拉伸速率对FGH95缺口小试样断裂性能的影响

研究了不同加载速率和不同的缺口形状对粉末冶金FGH95缺口小试样拉伸断裂性能的影响.结果表明:名义断裂应力σnom随着加载速率的增大而减小;仅对具有相同缺口深度的缺口试样,σnom随着名义应力集中因子Kt的增大而减小,缺口深度对断裂应力的影响远大于缺口形状,当缺口深度达到某一数值,将产生缺口强化现象.随着加载速率的增大,缺口敏感系数Cm呈下降趋势,应力集中因子越大的试样,缺口敏感性越强.γ′沉淀粒子的强化作用和高温动态回复对FGH95高温变形起主要作用.     

16MnR轴对称三维应力状态下高温低周疲劳寿命评价

通过对 1 6MnR带缺口的圆柱试样的轴对称三维应力状态下高温低周疲劳试验 ,并应用NHRDS有限元程序进行了缺口附近轴对称问题的循环应力、应变分析计算 ,得出了各试样危险点的应力、应变分量值和当量应力、当量应变值。基于当量概念这一基本准则 ,分析材料疲劳过程的能量损耗 ,利用当量塑性应变能密度评价了该材料轴对称三维应力状态下不同应变速率下的疲劳寿命 ,并在此基础上分析了应变速率对疲劳寿命的影响。试验结果表明 ,该材料轴对称三维应力状态下高温低周疲劳寿命用当量塑性应变能密度来表征是可行的 ,应变速率对疲劳寿命的影响可以通过将疲劳寿命评价公式中的材料常数用应变速率的函数来表示的方法得以定量的体现。     

页岩陶粒混凝土单轴受压力学性能研究

为研究应变速率对页岩陶粒混凝土的受压力学性能的影响,以某实际桥梁桥面铺装工程为背景,开展了页岩陶粒混凝土立方体试样的单轴受压力学性能研究。以页岩陶粒取代率和应变速率为变化参数,制作了5种不同页岩陶粒取代率的混凝土立方体试样,采用多种不同的应变速率分别对不同的试样进行单轴压缩试验,对5种混凝土的试验结果进行对比分析。结果表明：5种混凝土的峰值应力都随着应变速率的增加而增加。页岩陶粒取代率、应变速率和动态强度因子三者之间呈对数关系,随着页岩陶粒取代率的增加混凝土峰值应力的提高幅度先减小后增大。当混凝土中页岩陶粒的取代率为100%时,混凝土的弹性模量受应变速率的影响最显著。     

预应变对不同晶粒度合金钢缺口试样断裂行为的影响

对两种不同晶粒度的低合金高强钢（WCF－62）的试样在常温下获得均匀预应变后（0－20％），在－125℃下对预应变和未预应变的试样进行了四点弯曲试验，测量了宏观和微观力学参数，以及断口参数，并结合有限元计算所得到的不同预应变条件下的缺口前端的应力应变场分布，分析了预应变对不同晶粒度低合金高强钢缺口试样断裂行为的影响，结果表明，粗晶和细晶材料在室温预应变3％后，缺口韧性有明显的降低，但是随预应变进一步增加，缺口韧性基本保持不变，原因是预应变3％后两种材料解理断裂都转变为起裂控制。     

加载速度对低合金钢缺口试样解理断裂临界事件的影响

通过对低合金钢（WCF－62）在－100℃不同加载速度下的缺口试样四点弯曲（4PB）实验及对断口和截剖金相试样的观察，研究了加载速度对低合金钢缺口试样解理断裂临界事件的影响。结果表明：加载速度从30mm/min增加到500mm/min时，解理断裂的临界事件由晶粒尺寸裂纹的扩展控制到扩展和起裂的混合控制再转变为起裂控制，其根本原因是材料的屈服应力σy随加载速度的增加而升高。临界事件随加载速度的变化决定了缺口韧性随加载速度的变化。     

大理岩特征应力的加载速率效应研究

为研究加载速率对脆性岩石特征应力的影响规律,利用MTS815型试验机和声发射测试系统进行大理岩的单轴压缩试验.采用体积应变法、声发射法和基于微裂纹发育特性的黏结颗粒离散元法确定试样的特征应力,探究特征应力的加载速率效应.结果表明,3种方法确定的特征应力值较为接近,基于微裂纹数的黏结颗粒离散元法是一种较可靠有效的方法.在中低加载速率范围内,随加载速率增加,归一化特征应力值呈现减小规律.数值模拟结果显示,加载速率在中低和较高范围内增加时,归一化起裂应力和损伤应力均减小.当处于中低加载速率范围时,其归一化特征应力降幅较大.当处于较高加载速率范围时,归一化特征应力趋于平稳,尤其是归一化损伤应力.相比较而言,归一化损伤应力的加载速率效应整体上比归一化起裂应力明显.     

灰岩单轴抗压特性的浸水效应研究

为了考察软岩浸水后软化行为对单轴抗压特性的影响,取河南陈四楼煤矿二1煤底板太原组灰岩为试验材料,在三种不同的加载速率下,对不同浸水时间下试样进行单轴压缩试验,得到关于灰岩抗压特性的浸水效应。试验结果表明:在一定的加载速率下,随浸水时间增加,抗压强度和弹性模量逐渐减小,且降低幅度越来越小;随浸水时间增加,试样逐渐由弹性变形转变为塑性变形,但极限应变基本不变;试样内部不可逆的损伤破坏加剧,总应变能和弹性能与浸水时间呈指数关系,耗散能随浸水时间的变化可以用线性关系拟合。     

一种新的随机疲劳寿命预测方法

根据疲劳损伤具有局部性的特点,在应力场强法的基础上,提出了缺口疲劳损伤局部应力应变场理论;该理论可同时考虑缺口根部局部应力应变梯度对疲劳损伤的影响．通过对缺口件进行随机交变加载下的弹塑性有限元分析,提出一种随机加载疲劳寿命预测的局部应力应变场强法;由该法来预测缺口件疲劳裂纹形成寿命,其精度要好于传统的局部应力应变法．     

多种因素影响下的超弹性SMA丝材力学性能

通过对常温下1 mm直径的形状记忆合金（SMA）丝材进行循环加载次数、加载速率和预应变的分析,以得到各因素下SMA丝材的滞回曲线、骨架曲线、割线刚度和耗能能力等力学性能及相应力学参数。结果表明:循环加载30次、单一幅值为0.06的SMA丝材,与1次循环、逐级加载的SMA丝材力学性能基本相同;随着加载速率的增大,SMA丝材的应力和割线刚度逐渐增大,且在加载速率为0.001 8 s-1时耗能值最大;预应变的增大会减小SMA丝材的割线刚度,但同时也提高其应力,且在预应变为0.007 5时耗能值最大。研究结果可为SMA自复位阻尼器的应用提供理论基础。     

不同卸载速率下煤岩采动力学响应试验研究

深刻认识采动应力路径下岩体力学响应的加载速率效应,是科学界定实际工作面推进最优速率的重要基础。基于平煤矿区煤岩初始地应力环境,定量分析了千米级赋存深度煤岩保护层开采条件下应力演化特征,展开更为符合真实应力状态的不同加载速率下煤岩体力学行为实验模拟,同时与未考虑采动试验结果进行对比分析。研究结果表明：（1）常规三轴压缩试验,试样强度受加载速率影响较小,在1~4 MPa/min时并无明显变化,达到5 MPa/min时强度才有明显的上升,约为115 MPa。（2）随加载速率增加,采动过程中煤岩体强度呈现下降后上升再下降的趋势,1 MPa/min和4 MPa/min加载速率下煤岩体强度达到最大,其峰值应力约为64 MPa,较3 MPa/min提高了12%。（3）低加载速率下试件内部的微小裂隙可以充分发育、扩展,试样裂隙密度随加载速率增加呈减小趋势,其中1 MPa/min约为5 MPa/min的1.61倍,适当降低开采速度可提高瓦斯抽采效率。（4）不同开采速度煤岩在整个采动过程中体积应变不仅出现了相对初始状态的压缩现象,还出现了破坏阶段的体积膨胀,可将其作为采动特征,明显区别于未考虑采动下的体积压缩,且采动下煤岩强度明显偏小,破损程度更大。研究成果可为类似地质条件开展保护层开采设计奠定一定的理论基础。     

应变速率对天津海积软土力学性能的影响

采用WF应力路径三轴仪,对天津滨海海积软土进行了不同围压、不同应变速率的三轴固结不排水剪切试验（CU）,分析了不同应变速率对海积软土试样的应力一应变关系、有效应力及试样破坏形态的影响．结果表明：CU试验应力一应变关系呈硬化特征,剪应力峰值随着应变速率的增大而增大,而孔压变化值则随着应变速率的增大而逐渐减小;不同应变速率的有效应力路径在相同固结压力下基本一致,因而正常固结黏土的有效应力路径具有唯一性;同时,应变速率对总应力强度有所影响,总应力的内摩擦角随着应变速率的增大而增大．     

饱和花岗岩水-力耦合力学特性试验研究

采用全应力多场耦合三轴试验仪,对饱和花岗岩开展了不同加载速率、不同围压、不同孔压下的水-力耦合三轴压缩排水试验,分别给出了饱和花岗岩在不同加载速率、不同有效围压下的应力-应变曲线,分析了峰值强度、峰值应变、弹性模量随加载速率以及有效围压的变化规律。研究结果表明:(1)在不同有效围压和加载速率的条件下,岩样的应力应变曲线均经历了非线性压密、弹性、屈服、峰后四个阶段。偏压加载初期非线性压密阶段比较明显,而随着围压的升高非线性段逐渐消失;由于花岗岩的致密性较高,因而曲线的弹性阶段较长且相对平滑;在屈服和峰后阶段,岩石呈现出明显的脆—延性转化的过程。(2)饱和花岗岩的峰值强度随着加载速率的增加而增大;且当有效围压相同时,岩石的峰值强度大致相等,抵抗外界荷载的能力大致相同。(3)缓慢加载条件下饱和花岗岩的峰值应变表现出加载速率强化效应,但强化效果是有限的;且在有效围压相同条件下,随着围压和孔压的同步增长,峰值应变也呈增长的趋势。(4)弹性模量随着加载速率的增加呈二次多项式增长,但随着围压和孔压的同步增长而逐渐降低。     

有压水环境下循环荷载历史对饱和混凝土动态力学特性的影响

为研究有压水环境中循环荷载历史对混凝土动态力学性能的影响,对历经不同荷载循环次数（0、25、50、100次）的水饱和混凝土试件（在2 MPa围压水环境中）进行了不同应变速率（10^-5、10^-4、10^-3、10^-2/s）下的常规三轴静动态压缩试验,分析了混凝土材料的峰值应力、峰值应变、弹性模量、吸能能力等基本力学参数的变化规律和机理。结果表明：同一加载速率下,水饱和混凝土的峰值应力、弹性模量和吸能能力均随循环次数的增长呈现出先增大后减小的规律,并且峰值应力和吸能能力增减的转折点随着应变速率的提高而向荷载循环次数增大的方向平移,峰值应变整体上呈减小的趋势;相同荷载循环次数后,峰值应力、峰值应变和吸能能力随着加载速率的增大而逐渐增大,并且荷载循环次数越大,率效应越显著,弹性模量随着加载速率的增大而逐渐较小。     

基于NSCB石灰岩试样的加载速率和尺寸效应对其断裂韧度的影响研究

为研究试样不同尺寸和加载速率对岩石Ⅰ型断裂韧度试验值的影响,采用石灰岩制作圆盘直径30,50,75,100,150 mm 5种几何相似的中心直裂纹半圆盘试样(notched semi-circular bend,NSCB),在RMT-150B岩石力学试验系统上对NSCB试样进行5种加载速率(0.002,0.02,0.2,2,10 kN/s)作用下的三点弯曲试验.结果表明:在试样尺寸一定条件下,试样的断裂韧度试验值随着加载速率的增加基本呈对数增大,在加载速率一定条件下,存在一个临界尺寸(圆盘直径50 mm),小于这个临界尺寸时,断裂韧度试验值增加幅度较大,大于这个临界尺寸时,试验值增加幅度较小,且基本呈线性增加.探讨了产生加载率和尺寸效应的原因,对于深入分析岩石断裂特性和准确确定岩石断裂韧度有一定意义.     

轻集料混凝土局部受压试验及动力本构分析

为探究轻集料混凝土单轴局部受压动力特性,采用试验机对轻集料混凝土单轴局部受压本构关系进行相关试验研究.考虑了5种不同加载应变率和4种不同加载面积,在位移控制下,得到轻集料混凝土单轴局部受压应力-应变曲线.根据应力-应变曲线特征点的峰值应力、峰值应变和弹性模量,分析不同加载应变率与加载面积对特征点的影响.同时根据混凝土黏弹塑性损伤本构模型,考虑不同加载应变率和加载面积的影响修正模型参数,并通过试验数据验证理论模型的合理性.研究结果表明:加载应变率和加载面积对轻集料混凝土应力-应变曲线影响明显;不同加载面积对轻集料混凝土弹性模量、峰值应力及峰值应变有较大影响;所提出的理论模型能够准确描述轻集料混凝土材料局部动力荷载作用下的应变率效应和非线性行为.     

平面应变条件下含孔洞土样受内压作用的变形破坏过程

在不同加载速率下,利用自主研制的平面应变模型加载及观测系统对平面应变条件下含孔洞土样进行双轴压缩实验。垂压由试验机施加,土样受到的内压和侧压作用由气囊施加。在对土样施加内压和侧压后、进行位移控制加载前,操控数码相机对喷涂了散斑的土样表面图像进行拍摄,以记录土样在位移控制加载过程中的全部变形过程。利用数字图像相关方法获得土样的位移场,利用能较好滤掉位移场噪声的局部位移最小二乘拟合方法获得最大剪切应变的分布及演变规律。为了定量获得最大剪切应变且分析方便,根据清晰剪切带位置,布置曲折测线并在其两侧布置平直测线。研究发现：当加载速率较低且纵向应变达到一定值时,拉破坏导致土样的孔洞顶部和底部发展出高角度应变局部化带,而当加载速率较高时,未出现上述现象;当纵向应变较高时,在孔洞表面附近,随着向孔洞表面的逐渐靠近,大多数剪切带内测线上的最大剪切应变逐渐增加,而大多数带外测线上的最大剪切应变则逐渐下降;当纵向应变较高时,在离孔洞表面较远处,随着向孔洞表面的逐渐靠近,大多数剪切带内测线上的最大剪切应变逐渐增加,而大多数带外测线上的最大剪切应变则变化复杂。     

45#钢动态断裂韧性测试的试验研究

利用旋转盘式间接杆-杆型冲击拉伸试验装置，对带周边切口的短圆柱小试件（45#钢）进行了室温下的平面应变型弹塑性材料动态断裂试验。用试件两端的平均载荷-相对位移曲线（P-δ）来推广Rice公式确定动态J积分，采用柔度变化率法确定起裂时间，从而获得表征弹塑性材料动态起裂韧度JID。冲击拉伸试验表明，作为典型的应变率相关弹塑性材料的45#钢，其断裂韧性随加载速率的增加而下降。     

脆性材料SHPB试验中实现近似恒应变率加载必要性的研究

基于分离式霍普金森压杆（SHPB）试验的数值模拟,对脆性材料SHPB试验中是否需要实现近似恒应变率加载的必要性进行了研究。结果表明在脆性材料的SHPB试验中,即使整形入射应力波在反射应力波中产生了一个近似平台,脆性材料试样中仍旧存在显著的由惯性产生的径向围压,说明在SHPB试验中实现了由反射应力波中的近似平台所表征的近似恒应变率加载也不能表示SHPB试样中的应变率为近似恒定。因此,在脆性材料SHPB试验中应用波形整形技术并不能改变转折应变率表征SHPB试样中应力状态转变的特性。无论是否采用了波形整形技术,应用脆性材料SHPB试验结果时都应考虑惯性引起的径向围压的影响。     

FRP约束混凝土快速荷载下的强度计算

通过42个不同包裹条件下的FRP约束混凝土圆柱体试件静载和在不同应变速率下的试验，研究FRP约束混凝土快速荷载下的强度．结果表明，FRP约束混凝土在快速荷载下的强度随着应变速率的增加而提高，与对数应变速率呈线性关系，其斜率α与约束比ξ有关，α 随ξ的增加而增大．拟合了FRP约束混凝土快速荷载下的强度计算公式，计算结果与试验值吻合较好，为FRP约束混凝土合理应用于混凝土结构抗震加固提供了参考依据．     

双向等比例加载下的混凝土动态抗压性能

为了研究混凝土试件在多轴受力、不同应力途径下的动态力学性能,采用大型静动态电液伺服试验系统,对混凝土试件进行双轴应力状态下等比例加载的动态抗压试验.双轴加载比例为1∶0、1∶05、1∶1,应变速率分别为10^-5/s、10^-4/s、10^-3/s、10^-2/s 4个量级.通过试验,研究了在不同应变速率、不同应力比情况下,混凝土抗压强度、弹性模量、峰值应变、应力应变曲线的性能.试验结果表明,随着应变速率的提高,各种应力比下混凝土的抗压强度、弹性模量均有提高.在相同应变速率下,与单轴动态受压相比,1∶0.5的应力比其抗压强度提高幅度大.