模的蠕变曲线的预测精度均较高.     

再生沥青混凝土黏弹特性实验研究

为研究再生沥青混凝土的黏弹特性,制作了RAP掺量分别为10%、20%、30%、40%的马歇尔试件,并对不同掺量的再生沥青混凝土进行了单轴压缩试验和蠕变试验,分析了不同RAP掺量对再生沥青混凝土抗压强度和蠕变特性的影响.选择3种常见的黏弹性本构模型,利用Origin绘图软件将模型方程与试验曲线进行拟合,得到最优本构模型,并研究其和参数不同荷载强度与不同RAP掺量的关系.结果表明：四参数固体模型相对于其他两种模型可以更好地反映出再生沥青混合料的黏弹特性.研究成果可为再生沥青混凝土的工程应用提供数值计算依据.     

三轴压缩下突出煤粘弹塑性蠕变模型

煤与瓦斯突出是煤矿井下最严重的灾害之一,研究突出煤的蠕变特性是认识煤与瓦斯延迟突出机理的重要方向。采用自行研制的突出煤蠕变渗流试验装置,对取自松藻煤矿的煤样进行了突出煤三轴蠕变试验。蠕变试验数据分析表明,突出煤在低于其长期强度载荷条件下表现出一种衰减蠕变特性,在高于其长期强度载荷条件下则表现出非衰减蠕变特性。通过引入能描述非牛顿流体变形特性的粘弹塑性体,结合鲍埃丁-汤姆逊体建立了突出煤粘弹塑性蠕变模型。利用Matlab编程拟合出了模型的相关参数,并根据突出煤的三维蠕变试验结果对蠕变模型进行了验证。试验结果与理论结果对比表明,所提出的突出煤的蠕变模型能有效地反映突出煤各种蠕变阶段的变形特性,尤其是加速蠕变阶段,充分体现了所建立的突出煤粘弹塑性蠕变模型的正确性与合理性。     

秦岭Ⅱ线隧道围岩在不同温度下蠕变变形的有限元分析

基于秦岭隧道围岩在不同温度下蠕变特征的试验结果及现场实测初始地应力和物理力学参数,本文用弹－粘塑性有限元方法对秦岭Ⅱ线导洞围岩在不同温度下变形的时效性进行了模拟计算,一方面可预计围岩是否会发生蠕变失稳,另一方面计算结果可为围岩的支护设计提供科学依据。     

不同环境温度下的织物芯输送带压陷滚动阻力仿真研究

随着带式输送机绿色节能要求的提高,如何有效减小压陷滚动阻力成为重要课题。为研究环境温度对带式输送机压陷滚动阻力的影响规律,并克服实际工程数据检测难这一困难,提出了一种围绕环境温度的有限元仿真方法。以织物芯带式输送机为研究对象,通过SolidWorks建立三维模型,之后利用ANSYS Workbench有限元分析软件开展在不同环境温度下的压陷滚动阻力仿真研究,其中使用Mooney-Rivlin的两参数模型定义输送带覆盖层材料。结果表明,环境温度的升高使得压陷滚动阻力逐渐减小。研究结果为带式输送机绿色节能提供了依据。     

冻结黏土分数阶损伤蠕变模型参数确定及验证

为表达介于理想固体和理想流体之间的人工冻土蠕变特性,常用弹簧元件、黏壶元件与滑块元件间的复杂组合来实现。基于分数阶导数理论则可用较简单的模型来表达人工冻土蠕变性质。分析山西某矿井井筒检查孔黏土不同冻结温度下的单轴抗压、蠕变试验曲线,得到温度对冻结黏土单轴抗压应力应变及蠕变特性的影响规律。在Singh-Mitchell模型的基础上,引入分数阶导数理论,建立受冻结温度、加载等级影响的分数阶冻土蠕变模型。通过分析蠕变与时间取对数的拟合曲线发现两者具有线性关系,进而得出与温度有关的模型参数。鉴于建立的分数阶冻土蠕变模型不能反映冻土蠕变加速阶段,将损伤因子引入建立的分数阶蠕变模型,建立人工冻土分数阶损伤蠕变模型。对比分析分数阶蠕变模型计算值与试验值,表明该模型能够很好地反映人工冻结黏土在稳定蠕变阶段、加速蠕变阶段变形发展特点。建立的S-M分数阶蠕变模型参数少、易于确定且有一定的物理意义,便于工程应用。     

应力锥橡胶材料在变温环境下的力学性能

利用德国Zwick020材料试验机,进行高压电缆终端应力锥两种橡胶材料在不同温度环境下单向拉伸大变形力学行为的试验研究,得到不同温度和不同加载速率条件下材料的应力 应变关系曲线,并分析了温度及加载速率变化对材料力学性能的影响.运用Mooney Rivlin橡胶材料模型,对试验材料进行了理论分析,根据试验结果拟合出相关参数,构建了适用高压电缆终端应力锥两种橡胶材料的本构关系公式.对比不同温度下两种橡胶材料的理论计算和试验的应力值,说明该本构关系满足工程实际需要,为高压电缆应力锥的进一步研究提供了理论基础.     

辊子压带式带式输送机的动态特性

为提高设备运行的可靠性及安全性,利用Pro/E对辊子压带式带式输送机进行建模,通过ADAMS对模型进行不同工况下的动态特性分析。讨论了输送带刚度、阻尼系数、压辊分布、带速以及输送机对辊子压带式带式输送机动态特性的变化规律。分析结果表明,适当的增大输送带的刚度和阻尼系数,可以有效地减小启动过程中输送带的波动幅度;带速的增加,输送机系统的不稳定性增大;输送带的最大张力值与输送量近似成线性关系;输送距离与输送机系统的振动特性关系显著;适当地加大压辊的间距,还可以在一定程度上降低成本。虚拟样机技术对辊子压带式带式输送机进行动态分析的方法是可行的,为高带速、长运距辊子压带式带式输送机的发展提供了理论的依据。     

粘弹粘塑性围岩流变特性解析

本文采用岩体的力学介质模型研究了粘弹粘塑性巷道围岩流变特性,按照围岩—支护共同作用的观点,得到了在支护反力作用下的一般表达式,给出了在支护反力为常量时包括粘弹粘塑性围岩特性曲线及其时间效应的封闭式解答。     

压实Q3马兰黄土蠕变规律研究

为了研究压实Q3马兰黄土的蠕变特性,开展不同压实度、不同含水量下压实土的单轴排水与不排水蠕变试验,得到其轴向应变-应力-时间关系,采用已有的经验模型及H-K、Burgers、M-B元件模型分别描述其蠕变规律并对比分析其适宜性,采用能综合反映蠕变特性参数的等效蠕变模量E(t)来分析不同因素对蠕变规律敏感性。研究结果表明:Q3马兰黄土的蠕变特性对含水量敏感程度较大,对压实度次之,排水条件对低含水量和低压实度土体的蠕变特性敏感程度较大;采用M-B元件模型能够较准确地描述其瞬时弹性应变、衰减蠕变和稳定粘滞流动三个阶段,通过等效蠕变模量E(t)能够较好地反映不同初始条件下的蠕变效应,得到了E(t)与含水量w和轴向荷载σ0的经验公式。