数字图像相关的不锈钢真实应力应变关系测量

工程上广泛应用的名义应力应变曲线,在材料发生大变形时,由于应力和应变不再沿着试件均匀分布,因而不能真实反映材料在塑性阶段的本构关系。在不锈钢标准板的拉伸试验中连续采集试件散斑表面的数字图像,采用数字图像相关技术对序列数字图像进行相关运算以获得其每个变形状态下的变形场,得到了整个拉伸过程中试件的变形形态。以光学虚拟引伸计的方法分别测量横向和竖向的实时应变数据,结合体积不变理论计算得到真实应力应变曲线。采用Johnson-Cook材料模型对真实应力应变曲线进行拟合,得到了塑性本构关系;最后根据以上实验结果和真实应力应变曲线获取了材料的力学特性参数。实验结果表明了基于数字图像相关方法对不锈钢真实应力应变关系测量的有效性和可靠性,对实验结果的真实应力应变曲线后处理,获得不锈钢材料的弹性模量为169 GPa,屈服强度为236.8 MPa,并获得了Johnson-Cook简化模型的所有三个参数A、B和n的数值。     

配筋混凝土轴向拉伸试验条件下的应力-应变关系研究

混凝土应力-应变关系是混凝土构件承载力、变形分析及裂缝研究的重要参数.本文设计制作了配筋混凝土试件开展配筋混凝土试件轴向拉伸试验,通过分离钢筋与混凝土分别承受的荷载,获得不同配筋率下的混凝土轴向拉伸应力-应变关系曲线,分段拟合得到对应的应力-应变曲线方程,并探讨了配筋率对混凝土轴向拉伸应力-应变关系曲线的影响规律.     

单轴压缩下交叉裂隙花岗岩变形与能量演化分析

为了更好地了解交叉裂隙对岩体力学性质和变形特征的影响,对不同主次裂隙夹角的花岗岩试件进行了单轴压缩试验.根据试验结果,对交叉裂隙试件的应力-应变曲线规律、变形与强度特性以及能量演化过程进行了分析.研究结果表明:交叉裂隙试件的力学性质和变形特征与主、次裂隙的夹角密切相关,裂隙试件的应力-应变曲线比完整试件更早进入裂纹萌生和扩展阶段,峰值应力前应力-应变曲线会出现一定的应力波动现象;裂隙试件的峰值强度和弹性模量明显降低,弹性模量随交叉裂隙夹角的增大先减小后增大,但峰值强度受夹角的影响不大;裂隙试件在单轴压缩过程中的总能量、弹性应变能和耗散能相较于完整试件显著降低.     

Q235软钢在修正应力下断裂应变新模型

为准确确定Q235-B级钢在三轴应力下的断裂应变,进行五组共计10个具有不同凹陷半径试件的拉伸试验.在试验的基础上,对试件建立有限元分析模型,并进行详细的弹塑性大变形分析,给出试件中三轴应力的变化,并导出与三轴应力相关的真实塑性应变.得到Q235-B级钢的两个与真实断裂应变相关的塑性失效准则.     

实心试件大变形扭转试验的有限元模拟

对类似于Lindholm型扭转试件外部几何尺寸的实心扭转试件的大变形扭转试验过程进行了有限元模拟,并对通常的根据扭转角-扭矩曲线确定材料的剪应变-剪应力曲线的方法进行了误差分析。分析表明,由于存在因截面的突然变化所引入的端部效应,试件标距部分外表面的单位长度扭角不再保持不变,靠近标距端部的横截面上的半径不再保持为直线。作为比较,对均匀实心试件的大变形扭转响应特性亦进行了分析。此外,还分别对试件在夹持端轴向自由和轴向固定时的轴向应力和应变进行了分析,结果表明对于确定材料的剪应变-剪应力曲线或等效应力-应变关系,轴向效应的影响可以忽略不计。     

岩石变形参数测试装置

本装置与应变仪配套使用,可对岩石、煤、水泥、石膏、相似材料等各种试件的纵向和横向变形进行检测,并能自动连续绘制出上述试件的应力—应变曲线,它是一种测试单向压缩条件下试件变形参数的新型装置。     

FRP约束混凝土短柱在重复轴压作用下的力学性能

为了研究纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土短柱在重复轴压荷载作用下的力学性能,对其进行试验和理论研究.共对6个FRP约束混凝土短柱试件(含3个单调加载和3个重复加载试件)进行竖向轴压试验.基于试验结果,分析讨论试件的破坏模式、应力-应变曲线、塑性残余应变、应力退化和极限状态.试验结果表明,重复荷载作用下试件的包络曲线略低于对应的单调荷载作用下试件的应力-应变曲线;卸载应变和塑性残余应变存在线性关系;FRP约束混凝土在重复荷载作用下的应力退化系数基本保持不变.根据国内外学者提出的理论模型,对重复加载试件的卸载路径曲线、再加载路径曲线和全过程应力-应变曲线进行预测.通过与试验结果比较,证明这些模型具有准确性和合理性.     

不同温度下有机玻璃厚板的准静态拉伸试验研究

为研究温度对有机玻璃厚板准静态拉伸力学性能的影响,得到有机玻璃的本构关系,设计了母材试件和带拼接缝试件,分别进行单轴拉伸试验,试验温度为-40~40℃.对比试件的真实和名义应力应变曲线,采用ZWT模型的非线性弹性部分表达式对试验结果进行拟合,并且对试件断口进行电镜扫面分析.试验结果表明,有机玻璃厚板的应力应变曲线表现出非线性,无屈服点,试件为脆性破坏.随着温度的升高,试件的极限强度和初始弹性模量均减小.带拼接缝试件的强度为母材试件强度的77.2%~89.6%.设计的有机玻璃试件强度较高,初始弹性模量偏小.拟合得到的本构方程能较好地描述有机玻璃厚板的本构关系.当温度高于0℃时,断口表面的河流花样变得明显.     

轴压PVC-FRP管混凝土中长柱试验研究

通过10根PVC-FRP管混凝土中长柱轴压性能试验研究,探讨PVC-FRP管混凝土中长柱受力性能以及PVC-FRP管对核心混凝土承载力的提高效果,分析长细比对试件承载力、变形以及破坏形态的影响.试验研究表明:PVC-FRP管混凝土中长柱的受力过程经历弹性阶段、裂缝开展阶段和强化阶段;试件破坏形态表现为中部多条FRP条带被拉断,PVC管被压碎;随着长细比的增加,试件的承载力、轴向极限应变和环向极限应变逐渐减少,轴向极限应变降低的幅度比承载力降低幅度要大.PVC-FRP管混凝土中长柱的应力-应变关系曲线可以分为两个阶段:第一阶段的应力-应变曲线为抛物线,与素混凝土柱基本相似;第二阶段的应力-应变曲线为强化段,不同长细比试件强化段的斜率基本相同,试件破坏前,其应力和应变一直处于增加状态.在试验研究基础上,提出PVC-FRP管混凝土中长柱承载力和轴向极限应变的计算公式,建立PVC-FRP管混凝土中长柱应力-应变关系模型.研究结果为PVC-FRP管混凝土柱的研究和应用提供了参考.     

混凝土单轴拉伸损伤试验研究

在几组混凝土试件中,采用掺入不同量的引气剂的试验方法,人为地制造随机的细微空隙,以模拟不同程度的损伤,通过测定几组不同损伤程度混凝土试件的弹性模量和绘制试件受力变形曲线,计算了单轴拉伸情形下的初始损伤和峰值应力所对应的损伤。与前人所做的压缩损伤试验比较,探讨了混凝土材料拉伸与压缩时损伤的区别及相同应变水平下拉伸损伤与压缩损伤的关系,并利用指数函数损伤模型推算了混凝土临界损伤。     

改进组合式L形钢管中核心混凝土应力-应变关系

在已有轴压试件试验的基础上研究改进组合式L形钢管中核心混凝土轴压应力-应变关系,详细分析核心混凝土应力-应变关系参数计算方法.在分析主要影响参数的基础上,回归了所提应力-应变关系的参数表达式.最后,采用所提应力-应变关系对改进组合式L形钢管混凝土柱轴压荷载-应变关系曲线进行了全过程计算.结果表明,核心混凝土平均峰值应变计算值与试验值的比值平均值为0.962 1,轴压极限荷载计算值与试验值的比值平均值为0.972 8,计算曲线与试验曲线吻合程度较好,验证了所提核心混凝土应力-应变关系的合理性.     

碱矿渣混凝土受压应力-应变关系试验研究

为研究碱矿渣混凝土的受压应力-应变关系,分别制作单轴受压混凝土棱柱体标准试件和钢管约束条件钢管混凝土试件,开展单轴受压条件和钢管约束条件下碱矿渣混凝土受压应力-应变关系试验.结果表明:单轴受压条件下,碱矿渣混凝土立方体强度和棱柱体强度关系仍可采用现行规范建议式表示,采用无量纲两段式应力-应变关系模型拟合的单轴受压应力-应变关系与试验曲线结果吻合良好;钢管约束条件下,碱矿渣混凝土极限强度和极限应变均较单轴条件下有了明显提高,表明钢管约束作用能够较好地提高核心混凝土的强度和韧性性能;采用已有钢管约束核心混凝土应力-应变关系模型拟合的应力-应变关系曲线与试验曲线吻合较好.结果表明:现有普通混凝土应力-应变关系模型对单轴受压条件和钢管约束条件下碱矿渣混凝土仍然适用.     

混凝土受压性能的非均质细观数值模拟

将混凝土看作是由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了非均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性损伤本构关系或弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,获得了相应的混凝土单轴受压宏观应力-应变曲线,并将计算结果与试验结果做了比较.结果表明:混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;非均质模型计算所得的宏观应力-应变曲线上升段与试验结果吻合相对较好,弹塑性本构模型计算所得的曲线下降段比弹脆性模型更接近于试验曲线.     

基于钢材真实应力应变关系的研究

目的研究钢材真实应力应变的关系,验证微观断裂机理的适用性和有效性.方法利用Q235B、Q345B两种型号钢材,选取母材、焊缝及其热影响区位置的圆棒,进行室温单轴拉伸试验,并进行本构关系的拟合与断口形貌的分析.结果利用全自动引伸计对试件进行全程跟踪,采集到的应力应变曲线可以较好地反映试件的力学性能,经有限元计算能更准确的模拟钢材的真实应力应变关系;两种钢材的破坏形式为韧性断裂且延伸率均较大,Q235B钢材的断面收缩率大于Q345B钢材,Q235B表现出更好的延性.结论利用Q235B、Q345B母材、焊缝金属和热影响区的单拉加载结果,可应用于后期标定钢材断裂韧性参数的研究中.     

局部应力应变法的试验研究

概述了局部应力应变法的原理和现有的各种理论,试验测定了40CrNiMoA材料的循环应力应变曲线、应变寿命曲线,并做了随机载荷作用下缺口试件的疲劳试验.用上述各种理论估算了缺口试件的疲劳寿命,并与试验结果作了比较分析。     

T91钢的高温塑性变形及动态再结晶行为

采用Gleeble-1500热模拟试验机进行了T91钢的压缩试验,研究了变形温度为1100～1250℃、应变速率为0.01～1 s-1时该钢的变形行为,分析了流变应力与应变速率和变形温度之间的关系,计算了高温变形时应力指数和变形激活能,并采用Zener-Hollomon参数法构建该钢高温塑性变形的本构关系,绘制了动态再结晶图和热加工图.结果表明:在试验变形条件范围内,其真应力-真应变曲线呈双峰特征;钢中发生了明显的动态再结晶,且再结晶类型属于连续动态再结晶.T91钢的热变形激活能为484 kJ.mol-1,利用加工图确定了热变形的流变失稳区,结合力学性能,可以优先选择的变形温度为1200～1 250℃,应变速率不高于0.1 s-1.     

一种新的胶凝砂砾石坝坝料应变预测模型

为了研究胶凝砂砾石料的变形特性,对胶凝掺量60kg/m~3的胶凝砂砾石料在围压为300,600,900和1 200k Pa条件下进行三轴剪切试验,在此基础上,分别采用摩尔库仑准则、改进双曲线及抛物线描述胶凝砂砾石料的强度特性、应力-应变及体积应变-轴向应变关系,形成胶凝砂砾石料的应变预测模型。研究结果表明:高围压时峰值强度之前的应力应变曲线斜率比低围压时的斜率大,但软化不明显;与高围压相比,低围压下的试件会较早出现剪胀现象;轴向应变相同时,围压越高的试件主应力差与体积应变越大。模型计算结果与三轴剪切排水试验数据较为吻合,表明该模型能较准确地反映胶凝砂砾石料应力应变关系。     

矿用高强度圆环链的力学性能与强度分析

研究23MnNiMoCr54合金钢的力学特性,通过静拉伸试验得到材料载荷-变形曲线,以此为基础对其真实应力-真实应变曲线进行了计算.根据23MnNiMoCr54的弹塑性真实应力-真实应变曲线,利用非线性有限元分析软件ABAQUS进行圆环链的有限元弹塑性接触分析,得到链环的应力场及相关评价指标的计算值.通过开展圆环链的静拉伸试验研究,表明了圆环链弹塑性接触分析结果的有效性,为圆环链的结构设计和优化提供了理论依据,节约了试验成本.     

多功能三轴混凝土试验系统

研制了一套进行三轴应力下混凝土变形与强度试验装置系统。该系统适用范围广，既可用于荷载控制，也可用于变形控制；可进行不同应力比下的平面应力、平面应变及一般三轴受压和三轴受拉加载下的变形与强度试验；适应多种试件尺寸，最大试件尺寸可达到　ｌｍ；吨位较大，每向最大压力为２０００　ｋＮ，最大拉力为　５００　ｋＮ，并具有钢刷加载装置。数据采集处理全部由计算机实现，可采集到应力－应变曲线的下降段。试验精度与效率都较高。     

反复荷载下碳化混凝土力学性能及本构关系研究

为研究碳化对反复荷载下混凝土力学性能及本构关系的影响,本文通过碳化混凝土棱柱体试件单调及反复荷载试验,得到各试件应力应变曲线及骨架曲线,考虑到碳化混凝土构件的截面尺寸效应,从混凝土碳化率的角度对比分析了单调及反复荷载下碳化对试件破坏形态、混凝土强度、弹性模量、峰值应变及极限应变的影响.试验表明:随着反复荷载下碳化混凝土内部损伤的积累,其应力应变曲线下降段比单调荷载下的更为陡峭,破坏较为突然,反复荷载碳化混凝土延性变差;反复荷载下随着碳化率的增加,混凝土碳化后的峰值应变有所降低,但变化不大;而峰值应力均有所提高,极限应变均有所降低.根据试验结果引入与碳化率相关的下降段参数修正系数建立了碳化混凝土反复荷载作用下应力-应变本构关系,通过与试验对比分析表明本文确定的本构关系与试验结果较为吻合.