EPS泡沫冲击压缩和吸能特性试验研究

采用小直径霍普金森压杆(SHPB),对3种密度的聚苯乙烯(expanded polystyrene,EPS)泡沫进行冲击测试,得到了5种应变率下的应力-应变全曲线.为了比较EPS泡沫在冲击荷载和准静态加载下的不同响应,对EPS泡沫试样进行3种应变率下的准静态单轴压缩试验.探讨了泡沫密度、加载应变率对EPS泡沫应力-应变行为、能量吸收性能和破坏特征的影响,应用能量吸收能力、吸能效率曲线和能量吸收图评价了其在冲击荷载下的能量吸收性能.结果表明:泡沫初始密度和加载应变率对EPS泡沫的吸能与冲压特性具有较大影响.     

玄武岩鳞片合金闭孔泡沫铝的静、动态力学性能试验研究

为研究玄武岩鳞片闭孔泡沫铝静态力学性能,并分析其相对密度和应变变化率对泡沫铝动态吸能特性和吸能效率的影响,分别通过液压试验机和分离式霍布金森(SHPB)压杆对不同尺寸玄武岩鳞片闭孔泡沫铝进行静态压缩试验和高应变变化率冲击试验。结果表明:在准静态压缩作用下,泡沫铝相对密度对吸能性和吸能效率有一定的影响,相对密度与吸能性正相关,与吸能效率负相关。在相对密度较低时,玄武岩鳞片闭孔泡沫铝的吸能性能明显优于普通合金闭孔泡沫铝,相同密度下平均高出60%。高应变变化率情况下,相对密度相同时,玄武岩鳞片闭孔泡沫铝在相对更高的应变变化率下表现出更好的吸能性,全压缩过程后,高应变变化率作用下的吸能性较低应变变化率下的约高出75%。而吸能效率在相同应变时的表现则跟应变变化率负相关。在相同应变下,较低应变变化率吸能效率高出8.7%。不同应变率下泡沫铝压缩程度明显不同,在达到最大应变时,越高应变变化率下吸能效率更高。     

Q345钢材动态力学性能研究

采用MTS材料试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对我国钢结构建筑中常用的Q345钢进行准静态压缩试验和不同应变率下的冲击性能试验。试验结果表明:Q345钢在动态冲击下的强度明显高于准静态压缩下的强度,具有显著的应变率强化效应;但在分别比较准静态和动态冲击各自区域的应力水平时,发现不同应变率下其值相差不大,表现出对应变率变化不敏感的性质。在试验基础上,拟合得到了可用于冲击荷载作用下进行结构分析的材料本构模型。     

岩石–钢纤维混凝土复合层动态压缩 性能试验研究

为研究冲击荷载下岩石–钢纤维混凝土复合层抗压性能,利用分离式霍普金森压杆对岩石、钢纤维混凝土和岩石–钢纤维混凝土复合层试件进行了6种应变率下的动态压缩性能试验,并与各类试件的静态抗压强度进行对比分析。结果表明钢纤维混凝土可以有效增强复合层的静态和动态抗压强度,岩石–钢纤维混凝土复合层的动态抗压强度、耗散能和动态强度增长因子(DIF)均具有显著的应变率效应;在相近应变率下复合层的动态抗压强度和耗散能均随钢纤维掺量增大而增大,当钢纤维掺量为80 kg/m~3时复合层的动态抗压强度和耗散能比无钢纤维时最大增幅分别为30.1%和53.9%;钢纤维掺量不大于60kg/m~3可以有效增大复合层的DIF。复合层试件的损伤特征随应变率增大分为4种类型,即混凝土层出现周边张应变破坏、裂纹贯穿复合层、留芯破坏和整体破碎。岩石–钢纤维混凝土复合层的动态力学性能可以为支护结构在冲击荷载下的作用机制提供研究基础。     

泡沫混凝土动态力学性能及本构关系

采用分离式霍普金森压杆(SHPB),对泡沫混凝土进行了不同最大应变率下的冲击试验.结果表明:泡沫混凝土动态应力-应变曲线均呈现出明显的应变率效应,因材料多孔结构的特殊性,整段曲线上下波动较大,在破坏阶段尤为明显;应变软化阶段中应力值并没有快速下降至完全丧失承载力,而是形成了较高的应力平台,并且最大应变率越高,应力平台越长、越显著.从破坏层面分析,较低最大应变率下泡沫混凝土主要呈均匀压实破坏;较高最大应变率下则呈现逐层塌落的破坏形式.借鉴宏观损伤变量及朱-王-唐本构方程,归纳宏观试验结果,通过改进建立了反映泡沫混凝土峰值应力前动态应力-应变关系的等效本构方程.     

刚柔耦合吸能支护煤岩巷道冲击破坏相似试验与数值计算对比分析

冲击地压巷道支护问题一直是研究的热点。采用相似模拟试验和数值模拟的研究方法,对裸巷和刚柔吸能支护巷道的冲击破坏过程进行研究。试验和数值计算结果均表明,无支护巷道冲击变形破坏较严重,在巷道顶板和两帮壁面均出现裂缝扩展和贯通,甚至出现抛出物冲入巷道和塌落现象;刚柔吸能支护具有缓冲和吸收冲击能作用,表现为巷道顶板和两帮壁面发生向巷道内部变形,同时有局部壁面出现裂缝,但巷道整体性完好;裸巷和吸能支护巷道冲击破坏规律基本一致,吸能支护巷道冲击破坏程度弱,整体性好,刚柔耦合支护更有利于冲击地压巷道支护。     

一种矿用消波耗能缓冲装置设计及试验初探

 针对采矿支护设备在冲击地压中呈现的损坏问题,利用泡沫金属材料优异的防冲吸能特性,研制一种能够快速消减冲击波、消耗外界冲击能的装置,并通过力学分析和室内试验,对装置的预期功能做了初步的研究和验证,得到较为理想的结果。试验结果表明：装置通过外部弹簧的控制,基本实现100 kN承载力的预期目标;装置可以实现变形让位的功能,即随着压力的增加,卡销最终可以突破最大静摩擦向外扩张,没有发生自锁现象;吸能材料具有良好的抗压强度和较高的吸能效率。此次试验中装置总的吸能量为1 650 J,与理论计算结果1 550 J相近。该装置的设计与研究,为进一步解决支护设备在冲击地压中呈现的失稳破坏问题、提高支护设备的防冲支护能力打下一定基础。     

爆炸冲击载荷作用下吸能支护巷道变形规律研究

利用低能爆炸加载方式,采用相似材料模拟试验方法,借助数字散斑光测手段（ DSCM ）,研究高速冲击载荷作用下吸能支护巷道变形规律。试验结果表明,巷道顶板首先出现微裂缝,顶板向下位移约为 0.6 mm ,顶板岩层与煤层交界处无错动现象,冲击波重复作用使得模型顶面出现贯通裂缝,但巷道及周围岩体并无破坏,说明吸能支护可吸收大量冲击能,从而有效降低对巷道的冲击破坏。通过模拟试验结果可知,采用吸能支护可大大降低巷道的破坏程度,对于采矿工程安全生产具有实际意义,同时为巷道支护提供一种新方法。     

钢纤维页岩陶粒混凝土SHPB试验研究

为研究钢纤维页岩陶粒混凝土在台风、海浪和地震等动荷载作用下的动力学性能,制备了5种不同钢纤维掺量的钢纤维页岩陶粒混凝土试件进行静态抗压试验和SHPB单轴冲击试验,分析了3种冲击气压下材料的应变率效应和钢纤维体积掺量对动态抗压强度的影响,并用BP神经网络模型预测了动态抗压强度。结果表明,材料的应变率效应主要体现在增强效果上;不同应变率会影响钢纤维掺量对动态抗压强度的增幅,其中低应变率下增幅最大;BP神经网络模型对钢纤维掺量较小的试验组动态抗压强度预测较准确。     

防冲吸能锚杆(索)的静动态力学特性与现场试验研究

针对冲击危险巷道锚杆支护结构破坏特征及冲击载荷对锚杆–围岩支护系统的特殊要求,设计研发了新型防冲吸能锚杆(索)。基于塑性弯曲理论分析了吸能锚杆(索)的吸能原理,利用自主设计的静–动加载试验系统,进行吸能锚杆(索)的静力拉伸试验与冲击拉伸试验。结果表明:吸能锚杆(索)在拉伸过程中六角管衬里被挤压变形,同时给摩擦圆柱提供滑移阻力,六角管的管壁厚度、套筒内径及摩擦圆柱直径三者的装配参数对吸能阻力具有重要影响;无论是静力拉伸还是冲击拉伸,吸能锚杆(索)的轴力–位移曲线均存在轴力初始增长、轴力平稳和轴力突增—平稳3个阶段;在轴力平稳阶段内锚杆杆体基本处于弹性状态,摩擦滑移结束后,锚杆杆体开始受力屈服;吸能结构在吸收能量的同时很好的延迟或减缓了锚杆杆体受力屈服。与普通锚杆相比,吸能锚杆(索)具有良好的"自保护性"与"冲击适应性"。现场试验表明,吸能锚杆(索)能够有效削弱冲击能对巷道围岩的作用。     

闭孔泡沫铝材料的穿孔法剪切试验

为获取泡沫铝材料的抗剪强度,采用穿孔剪切方法对2种不同相对密度、不同孔径尺寸的铝硅闭孔泡沫铝材料进行了试验测试。结合抗压强度试验结果,分析并验证2种材料剪切试验过程中不同的破坏过程,给出了抗剪强度的确定方法。试验结果表明：穿孔法用于泡沫铝材料的抗剪强度测试是可行的,但应合理确定穿孔器直径和试件厚度,避免在剪切过程中出现试件的压缩破坏。所得结论可为其他泡沫金属材料的剪切性能试验提供参考。     

陶粒泡沫混凝土的力学性能及吸能特性

以快硬硫铝酸盐水泥为结合剂,与陶粒、预制泡沫混合制备得到陶粒泡沫混凝土.探讨了泡沫混凝土密度与陶粒粒径匹配关系对陶粒泡沫混凝土在静态单轴压缩下的破坏模式、抗压强度、压实应变和能量吸收的影响.结果表明:随着泡沫混凝土密度的提高或陶粒粒径的增大,陶粒泡沫混凝土发生非界面破坏的现象逐渐显著,由此确定出与3种粒径陶粒相匹配的泡沫混凝土的密度范围;随着泡沫混凝土密度的提高,陶粒泡沫混凝土的抗压强度和能量吸收能力均显著提高,压实应变随之减小;随着陶粒粒径的增大,陶粒泡沫混凝土的抗压强度先增后减,压实应变先减后增,能量吸收能力逐渐增强.     

高压油气藏对砂岩力学特性影响的试验研究

 首先采用声波纵、横波测量方法,进行岩样筛选。然后根据高压油气藏地质构造特征,设计模拟高压油气藏内部孔隙压力变化条件下岩石力学特性测试的方案。在GCTS–1000型三轴压缩试验机上进行高温高压三轴岩石力学测试,结果表明：随着砂岩内部孔隙压力增加,外部围压保持不变的条件下,岩石的强度与围压不呈单调上升的变化趋势,而是随着孔隙压力的增加,净围压减小,岩石强度先随净围压减小而逐渐减小,之后则表现出反常的增大现象。在地压梯度为2.20 MPa/(100 m)时,产生最低强度值。随着地压梯度的增大,岩石强度值反而升高,形成一个V形曲线。砂岩的弹性模量为一波浪形曲线,上下波动范围最大差值为2 909 MPa。泊松比的值从低向高;在地压梯度大于2.00 MPa/(100 m)时,泊松比接近0.5。重复试验揭示了岩石三轴强度特性的这一特殊现象。该结果对于高压油气藏、水泥环和套管系统的真三维套管变形与损坏的模拟有着重要的参考价值,而且是必不可少的基础数据。     

矿用预应力钢棒支护成套技术开发及应用

 为了解决目前煤矿锚杆支护材料存在的问题,采用实验室试验、数值模拟及现场试验相结合的手段及方法,开发矿用预应力钢棒支护成套技术,包括钢棒材料、锚具、构件、锚固方式、施工工具及技术等;实验室试验得出钢棒屈服强度不低于1 140 MPa,抗拉强度不低于1 270 MPa,延伸率大于15%,冲击吸收功不低于30 J,开发与钢棒强度匹配的托板及锚具;数值分析钢棒应力场分布特征及影响因素,得出在高预应力下,钢棒预应力场的应力值大,压应力区范围广,钢棒的主动支护作用明显。在潞安漳村煤矿25排水巷进行矿用预应力钢棒支护技术现场试验,巷道变形量不大,顶板离层基本为0,钢棒初始预紧力为100～120 kN,受力稳定,基本不受巷道掘进影响,支护效果良好。采用钢棒支护比高强锚杆支护材料费用下降29.5%,钢棒间排距大、预紧力施加快,可适当提高巷道掘进速度,具有较好的推广价值。     

Partial Al foam filling of commercial 1050H14 Al crash boxes: The effect of box column thickness and foam relative density on energy absorption

The crushing behavior of partially Al closed-cell foam filled commercial 1050H14 Al crash boxes was determined at quasi-static and dynamic deformation velocities. The quasi-static and dynamic crushing of the boxes were simulated using the LS-DYNA. The results showed that partial foam filling tended to change the deformation mode of empty boxes from a non-sequential to a sequential folding mode. In general, the experimental and simulation results showed similar mean load values and deformation modes. The SEA values of empty, partially and fully foam filled boxes were predicted as function of box wall thickness between 1 and 3 mm and foam filler relative density between 0 and 0.2, using the analytical equations developed for the mean crushing loads. The analysis indicated that both fully and partially foam filled boxes were energetically more efficient than empty boxes above a critical foam filler relative density. Partial foam filling, however, decreases the critical foam filler density at increasing box wall thicknesses.     

复合掺合料对泡沫混凝土防水抗渗性能的影响

研究了水胶比和复合掺合料对700级泡沫混凝土抗压强度、吸水率及防水抗渗性能的影响,结果表明,水胶比为0.45~0.50时,制备的700级泡沫混凝土的抗压强度较高;粉煤灰和矿粉复合、粉煤灰和石灰石粉复合能提高泡沫混凝土的抗压强度和抗渗性能、降低吸水率,质量吸水率最高能降低25%,体积吸水率最高能降低24%,抗渗高度能降低5 mm;但粉煤灰和硅灰复掺、石灰石粉和硅灰复掺对泡沫混凝土的抗压强度不利,且对泡沫混凝土的抗渗性能提高不明显。     

Axial crushing analysis of end-capped circular tubes

The paper investigates collapse mechanisms and energy absorption capacity during the axial compression of the end-capped thin-walled circular aluminum tubes which are hollow or filled with polyurethane foam. An experimental technique is used to evaluate the crushing behavior of the circular tubes under compressive quasi-static strain rate. A numerical model is presented based on finite element analysis to simulate the crushing of circular tubes considering nonlinear response due to material behavior, contact boundary conditions and large deformation. The validated model using existing experimental results is used to evaluate the dynamic response in order to determine the dynamic amplification factor relating the quasi-static results to dynamic response. The experimental and numerical results are used to determine energy absorption capacity due to the plastic deformation of thin-wall tube and crushable foam. The performance of end-capped tubes is compared with non-capped tubes and it is found that maximum initial peak load can be controlled and convenient crash protection systems can be obtained using end-capped circular tubes.     

泡沫混凝土的配合比设计及性能研究

通过对泡沫混凝土的配合比设计,制备A03～A14密度等级泡沫混凝土,对其湿干密度、抗压强度、吸水率和软化系数进行测试,研究湿干密度之间的关系及各密度等级与各性能之间的关系,并对试件裂缝分布和宽度进行观测。结果表明,泡沫混凝土的湿干密度存在正相关性,抗压强度随干密度增加而增大,且存在二次函数关系,干密度等级为A14时的抗压强度最高为26.9MPa;吸水率随干密度等级增加而减小,与干密度成二次函数关系;软化系数与干密度存在幂函数关系,随干密度等级增大而升高。干密度等级高的泡沫混凝土的裂缝分布更狭小且均匀。