养护湿度对橡胶水泥砂浆动态压缩破坏特征及能量耗散的影响

为了探究养护湿度对橡胶水泥砂浆动态压缩破坏特征及能量耗散的影响,开展了95%和50%两种相对湿度养护下橡胶水泥砂浆的分离式霍普金森压杆(SHPB)动态压缩试验。结果表明,试件的比能量吸收值与入射能和应变率均为线性正相关;增加橡胶掺量会减小比能量吸收值,但会显著增大平均破碎块度/减小分形维数;降低养护湿度会显著减小比能量吸收值以及减小平均破碎块度/增大分形维数,但随着应变率的增加,干、湿养护之间的平均破碎块度差值和分形维数差值逐渐减小;当比能量吸收值在1.0附近时,各组试件的破碎块度/分形维数相差最小,主要分布在10～25 mm/(1.85～2.20),当入射能在600～800 J时,试件的破碎块度和分形维数分布均比较集中。通过对SHPB试验中试件内部橡胶颗粒的耗能机制及试验中所伴随的不同能量进行讨论分析,印证了橡胶水泥砂浆良好的抗冲击破裂性,解释说明了在同一入射能水平下,由于橡胶颗粒的掺入和养护湿度的降低,导致反射能比率增大,透射能比率和破坏能比率均减小这一试验结果。     

纳米碳纤维增强混凝土动态劈拉破坏的能耗规律研究

采用Φ100 mm SHPB试验装置对纳米碳纤维(CNFs)体积掺量为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%的纳米碳纤维增强混凝土(CNFRC)进行了动态劈拉试验，分析了CNFRC动态劈拉破坏的能耗规律，并与碳纤维(CFs)体积掺量为0.3%的碳纤维增强混凝土(CFRC)进行了对比分析。结果表明：在动态劈拉破坏过程中，随着入射能平均变化率的增大，混凝土的应变率不断增大。采用二次多项式能较好地拟合应变率随入射能平均变化率的变化规律。CNFs可“加固”混凝土内部结构，从而使得CNFRC的应变率较普通混凝土小。CNFRC的吸收能具有明显的应变率效应和入射能平均变化率效应。在分析混凝土内部能量耗散时，建议采用入射能平均变化率作为自变量。CNFs可以提高混凝土的吸能特性和强度。入射能平均变化率相同时，随着CNFs掺量的增大，CNFRC的吸收能和动态劈拉强度均先增大后减小。CNFs掺量为0.3%时，CNFRC的吸收能和动态劈拉强度均最大。入射能平均变化率相同时，CNFs对混凝土强度的提高效果较CFs差，对混凝土吸能特性的提高效果接近CFs。     

饱水石灰岩冲击过程中能量耗散特性

喀斯特地貌地区地下空间的建设普遍受地下水影响,岩石的含水情况严重影响岩石的力学特性,与地下工程建设及爆破的安全性息息相关。利用Φ50 mm分离式霍普金森杆装置(SHPB)分别对含水处理后的饱水石灰岩和自然状态下的自然石灰岩(50 mm×30 mm的圆柱岩样)采取动态加载试验。研究结果表明：动态冲击中,自然条件岩样的应力集中破坏以原生裂纹端部为主,饱水岩样内部自由水将原生裂纹端部充填,阻碍岩样裂纹扩展,导致饱水岩样的应力集中现象弱化,损伤破坏需耗散更多的能量;不同环境下的两种岩样耗散能随时间均呈稳定的“S”形发育,其耗散能随冲击气压增大而增大,轴压增加时,相同冲击气压能量耗散相对较少;岩样吸收入射能与破碎耗能密度呈线性关系,岩样吸收水后虽体积增大,但其能量利用率亦远高于自然条件下的岩样;自然岩裂纹扩展系数增长速率大于饱水岩,随应变率增大,自然岩裂纹扩展系数加大,破坏更明显。     

沉积入射角度对热障涂层形貌和性能的影响

采用真空电弧镀（ARC）技术在DZ125合金基体上制备NiCrAlYSi(HY3)金属粘结层,然后采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）技术,分别以0°、20°、40°、60°和80°五种入射角度沉积氧化钇稳定氧化锆（6～8YSZ）陶瓷涂层,研究了入射角度对涂层形貌和性能的影响。结果表明：五种入射角度的热障涂层均能形成柱状晶结构,随着入射角度增加,孔隙率和柱状晶倾斜角度均逐渐增加,涂层厚度逐渐减小;对带涂层试样进行结合强度测试,入射角度0°～40°时涂层的结合强度均在55MPa以上,入射角度增加到80°时,结合强度降低到15.7MPa;热冲击条件下,陶瓷面层和基体之间形成TGO,由于不同入射角度下涂层孔隙率不同,TGO生长速度不一致,导致其热冲击寿命存在明显差异,入射角度为0°～40°时涂层的热冲击寿命均超过4000次,入射角度为60°时涂层的热冲击寿命为3371次,入射角度为80°时涂层的热冲击寿命最短,仅为1836次。     

低能斜入射离子束诱导单晶硅纳米结构与光学性能研究

为了研究低能Ar+离子束在不同入射角度下对单晶硅表面的刻蚀效果及光学性能,使用微波回旋共振离子源,对单晶Si(100)表面进行刻蚀,采用原子力显微镜、非接触式表面测量仪和傅里叶变换红外光谱仪对刻蚀后硅片的表面形貌、粗糙度和光学透过率进行了测量.实验结果表明:当离子束能量为1000 eV、束流密度为265μA·cm-2、刻蚀时间为30min时,离子束入射角度从0°增加到30°,样品表面出现条纹状结构.入射角度在0°～15°,随着角度增加,样品表面粗糙度增加,条纹周期减小,光学透过率提高;而在15°～ 30°范围内,随着角度增加,粗糙度开始减小,条纹周期增大,同时光学透过率降低.继续增加入射角度,条纹状结构逐渐消失,入射角度到45°时,粗糙度和光学透过率达到最小值;增加入射角度到55°,样品表面出现自组织点状结构,表面粗糙度急剧增大,光学透过率随着角度增加开始增加;继续增加离子束入射角度到80°,表面粗糙度和光学透过率继续增加,样品表面呈现出均匀有序的自组织柱状结构;此后,随着入射角度的增加,表面粗糙度又开始减小,光学透过率降低.自组织条纹结构到柱状结构的转变是溅射粗糙化和表面驰豫机制相互作用的结果.     

分子动力学模拟不同入射角度的SiF3+对SiC表面的作用

采用分子动力学模拟方法研究了300K入射能量150eV时,以不同角度(5°、30°、60°和75°)入射的SiF3+与SiC表面的相互作用过程。模拟中使用了用于Si-F-C体系的Tersoff-Brenner势能函数。模拟结果显示,入射SiF3+与SiC表面相互作用后会分解,分解率随着入射角度的增加而减小。分解产物除少量散射外,大部分会沉积在SiC表面,Si和F在SiC表面的平均饱和沉积量随入射角度的增加而减少。随着SiF3+不断轰击SiC表面,SiC表面会形成Si-F-C反应层,且反应层厚度随着入射角度的增加而减少。同时发现SiC中的Si原子较C原子更容易被刻蚀,与实验结果一致。当刻蚀达到稳定,入射角度为5°、30°、60°和75°时,C的刻蚀率分别约为0.026、0.038、0.018、0.005,Si的刻蚀率分别约为0.043、0.051、0.043和0.023。各入射角度下,产物分子种类主要为F、SiF和SiF2。F和SiF产物量随入射角度增加而增加,而SiF2产量随入射角度增加而减少。在入射角度等于5°和30°时,SixFyCz是主要的含C产物;而在入射角度等于60°和75°时,CF是主要的含C产物。在入射角度等于5°和30°时,SiF2是主要的含Si产物;在入射角度等于60°和75°时,SiF是主要的含Si产物。刻蚀主要通过化学增强的物理溅射进行。     

三轴SHPB加载下砂岩力学特性及破坏模式试验研究

利用改造的三轴SHPB动静组合加载实验装置,对均质砂岩进行不同围压与不同应变率下三轴冲击压缩试验,作为对比利用RMT - 150C试验机也进行了部分准静态下三轴压缩实验.根据实验结果,分析围压对砂岩动态冲击性能的影响,并讨论冲击过程中岩石的破坏模式.研究结果表明,在围压一定情况下,岩石的动态压缩强度随应变率的提高而提高;在应变率相同情况下,岩石的动态压缩强度与弹性模量会随着围压的增大而增大.岩石发生破坏的临界入射能,随着围压的增大而增大.岩石单位体积吸收能与应变率之间呈线性递增关系,且递增的程度随围压的增加而增加.三轴冲击加载下,应变率较低时岩石内部形成压剪破裂面但整体不失稳,应变率很大时岩石破碎形成锥形块体形式.     

黄麻纤维束力学性能的尺寸和应变率效应

为了探究黄麻纤维束的尺寸效应和应变率敏感性,利用C43电子式万能试验机和CEAST 9340落锤试验冲击系统分别在静动载条件下对黄麻纤维束进行测试,获得了杨氏模量、强度、峰值应变和韧性随标距和应变率的变化关系静载试验在1/600s-1应变率条件下进行,测试了6组不同标距(25、50、100、150、200和300mm)的试件;动载试验以应变率为变量,在4组不同的应变率(40、80、120和160s-1)条件下进行了测试,试件标距均为25mm。测试结果表明:随着试件标距增大,杨氏模量初始增大,当标距大于100mm时趋于稳定;强度、峰值应变和韧性均减小。随着应变率增大,杨氏模量和强度均增大;峰值应变初始减小后趋于稳定;韧性先减小后增大。鉴于植物纤维束材料较大的性能离散性,采用Weibull分布对试验数据进行拟合,获得了黄麻纤维束强度在不同试验条件(标距和应变率)下的分布规律。     

SV波斜入射下凸起地形地震响应分析

为了分析地震波斜入射下对场地地震的影响,基于显示动力有限元法,采用黏弹性人工边界,以SV波斜入射不同坡度凸起地形,分析了不同入射角下凸起场地震动放大系数和傅里叶谱变化情况。其验证模型解析解和数值解吻合较好。数值模拟结果表明：随着斜坡坡度的增大,地震动放大系数增大,其斜坡上放大系数变化明显。X向放大系数大于Y向放大系数。频率在0.2～1 Hz的傅里叶曲线随着凸起地形坡度增加而增大;30°入射EI-centro波时,在低频段随着入射角的增大,傅里叶谱幅值呈减小趋势,高频段监测点的傅里叶谱幅值随着入射角的增大而增大,在1～10 Hz高频段,幅值变化速率最大。     

三轴SHPB加载下砂岩力学特性和破坏模式的试验研究

利用改造的三轴SHPB动静组合加载实验装置,对均质砂岩进行了不同围压和不同应变率下的三轴冲击压缩试验,作为对比利用RMT-150C试验机也进行了部分准静态下的三轴压缩实验。根据实验结果,分析了围压对砂岩动态冲击性能的影响,并重点讨论了冲击过程中岩石的破坏模式。研究结果表明,在围压一定的情况下,岩石的动态压缩强度随应变率的提高而提高;在应变率相同的情况下,岩石的动态压缩强度和弹性模量会随着围压的增大而增大。岩石发生破坏的临界入射能,随着围压的增大而增大。岩石单位体积吸收能与应变率之间呈线性递增关系,而且递增的程度随着围压的增加而增加。三轴冲击加载下,应变率较低时岩石内部形成压剪破裂面但整体不失稳,应变率很大时岩石破碎形成锥形块体形式。     

闭孔EVA泡沫类静态缓冲性能的研究

目的 研究密度与应变率对闭孔EVA泡沫材料类静态缓冲性能的影响规律。方法 基于包装用缓冲材料静态压缩试验法和能量吸收图法,对密度为80、95、106、124和180kg/m³的闭孔EVA泡沫试样在不同应变率下进行类静态压缩试验,得到应力-应变曲线,基于此进一步处理得到相应的单位体积能量吸收、能量吸收效率、缓冲系数和最大比吸能等曲线,同时绘制试样类静态压缩过程中的能量吸收图。结果 闭孔EVA泡沫材料的密度越高,密实化应变越小,最大单位体积能量吸收越大;在压缩应变相同时,应变率越大,应力、单位体积能量吸收、能量吸收效率、最大比吸能越大;得到了5种密度闭孔EVA泡沫材料的本构方程和闭孔EVA泡沫材料的能量吸收图及其斜率与应变率的关系式;通过分析密实化应变与相对密度的关系,得到相关拟合公式。结论 密度与应变率对闭孔EVA泡沫材料的缓冲性能有着非常大的影响,在一定的应力水平下会有一个最佳的密度使得刚好能吸收完能量,并保护产品不破损,该最佳密度受应变率的影响,因此可以通过能量吸收图进行相关的缓冲包装优化设计。     

纸夹芯和泡沫复合层状结构的静态缓冲吸能特性研究

针对由发泡聚乙烯（EPE）、瓦楞纸板、蜂窝纸板组成的复合层状结构的包装防护作用,通过实验对比分析了这类结构的横向静态压缩变形特征和缓冲吸能特性。结果表明,这类结构在压缩初始阶段和最后阶段主要表现为EPE的力学性能,而在中间阶段为瓦楞纸板、蜂窝纸板的力学性能。复合层状结构的弹性模量、总吸能、行程利用率均高于EPE,而单位体积变形能则由于试样厚度增加幅值不同,并未表现出与总吸能一致的变化规律。比吸能随着压缩应变增大而增加,几乎不受压缩速度的影响,其中EPE与蜂窝纸板复合层状结构的比吸能均大于EPE与瓦楞纸板复合结构。在应力水平较小时,EPE与瓦楞纸板复合层状结构的能量吸收效率大,然而在应力水平较大时,EPE与蜂窝纸板复合的能量吸收效率大。     

动载下磁铁矿石的动力学特性及破坏模式分析

针对磁铁矿石在采选和破碎过程中耗能巨大的问题，借助分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置，对磁铁矿石进行不同应变率条件下的冲击压缩试验，分析磁铁矿石的动态力学特性及其破坏过程中的能量耗散特征，并借助ANSYS/LS-DYNA软件模拟试样完整动态破坏过程。研究结果表明：磁铁矿石试样的动态抗压强度具有显著的应变率相关性，应变率从43.94～147.75 s^-1,其动态抗压强度从126.77 MPa提高到220.62 MPa。能量传递规律分析表明，随着入射能的增大，反射能增长趋势增大，最大占比约占总入射能的22%;而透射能增长趋势减小，且透射能占比从低入射能下的78%降低至高入射能下的38%,用于试件破碎的耗散能量逐步增多，与入射能呈线性关系。其破坏模式从中低应变率下的劈裂破坏转为高应变率下的压碎破坏，从破碎尺度来看，中低应变率下碎块多为大块状，而高应变率下碎块尺度较小且多呈细粒状及针状。数值仿真计算表明试件最开始发生破坏是由试件入射杆端面的“十字”反射拉伸波引起的。研究结果可为判断磁铁矿石动力破碎的难易程度以及提高冲击破岩效率提供参考。     

正棱台缓冲垫结构参数对静态缓冲性能的影响

目的研究不同结构参数的正棱台缓冲垫(EPS)在接触面积相同且体积相同时静态缓冲性能的差异。方法以发泡聚苯乙烯(EPS)为试验材料,设立10组接触面积相同,体积相同,厚度及斜面倾角不同的正棱台结构样本,利用万能材料试验机对10组样本进行静态压缩试验,得到10组不同结构参数的应力-应变曲线、应变能-应变曲线、应变能-应力曲线及缓冲系数-静应力曲线。结果随着斜面倾角的增大,缓冲垫的刚度逐渐增大,能量吸收增大,当斜面倾角大于等于70°后,缓冲性能基本相同;在缓冲垫受到同等冲击强度条件下,斜面倾角为80°时正棱台缓冲垫的缓冲性能最好,应变能最大,且其产生的变形量及应力均小于普通六面体缓冲垫。结论在包装设计过程中,可将接触面的侧面设置为80°倾角,按照此结构设计包装,产品更安全,接触部位厚度可降低25.12%,真正实现了降本增效。     

射频容性放电Ar等离子体离子能量分布和角度分布

通过MC模型对射频容性Ar等离子体中离子入射的能量及其分布特性进行了模拟计算,结果表明,放电压力低时,高能量离子分布较多,且在高能区域分布曲线呈双峰形式,离子入射的角度较小;放电压力高时,低能量离子分布较多,能量分布曲线偏向于低能量区域,且高能峰消失,离子入射角度增大;放电电压升高,离子能量分布曲线向高能区域移动,能峰之间的距离变长,角度分布曲线向小角度区域移动;随着自偏压升高,入射离子的能量增大,能量分布曲线向高能量区域移动,能峰间距变化不大,离子入射角度减小。法拉第离子能量分析器的测试结果表明,低放电压力时,离子能量较高且在高能区域呈双峰形式,高放电压力时,离子能量较低且能量分布高能峰消失。     

动载作用下磁铁矿石破坏特性实验研究

利用分离式Hopkinson压杆试验装置,开展了不同应变率下的磁铁矿石冲击实验。分析了磁铁矿石在动载下的力学特性和破坏裂纹演化过程,揭示了磁铁矿石块度分布规律。研究结果表明:磁铁矿石的动态弹性模量与动态强度的应变率效应显著,在不同应变率下,应力-应变曲线峰后卸载速率以及卸载方式存在差异。随应变率的提高,软化因子(K)减小,磁铁矿石软化程度加深。磁铁矿石强度比例因子λ与■呈线性分布,比能量吸收与■呈线性分布。磁铁矿石破碎形态具有明显的自相似性,随着应变率提高,磁铁矿石平均块度减小,分形维数增大,磁铁矿石破碎程度加剧,分形维数与应变率、比能量吸收均呈线性分布。通过绘制全对数粒度特征曲线直观地表达了矿石碎块的粒度分布规律,结合块度分布系数(C),进而得出了实现矿石破碎的合理应变率范围。研究成果对于磁铁矿石动载破碎机理分析、破碎块度分布及能耗分析具有重要的参考价值。     

混凝土/花岗岩界面Ⅰ-Ⅱ复合型动态断裂试验研究

为研究混凝土/岩石界面在复合型应力条件下的动态断裂性能,考虑四种应变率(10-5~10-2 s-1)及三种模态(21.8°,41.7°和60.3°)工况,对混凝土/花岗岩复合试件进行了四点剪切试验,获得了荷载与裂缝张开位移及裂缝剪切位移的关系曲线;结合界面力学理论和结构动力分析得到了界面Ⅰ型和Ⅱ型动态应力强度因子,据此得到并分析了断裂韧度、应变能释放率的率相关性及模态比相关性。结果表明:在所研究的应变率和模态角范围内,同一时刻的裂缝张开位移均大于裂缝剪切位移;Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧度均随应变率的提高而增加,Ⅰ型断裂韧度随模态角的增大而减小,Ⅱ型断裂韧度随模态角的增大而增加;应变能释放率随应变率和模态角的增加均呈现出增长趋势。     

应变率和温度对耐碱玻璃纤维织物增强水泥基复合材料弯曲力学行为的影响

为研究不同应变率和温度下耐碱玻璃织物增强水泥基复合材料的弯曲力学行为,采用美特斯(MTS)万能试验机和INSTRON落锤冲击系统对其试样分别进行室温(25℃)下准静态三点弯曲(应变率为3.33×10-5 s-1)和不同应变率(4、8、12、16和18s-1)及温度(-50、0、25、50和100℃)下的动态三点弯曲试验,静态和动态三点弯曲试验采用一套弯曲夹具。同时考虑了增强织物层数对其弯曲力学性能的影响。试验结果表明:室温下,随应变率的增加,弯曲强度提高,弯曲峰值应变和韧性先减小后增大,弯曲模量先增大后减小;应变率为12s-1时,随着温度的升高,弯曲强度、弯曲模量和韧性整体上减小,弯曲峰值应变变化不明显;纤维织物为六层时,对混凝土的增韧效果较明显。应变率、温度和织物层数均能对试样的弯曲性能产生较大影响。     

入射能量对薄膜生长影响的模拟研究

在考虑沉积原子入射能量影响的基础上，建立了Si（100）-（2×1）表面上Si薄膜生长的动力学蒙特卡罗模型，并对薄膜生长的初期过程进行了研究。结果表明：随着入射率的降低和温度的升高，不同入射能量对扩散距离影响的差异逐渐减小。在一定的入射能量和入射率下存在一最佳成岛温度，该温度随入射能量的增大而降低；随着入射率的降低，不同能量对最佳成岛温度影响的差异越小．     

硬松类木材横纹压缩时能量吸收特性研究

目的研究木材能量吸收特性。方法采用横纹压缩试验。结果径向横压应力-应变曲线呈现线弹性区、平台区和密实化区等3个阶段,径向横压比例极限大于弦向。当绝对含水率为13.1%、径向横压应变为0.55时,能量吸收值和缓冲系数分别为3.919 MJ·m3和2.847。当绝对含水率为13.1%、弦向横压应变为0.11时,吸收能量值和缓冲系数仅为0.472 MJ·m3和12.746,且木材已压溃失效。随着绝对含水率的下降,横纹压缩强度、吸能能力和径向横压最大吸能效率均呈上升趋势,最大横纹压缩强度、能量吸收值和径向吸能效率分别为10.15 MPa,4.430 MJ·m3和0.362%,而弦向横压时吸能效率呈下降趋势。结论木材绝对含水率和纹理方向对木材能量吸收有一定影响。