酸腐蚀作用对岩石的接触变形和损伤的影响

为了探索岩石受酸性环境腐蚀的非破坏性检测方法,用冲击球压法研究花岗岩、大理石在质量分数为6%的盐酸溶液中压入深度-冲击荷载关系、损伤半径-拉应力关系及接触损伤的规律.将未受酸液作用的试样进行球压试验后浸泡于酸液中进行损伤区扩展试验.对岩石压痕损伤区的形貌特点进行表征,阐明接触损伤对岩石材料的潜在危害.研究结果表明:在盐酸的持续作用下,花岗岩的表面弹性模量缓慢降低,大理石的表面弹性模量迅速降低,其中,90 d时花岗岩表面弹性模量下降52.7%;15 d时大理石表面弹性模量下降92.2%,未到90 d时,材料整体发生溶蚀;90 d时花岗岩的损伤区扩展31.9%,而大理石的损伤区在15 d时扩展了128.9%.     

花岗岩多次高温水冷热冲击后力学试验

为了研究多次高温水冷产生的热冲击作用对花岗岩力学性能、开裂特征的影响,将花岗岩在300℃高温下进行不同循环次数的高温水冷热冲击处理,并对处理后的花岗岩分别开展静态压缩试验与静态巴西劈裂试验,测试其相关力学参数的变化.结果表明:①随着循环热冲击次数的增加,花岗岩的抗压强度、抗拉强度都呈现下降趋势,且抗压强度与抗拉强度之间存在线性函数关系,根据拟合公式,可以较好地预测花岗岩的强度变化特征.②花岗岩的压缩弹性模量、变形模量经过15次循环热冲击后,分别下降了25.18％、35.20％;拉伸弹性模量下降了46.76％,采用多项式拟合结果较好.③随着循环热冲击次数的增加,花岗岩延性增加,表现为单轴压缩应力-应变曲线形式从塑-弹性形式向塑-弹-塑性形式过渡;巴西劈裂试验应力-应变曲线基本分为压密阶段、弹性变形阶段和峰后破坏3个阶段.④花岗岩单轴压缩破裂模式从竖向劈裂破坏逐渐向锥形剪切破坏过渡,破坏角度逐渐减小.可见循环高温水冷热冲击对花岗岩力学性能的劣化具有较大的影响.     

高应变率下混凝土动态力学性能SHPB实验

利用φ100 mm霍普金森压杆试验设备,研究了混凝土材料在冲击荷载下的动态压缩性能,分析验证了实验结果的有效性、一致性和试样中的应力均匀性问题,得到了混凝土材料在较高应变率范围内的动态应力-应变关系.研究表明,混凝土材料的动态应力-应变呈非线性关系;混凝土材料为应变率敏感性材料,在较高应变率范围内混凝土材料的动态应力-应变关系是与应变率相关的;混凝土材料的破坏应力和破坏应变随应变率的增大而增大.     

强冲击荷载作用下混凝土材料动态力学特性及本构模型

基于连续损伤力学理论、统计细观理论和Perzyna黏塑性本构方程, 构造了一个塑性与损伤相耦合的本构模型来描述混凝土材料在强冲击载荷作用下的应力-应变响应特性. 在该模型中假设: 1) 宏观上混凝土材料是一个均匀连续体, 而从细观分析其内部则包含了大量随机分布的微裂纹和微空洞等损伤缺陷; 2) 混凝土材料的损伤演化是由其内部拉伸应力作用下微裂纹扩展的累积而引起的, 导致了材料强度和刚度的弱化; 3) 随着微空洞的塌陷, 混凝土材料内部产生了不可恢复的塑性变形, 体积模量也相应增加, 将这一过程看作是微空洞损伤的演化发展; 4) 微裂纹和微空洞损伤之间不发生相互作用; 5) 当裂纹扩展累积到一定程度时, 混凝土材料发生粉碎性破坏. 利用实验结果确定模型所需参数, 并将利用该模型得到的模拟曲线与实验测试曲线进行比较, 结果表明两者较一致.     

基于新型损伤变量的多尺度改性混凝土性能分析及评定

考虑普通混凝土在性能上存在的天然缺陷，提出在“纳米-微米-毫米”多个尺度上采用不同级别外掺材料改善混凝土性能的设计理念.基于该理念，选用碳纳米管、碳酸钙晶须、聚乙烯醇(PVA)纤维、钢纤维和橡胶颗粒设计并完成多组多尺度改性混凝土的单轴压缩试验.结合目前损伤本构的研究不足，从耗能角度提出基于能量法的损伤变量和损伤本构.为综合评估混凝土力学性能，提出考虑混凝土抗压强度的修正损伤变量.分析结果表明：碳纳米管、碳酸钙晶须、PVA纤维和钢纤维的掺入能够有效改善混凝土的力学性能，而橡胶颗粒的掺入会导致混凝土抗压强度大幅降低；与基于Weibull分布的损伤变量和损伤本构相比，基于能量法的损伤变量和损伤本构能更真实反映混凝土的损伤状态和性能特征；采用修正损伤变量对混凝土综合力学性能进行评估得到的结果合理可信.     

再生卵石骨料混凝土力学性能及其应力-应变本构关系

采用以卵石为粗骨料的原生混凝土作为再生混凝土来源,通过破碎、筛分获取再生卵石粗骨料,配制再生卵石骨料混凝土.以取代率为变化参数,设计99个试件.通过试验,获取其立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、抗折强度、弹性模量、泊松比等力学性能指标及应力-应变全过程曲线.分析了再生卵石骨料混凝土损伤演化、变形和能量耗散等力学性能.采用分段式本构关系模型和损伤本构关系模型对再生混凝土的应力-应变本构关系进行研究,并提出相应的本构方程.结果表明,与天然混凝土相比,再生卵石骨料混凝土的抗压、抗折强度略为增大,而弹性模量、变形系数与耗能系数则有不同程度的降低;不同取代率下,再生混凝土应力-应变曲线与天然混凝土相似,但下降段变得陡峭;再生混凝土损伤发展较为迅速,尤其在ε=(3~5)×10-3之间;分段式本构方程和损伤本构方程的计算结果均与实测值吻合较好.     

T800碳纤维复合材料低速冲击渐进损伤仿真与试验研究

利用有限元软件ABAQUS建立冲击渐进损伤模型,对国产T800碳纤维/环氧树脂基复合材料的低速冲击损伤进行了数值模拟;同时对复合材料进行低速冲击试验,通过分析不同冲击能量与凹坑深度和损伤形貌的关系研究了层合板的冲击损伤特性.结果表明:在模拟仿真过程中,复合材料冲击时的应力分布像花生状的椭圆形,同时基体的拉伸和压缩损伤大于纤维的拉伸和压缩损伤.在试验中随着冲击能量增大,凹坑深度在35 J左右出现拐点,拐点之前凹坑深度增加缓慢,冲击表面主要是无损伤和几乎不可见的冲击损伤,内部损伤形貌近似圆形;拐点后凹坑深度急剧增加,试样内部损伤形貌逐渐趋于椭圆形,并沿45°铺层方向呈锥形扩展;在65 J时达到穿透性损伤.模拟得到的凹坑深度与试验结果吻合较好,为分析T 800碳纤维/环氧树脂基复合材料层合板受低速冲击后的损伤演化和规律提供了一种有效的方法.     

岩石冲击损伤演化规律数值流形方法模拟

采用应力波衰减损伤模型对仅适用于模拟基于线性本构关系和恒定载荷作用下物体变形规律的数值 流形程序进行了扩展;利用扩展后的程序对岩石长杆在冲击载荷作用下的损伤演化规律进行了模拟,得出了不 同位置点处的损伤演化曲线和材料总体的损伤演化曲线。模拟结果表明,损伤的增加主要集中在冲击载荷作用 的初始阶段,随着时间的推移,应力波强度衰减,损伤将不再明显增加。     

转子叶片的外物损伤及疲劳寿命试验研究

为了研究外物损伤(FOD)对叶片疲劳寿命的影响,用能量等效落锤冲击钛合金TC4(Ti-12Al-4A)板试件侧边,模拟转子叶片进气边受到小硬物颗粒冲击时引起的外物损伤,观测冲击后产生的缺口变形特点及缺口尺寸与冲击能量的关系,试验结果表明:冲击产生的缺口深度,随冲击能量的增大而增加,成非线性关系。在不同循环应力下,对外物损伤试件进行了脉动循环应力疲劳试验,试验结果指出,进气边的FOD显著降低叶片的疲劳寿命,损伤试件寿命与无损情况寿命的比值随循环应力的提高而增大;存在与FOD对应的循环应力极限,当工作应力较低时可以不考虑冲击损伤的影响。     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的静力性能分析

为评估ABAQUS有限元软件中混凝土损伤塑性模型分析混凝土材料和构件静力性能的能力,用该模型对混凝土材料单轴、双轴应力状态下力学性能以及构件的抗弯、抗剪性能进行模拟,并与试验结果进行对比分析.结果表明,混凝土损伤塑性模型可以较为精确地模拟单轴受压、单轴受拉、双轴受压以及双轴受拉状态下混凝土材料的力学性能,能较好地反映双轴应力状态下的材料破坏包络线,也能较好地预测钢筋混凝土构件的抗弯和抗剪性能及其破坏特征,但不能很好地描述双轴拉压应力状态下混凝土材料的力学性能,也不能反映材料的体积应变发展变化规律.     

Experimental exploration to thermal infrared imaging for detecting the transient process of solid impact

Based on the analysis and the comparison of stress pattern analysis by thermal emission (SPATE) and remote sensing rock mechanics (RSRM), the idea to detect the transient process of solid impact with thermal infrared (TIR) imaging technology is introduced. By means of TVS-8100MKII TIR imaging system, which has high recording speed, high space distinguishability and high temperature sensibility, TIR imaging experiments on free falling steel ball impacting on marble, granite, concrete, steel, organic-glass and wood plate are conducted. It was discovered that: (ⅰ) the target’s TIR temperature increases remarkably after impact; (ⅱ) when ball’s size is not changed, the variation amplitude of target’s TIR temperature proportionally increases with the ball’s potential energy or falling height; (ⅲ) the variation amplitude of target’s TIR temperature is involved with the material type and the surface glabrous condition of the target, and the amplitudes are in order as concrete, unpolished marble, steel plate, wood plate, polished granite, polished marble and organic-glass plate; and (ⅳ) the TIR radiation of fragile targets decreases gradually after impact, while there is delayed TIR radiation strengthening for plastic target. It is deduced that once the relational functions and technical parameters, which are involved with certain impact body and target material, are set up through experimental study, the remote detection and back analysis based on TIR imaging for the transient process of solid impact will be no problem. Besides, there is also important scientific meaning for the omen mechanics study and satellite TIR detection and prediction for structural earthquake.     

大理岩RHT模型参数确定研究

RHT模型共计包含34个参数,其中A,n,f_s*,f_t*,Q₀,g_c*,ξ,D₁,ε_pm,A_f,n_f,p_comp和N因试验获取途径复杂较难确定,多数学者在利用RHT模型模拟岩石爆破破碎时,不管岩石种类如何变化都只是简单引用混凝土的相关参数,为了较为准确地获得大理岩的相关参数取值,以静力学试验、声波测试试验和SHPB冲击试验为基础,LS-Dyna数值模拟为手段,通过正交试验的方法对以上参数进行优化确定,并将参数优化前、后的模拟曲线分别与SHPB冲击大理岩的试验曲线进行对比.结果表明:以上参数经过正交模拟试验优化确定后,缩小了模拟曲线与SHPB冲击试验曲线的对比误差,得到了适用于大理岩的RHT模型参数.      

高温遇水冷却岩石循环加卸载力学性能试验研究

为研究高温遇水冷却后不同岩性岩石在循环加卸载条件下的物理特性和力学响应特征的变化规律,对高温遇水冷却后的花岗岩、大理岩及绿砂岩试件分别开展了单轴压缩和循环加卸载试验. 结果表明,当加热温度超过400 °C后,三类岩石的体积增长率显著增加,400 °C可以作为三类岩石物理参数发生突变的阈值温度.总体上,三类热处理水冷却岩石的单轴抗压强度随温度的升高而降低,但花岗岩在200 °C温度处理后峰值强度比常温时有所增加. 在循环荷载作用下,花岗岩滞回曲线接近于线性,上限应力较高且不可逆变形小;而绿砂岩和大理岩的上限应力低于花岗岩且变形较大.相同温度热冲击下滞回环宽度大小顺序为绿砂岩>大理岩>花岗岩.随循环次数的增加,三类高温遇水冷却岩样的塑性变形减小,弹性模量增大,试件强度较单轴压缩均有提高;随温度升高,破坏面裂纹更为发育,破裂岩屑更为细碎.      

岩石加载过程声波波速变化规律实验研究

通过对花岗岩、片麻岩、大理岩和砂岩进行加载,探寻岩石波速随应力变化的响应特征.实验结果表明:花岗岩和片麻岩在线弹性加载阶段,波速-应力呈线性上升;波速达到峰值之后,波速-应力为二次函数非线性变化,再继续加载则岩样发生破坏.大理岩及砂岩在整个加载过程中波速基本保持恒定.依据成岩类型将波速变化分为两种类型:Ⅰ型,波速线性增加—峰值波速—缓慢下降—突然下降(破坏);Ⅱ型,波速不变—突然下降(破坏).在循环荷载作用下,岩石在线弹性加载阶段,波速呈线性上升;当增加到一定载荷,波速突然下降,岩样发生破坏.以上研究表明,在线弹性加载阶段,波速增加主要是密度变化引起的,裂纹萌生、扩展、贯通直接影响波速随应力的...     

基于能量耗散的多轴应力状态下混凝土损伤模型

针对多轴应力状态下的混凝土损伤问题,假设损伤在主应力空间是正交各向异性的,选用Ottosen四参数破坏准则来确定多轴应力状态下混凝土破坏的极限应力,确定强度提高系数,结合Saenz提出的典型单轴本构模型建立等效单轴本构模型.根据Najar损伤理论,定义了综合损伤变量D,从能量耗散的角度提出一种用于多轴应力状态下的混凝土损伤模型.在计算损伤时采用精度较高的高斯积分法,通过对3种不同的三轴比例加载下损伤的研究,初步验证了模型的有效性,且模型形式简单,精度高,便于应用.     

基于侵深公式的弹冲击混凝土目标的计算方法

为利用终态侵深公式得到弹冲击混凝土目标过程中的瞬态量,根据实验现象及测试结果,借鉴Young氏方法的思路,提出一种"线性加速度模型"计算方法.利用该方法对侵彻弹冲击多层混凝土薄靶板及半无限厚混凝土目标分别进行了计算,并与前人的计算方法进行了对比.结果表明,该方法计算所得结果与实验结果一致,可为防护工程或武器设计提供理论和方法的参考.     

水电站垫层蜗壳结构应力及配筋分析

以某大型水电站为实例,采用接触非线性间隙元法模拟了蜗壳、混凝土及垫层之间的接触摩擦效应,并以分段线性模型的方式近似模拟了垫层的非线性本构关系,对不同垫层厚度下的水电站垫层蜗壳结构进行了计算分析,给出了垫层厚度与蜗壳应力、混凝土应力、承载比例及截面配筋量的关系,供工程设计参考．     

复杂应力状态下高强混凝土的损伤本构理论及应用

基于高强砼轴向压缩试验测定的压缩应力与应变全曲线及其特征点相对应参数，建立了压缩损伤本构模型；通过理论分析提出了高强砼在主轴系内二向与三向应力状态下的正交各向异性损伤本构模型以及在损伤断裂过程中进行非线性有限元计算的方法     

有保护层的岩石冲击损伤实验研究

利用一级轻气炮,对有保护层和无保护层的砂岩、花岗岩和大理岩试件进行冲击实验,并对试件进行冲击压力测试和声波测试,利用试件端面产生的冲击压力波形分析保护层对冲击作用的影响,利用实验前后的声波速度变化情况衡量岩石试件的损伤度。实验结果表明,在其它实验条件基本一致时,有保护层的岩石试件所受的冲击压力比无保护层时降低了60%左右;波速降低率也明显减小,损伤度降低率在14.8%~48.2%之间。说明保护层能够对受冲击作用的岩石起到很好的保护作用。     

矿岩应力波加载实验的电脑化数据采集处理系统

与凿岩爆破相当加载率下的岩石动态性能实验常采用能实现不同应力波形加载的水平冲击实验法。本文介绍了为这一装置而设计的一套电脑化数据采集处理系统,并就与之有关的几个问题进行了讨论。最后给出了一组应用该测试系统和软件检测及处理后的应力波形和岩石的动态应力应变关系全图。