校正缺口环法评价石英玻璃管的高温弹性模量

石英玻璃管大量应用于化工、机械和光学等领域, 但由于缺少精准有效的高温弹性模量评价手段, 限制了其高温热应力分析和结构设计。最近发展起来的缺口环方法可测试玻璃管材的室温弹性模量, 但其在高温下的应用因变形测量困难而鲜有报道。本研究利用相对法解决高温缺口环变形测量的难题, 从而可以方便准确地计算出高温弹性模量。采用本方法测试石英玻璃管的弹性模量并探索其在室温至1200℃间的变化规律, 发现在800℃时达到最大值87.20 GPa, 而后缓慢下降, 1100℃以后开始急剧下降。本研究显示用校正后的缺口环法测试石英玻璃管的高温弹性模量值准确、可靠, 有望推广应用于评价其他脆性圆管材料的高温弹性模量。     

基于纳米压入技术的老化橡胶表面力学行为

为了研究不同老化时间和温度对橡胶表面力学性能的影响,通过纳米压痕仪测量了老化前后以及不同老化时间和温度下橡胶的弹性模量、硬度、储能模量、损失模量和损耗因子.研究结果表明,老化时间和温度是影响橡胶表面纳米力学性能的2个关键因素,且相比于老化时间,老化温度对橡胶力学性能的影响更为显著;在90℃和105℃老化温度下,橡胶的弹性模量、硬度、损耗因子等力学性能受老化时间的影响较小;在120℃以上,随着老化时间的延长,橡胶的硬度、弹性模量逐渐增大,蠕变性能与黏性逐渐减弱;在135℃时,其力学性能呈现先快后慢的变化模式,老化3d之后,其硬度与弹性模量开始迅速增大,后期变化速率逐渐减小.在工程上,对于长期服役于较高温度下的密封件来说须严格控制其服役温度,以达到防止密封件老化、提高密封寿命的目的 .     

吸湿老化后碳纤维增强乙烯基脂树脂复合材料高低温力学性能

碳纤维增强乙烯基酯树脂复合材料(CFRP)是海洋和舰船工程领域广泛应用的结构材料，在复杂海洋环境和服役工况下，材料面临湿热和极端温度的考验。本文研究了树脂和CFRP在水浴过程中的质量和形貌变化及水浴吸湿后CFRP在3种测试温度下(-30℃、室温和70℃)的力学性能演变。FTIR和液相色谱-质谱联用实验结果表明乙烯基酯树脂在水浴过程中发生了水解，而吸湿后CFRP的微观形貌观察表明纤维-基体界面的存在会改变树脂基体的吸湿行为。低温、高温和水浴120天后室温测试环境下，CFRP的压缩强度相比未吸湿试样的室温初始强度，分别降低了27.4%、36.2%和32.8%；而低温环境下面内剪切强度提升了35%，高温环境下降低了27%，水浴120天后提升了7%，显示温度对CFRP面内剪切强度的影响大于湿热老化。此外，动态热力学性能测试显示初始阶段的吸湿会导致CFRP储能模量和玻璃化转变温度(Tg)降低，但后期储能模量和Tg会部分恢复。     

高温后大理岩力学性质及其破坏规律研究

基于大理岩在常温至高温800℃后的力学试验结果,分析了高温后大理岩峰值强度、峰值应变、弹性模量、变形模量以及应力-应变全过程曲线等随温度的变化规律,同时采用岩石声发射仪与扫描电镜试验仪,对高温后大理岩破坏规律进行了探讨。结果表明：高温后大理岩试样高度和直径将变大,质量和密度减小,但在200℃时变化不明显;在常温至高温200℃后,大理岩的力学性质变化不大;高温400℃~800℃,大理岩峰值强度、弹性模量和变形模量随着温度的升高而减小,而峰值应变则变大,并且随着温度的升高,变化越明显;声发射试验得到的振铃计数与应力-时间曲线具有较好地对应关系,充分反映了岩石在不同阶段内的破裂演化规律;温度对大理岩的破坏规律有着显著影响,温度升高使大理岩由脆性破坏向延性破坏的方向发展。     

高温处理温度对中密度C/C复合材料性能的影响

研究了中密度(1.45～1.55g/cm3)针刺C/C复合材料分别经过1800℃、2000℃、2200℃高温处理后的热学和力学性能变化.随着处理温度的升高,材料的径向压缩强度逐渐降低,1800℃处理后材料的轴向压缩强度高于未处理试样.室温拉伸强度随处理温度的升高而增大,高温拉伸强度则随处理温度的升高而降低,未处理试样高温拉伸强度达到94.7MPa,2200℃处理后只有65.6MPa,但仍高于室温拉伸强度(50MPa左右).不同温度处理后材料的高温轴向弯曲最大载荷应变和模量趋于一致,而室温测试结果随着处理温度的升高而降低.轴向拉伸模量和延伸率随温度变化的规律性则不强.材料的轴向热膨胀系数随处理温度的升高而降低,但变化幅度不大,室温至1000℃线胀系数为(1.5～2.0)×10-6/℃.未处理试样和1800℃处理试样的径向导热系数相当,1000℃时约为11W/(m·K),2000℃和2200℃处理试样的导热系数相当,1000℃时约为15W/(m·K).与1800℃处理后薄壁构件的变形性相比,2200℃处理构件变形大,出现不等量变形现象.     

橡胶对水泥基材料干燥收缩性能的影响

为了考察橡胶增加水泥基材料干燥收缩量的机制,以橡胶水泥砂浆作为研究对象,采用毛细管张力理论分析了造成水泥砂浆干燥收缩的因素。使用压汞试验研究橡胶/水泥砂浆的孔结构,并进行了弹性模量和干燥收缩试验。研究结果表明,橡胶掺入会降低水泥砂浆的弹性模量,增加其孔隙率和干燥收缩量,且相同掺量条件下,小粒径橡胶的作用效果更明显。基于试验数据,考虑橡胶掺入对砂浆弹性模量的折减系数KE和橡胶掺入对毛细孔(孔径50nm的孔隙)数量的增加系数K_h,拟合了橡胶对水泥砂浆干燥收缩的影响参数δ_(mr)。     

陶瓷纤维增强氧化硅气凝胶复合材料力学性能试验

氧化硅气凝胶具有极低的热导率和密度,可作为很好的隔热材料,而脆弱的力学性能限制了其在隔热领域的应用。在不影响隔热效果的前提下,通过复合陶瓷纤维可增加氧化硅气凝胶的强度及韧性。试验探索了陶瓷纤维增强氧化硅气凝胶在室温下的拉伸、压缩和剪切等基本力学性能,分别研究了300℃、600℃和900℃下复合材料纤维铺层面方向的压缩性能,并采用扫描电子显微镜对高温试样微观结构进行了观察分析。结果表明：陶瓷纤维增强氧化硅气凝胶的性能表现出方向性,弹性模量在铺层面内方向与厚度方向的数值最大相差约28倍,强度极限亦然;在室温条件下,复合材料的拉伸和压缩弹性模量不同,X 、Y 和 Z 方向拉伸模量与对应的压缩模量之比分别为1.60、1.83和0.56;高温下复合材料沿厚度方向收缩,收缩量随温度升高而增大,900℃下的最大收缩量可达10.8%;高温下复合材料铺层面内方向压缩性能随温度升高而增强。     

不同加载速率下差异性含水率尾砂胶结充填体力学行为及损伤特性研究

充填体的力学特性是充填配比设计和维护地下采场稳定性的关键指标,而加载速率变化与充填体所处环境（湿度、温度）不同均会对充填力学行为产生影响。本工作对不同含水率（干燥、饱水、自然）充填体开展了变加载速率（0.1 mm/min、0.25 mm/min、0.5 mm/min、1 mm/min、2 mm/min）的单轴抗压强度测试,获得了含水率和加载速率作用下的充填体力学参数和破坏模式,并依据能量守恒定理,研究了不同条件影响下充填体的能量演化规律,建立了基于能量的损伤变量。结果表明：（1）随着加载速率增加,充填体的抗压强度先增加再减小,存在临界加载速率;干燥和饱水对充填体的抗压强度和弹性模量分别具有强化和弱化效应,干燥导致充填体由延性向脆性转变,应力-应变曲线达到峰值应力后快速下降,而饱水虽有利于充填体的延性,但水的弱化作用使其在较小应变下即发生破坏。（2）加载速率由0.1 mm/min增加至2 mm/min,干燥充填体破坏模式由拉剪混合破坏逐渐向以拉伸为主的破坏模式转变,饱水充填体以拉伸破坏为主,而自然充填体整体上表现为拉剪混合破坏。（3）提高加载速率加快了充填体的能量交换,干燥、饱水和自然对...     

低温/饱水耦合作用下红砂岩静动态Ⅱ型断裂特性试验研究EI北大核心CSCD

利用伺服压力机、分离式霍普金森压杆对干燥室温、饱水室温、-40℃干燥冻结和-40℃饱水冻结四种工况下的红砂岩试件分别进行了静、动态短芯压剪试验;通过分析对比静、动态以及动态范围内不同加载率下的断裂韧度、断裂能等参数变化规律,研究了低温和水饱和效应对红砂岩的Ⅱ型断裂力学特性的影响并探讨了二者的作用机制。结果表明:(1)水对砂岩Ⅱ型断裂韧度与断裂能产生弱化效应,水饱和红砂岩静态Ⅱ型断裂韧度为干燥下的77%;(2)冻结作用使红砂岩静、动态断裂韧度分别提升36%和18%以上,静态荷载下干燥冻结砂岩Ⅱ型断裂韧度最高,动态荷载下饱水冻结砂岩具有最大的Ⅱ型断裂韧度;(3)冻结与干燥室温红砂岩断裂韧度率敏感性近似相同,而饱水室温红砂岩具有最高的Ⅱ型断裂韧度率敏感性和动态增强因子。     

橡胶微粉对无机聚合物胶凝材料力学性能的影响

主要研究了橡胶微粉对无机聚合物砂浆和水泥砂浆力学性能的影响.实验结果表明,随着橡胶微粉掺量的增加,无机聚合物砂浆和水泥砂浆的抗压强度、抗折强度均有所下降,其中无机聚合物砂浆弹性模量降低、变形能力增强、弯曲韧性系数稍有降低;水泥砂浆弹性模量升高、变形能力下降、弯曲韧性系数下降.分析材料微观破坏形貌后发现,与水泥砂浆相比,橡胶微粉与无机聚合物砂浆界面粘结较好,粘结强度高,从而造成无机聚合物砂浆和水泥砂浆这两种材料体系在橡胶微粉掺杂后力学性能的差异.     

低温处理对桦木抗弯性能的影响

以桦木(Betula platyphylla)饱水材和生材为研究对象,分别测试了试样经-20,-70,-100,-160和-196℃低温处理48h,之后取出置于室温24h后的抗弯弹性模量(MOE)和抗弯强度(MOR)。研究结果表明,经低温处理后,试样MOE和MOR与未处理材相比均有所增加,饱水材和生材MOE的最大增加量分别为7.4%和4.6%,MOR的最大增加量分别为7.4%和6.8%,但在任一温度水平上,低温处理对MOE和MOR的增加均不显著,同时,不同低温处理温度之间力学性能无显著差异;经过低温处理后,试样延性系数增加,变形能力提高;与混凝土经低温作用后强度下降相比,木材抗低温性能优于混凝土。     

高温作用对花岗岩动态压缩力学性能的影响研究

采用高温装置对传统的大直径Φ 100 mm SHPB试验设备进行改造,利用该试验系统对采自陕西秦岭山区的花岗岩进行不同高温与冲击荷载共同作用下的动态压缩试验,考察了高温下花岗岩的峰值应力、峰值应变、弹性模量的变化规律。试验结果表明：在25℃～600℃时,高温作用对花岗岩峰值应力的影响不大;800℃～1000℃时,花岗岩峰值应力受高温影响明显,迅速下降;600℃～800℃有可能存在花岗岩内部结构突变的临界温度;随着温度的升高,峰值应变呈现逐渐增加的趋势,而弹性模量离散性较大,大体上呈现逐渐减小的趋势;从总体规律上来说,高温下花岗岩的峰值应力、峰值应变仍然表现出显著的应变率硬化效应。     

土工格栅用聚丙烯原料的高温拉伸特性

聚合物原料的高温拉伸过程是塑料土工格栅生产的关键环节,高温拉伸工艺参数的选取对土工格栅制品的使用性能有重要影响。通过"高温-室温两步拉伸"试验方法,对塑料土工格栅用聚丙烯原料先进行高温拉伸,冷却至室温后再测试其室温拉伸性能,得到高温时拉伸温度、拉伸速率和拉伸比等参数对聚合物高温和室温拉伸性能的影响规律。结果表明:随着拉伸温度的升高和拉伸速率的降低,聚丙烯原料高温流变应力明显下降,而拉伸比对高温应力-应变曲线影响较小;聚丙烯原料经高温拉伸处理后,在室温下断裂伸长率随高温拉伸时的温度升高而明显增加,而受高温拉伸速率的影响不大;高温拉伸时的温度、速率和拉伸比均存在一个合理区间,在该试验条件下,高温拉伸温度为110~130℃,拉伸速率为100~250mm·min-1,拉伸比为8~13时,聚合物材料呈现最佳室温拉伸性能。     

高温耐磨PTFE复合材料的力学性能和摩擦性能

在室温～250℃宽范围内研究了温度对PTFE基复合材料硬度、剪切强度、压缩模量及磨损率的影响。结果表明,温度升高,聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的剪切强度和压缩模量呈二次抛物型曲线快速降低,而硬度呈线性递减关系;所制纳微协同增强PTFE复合材料承载时200℃附近才出现磨损率拐点,明显优于国内外水平;基于室温环境的聚合物力学、磨损性能以及高温下的力学性能,建立了聚合物磨损预测方程,可以快捷地预测出高温下PTFE复合材料的磨损率。     

纤维对超高性能混凝土残余强度及高温爆裂性能的影响

采用普通原材料制备56 d龄期抗压强度为140~160 MPa的空白组超高性能混凝土、钢纤维超高性能混凝土及混杂纤维超高性能混凝土,测定其遭受高温作用后的残余抗压强度和劈裂抗拉强度,并对100%含湿量的混凝土试块进行高温爆裂试验。此外,测定大小2种加热速率对超高性能混凝土高温爆裂行为的影响。结果表明:所配制混凝土的残余抗压强度均随着目标温度的升高呈现先增大再降低的趋势,800℃高温后的残余抗压强度约为常温强度的30%。钢纤维与混杂纤维混凝土的残余劈裂抗拉强度亦呈现先升高再降低的趋势,800℃高温后的残余劈裂抗拉强度分别为常温强度的15.1%和35.4%。空白组混凝土的残余劈裂抗拉强度随着目标温度的升高而单调下降,800℃高温后的强度值约为常温强度的20.3%。7.5℃/min加热速率下,100%含湿量的3种混凝土试块均发生了严重高温爆裂,单掺钢纤维可以改善超高性能混凝土的高温爆裂,但不能避免爆裂的发生,而混杂纤维对超高性能混凝土高温爆裂的改善效果并未显著优于钢纤维。2.5℃/min加热速率下,混杂纤维可避免部分超高性能混凝土试块发生爆裂。      

2D-C/SiC缺口试样的拉-拉疲劳损伤

研究了二维正交编织C/SiC双边对称圆弧缺口试样室温和高温真空的拉拉疲劳行为,正弦波疲劳应力比R=0.1,频率60Hz,循环基数106次.循环到规定周次停机,测量试样的共振频率、电阻,并进行SEM观察.结果表明,2D-C/SiC复合材料缺口试样拉-拉疲劳的S-N曲线非常平坦,其疲劳极限是同温度下缺口试样拉伸强度的80%～90%,光滑试样和缺口试样的疲劳极限比值与理论应力集中系数基本相同.缺口试样在疲劳过程中,电阻表征损伤与模量表征损伤的规律基本一致.在疲劳试验初期阶段,缺口附近损伤发展很快,主要表现为产生大量与加载方向垂直的裂纹,随着疲劳次数的增加,损伤发展减缓,但损伤形式逐渐增多,缺口附近与加载方向垂直的裂纹数量明显多于平行加载方向的裂纹数.讨论了电阻表征损伤和模量表征损伤之间的关系.     

背景影响下涡轮叶片温度测量及修正技术研究

在采用辐射温度计测量航空发动机涡轮叶片温度时,为了减小背景辐射对测温结果造成的影响,基于Planck定律建立包含背景辐射影响的测温方程,借助有效发射率计算得到被测目标的真实温度.通过设计背景辐射影响模拟试验,利用两个高温辐射源分别加热选定样品和模拟高温背景,采用扫描式涡轮叶片温度场测量装置对选定样品进行温度测量.结果发现,当目标设定为800℃、背景设定为1000℃时,目标在背景影响修正前后的最大温差为27.2℃,温差相对修正前温度的比例最大为3.82%,而修正后的目标温度明显更加接近无背景影响温度,从而验证了该修正计算方法的可行性和可靠性,对发动机研制过程中的温度监测工作具有重要应用价值.     

固溶和时效温度对7715D钛合金组织和性能的影响

研究了固溶和时效温度对7715D高温钛合金轧棒室温和600℃高温拉伸性能的影响。结果表明,低温固溶材料室温强度高,但高温强度低;低于600℃时效时材料的室温屈服强度和塑性变化不大;高于600℃时效,室温强度略有上升,高温强度降低。组织和拉伸断口分析表明,室温强度与β转变组织大小相关,高温强度受初生α相和β转变组织的相对强度影响更大。建议7715D钛合金在高的固溶温度和适当的时效温度进行热处理,推荐980℃/2 h+600℃/2 h。     

温度对缝合气凝胶夹芯复合材料面内压缩性能的影响

分别开展缝合气凝胶夹芯复合材料在不同温度下的面内压缩试验,研究材料在室温、300℃、600℃和800℃下的面内压缩力学性能,并采用微焦点工业CT扫描的方法对试样内部结构进行分析,结合有限元分析方法,探究其结构破坏机制。结果表明:在面内压缩载荷作用下,材料存在极限载荷,面板的局部屈曲、芯层的剪切破坏以及缝线柱的断裂是材料破坏的主要方式。随着温度的升高,材料的面内压缩模量和极限载荷也逐渐升高,面板破坏处的断口逐渐呈现出类似脆性的断裂。300℃、600℃和800℃下材料的面内压缩模量分别为室温的1.05倍、1.57倍和1.65倍;极限载荷分别为室温的1.14倍、1.46倍和1.67倍。室温下有限元分析结果和试验结果的对比,验证了缝合气凝胶夹芯复合材料面内压缩破坏模式的合理性。     

Al2O3/TiC 复合陶瓷高温弯曲强度与弯曲切口强度研究

研究了Al₂O₃/TiC 复合陶瓷的高温弯曲断裂强度和弯曲切口强度。实验结果表明, 该材料在600℃以下, 弯曲强度基本没有变化, 800℃时弯曲强度开始下降。600℃弯曲切口强度与室温切口强度变化规律相同, 可以由室温弯曲切口强度关系式预测。800℃时切口敏感性降低, 弯曲切口强度与室温下切口强度的变化规律不同。另外, 对弯曲强度试样结果进行统计处理, 分析表明该陶瓷材料的室温和高温弯曲强度和弯曲切口强度均符合W eibull 分布; 相同温度的弯曲强度与切口强度的W eibull 模数基本相同; 高温弯曲切口强度分散性均小于室温弯曲切口强度分散性。该结果为陶瓷构件在高温下的安全可靠性设计提供了指导。