三向应力状态下混凝土动态强度和变形特性研究

利用大连理工大学自行研制、改造的大型液压伺服静动三轴试验系统对立方体混凝土试件进行恒定围压下的动态三向压缩试验,侧向恒定围压分别为0MPa、4MPa、8MPa、12MPa、16MPa五个级别,应变速率分别为10-5/s、10-4/s和10-3/s三个量级,系统研究了不同恒定围压和应变速率对混凝土强度和变形特性的影响。试验表明:随着围压的增加,混凝土三轴极限抗压强度有明显的增强趋势;峰值应力处的应变值增加幅度显著。随着应变速率的增加,围压较低时,混凝土动态强度的增加趋势明显;围压较高时,动态强度随应变速率增加而增加的趋势减弱,特别是当围压值超过混凝土的单轴强度时,可以不考虑混凝土应变速率对混凝土强度的影响。得出了混凝土在不同应变速率以及不同恒定围压下的应力应变全过程曲线。     

高温条件下钢纤维混凝土动态抗压性能试验研究

应用分离式霍普金森压杆和电阻式高温加热炉对不同纤维掺量(1%,2%)的钢纤维混凝土试件进行了不同温度条件下(20℃,200℃,400℃,600℃,800℃)的动态压缩试验,获得了不同温度条件下该种材料的动态应力-应变曲线,得到了相应的动态抗压强度和峰值应变。试验结果表明,钢纤维混凝土具有明显的应变率强化效应和温度损伤效应。在各试验温度下,钢纤维混凝土的动态抗压强度随着应变率的增大而提高;同一加载速率下,钢纤维混凝土的动态抗压强度随着试验温度的升高大幅度降低;相比于普通混凝土,钢纤维混凝土的抗冲击性能显著提高。     

NF709奥氏体耐热钢的热变形行为

目的获得NF709钢的热变形工艺参数。方法利用Gleeble3800热模拟试验机,在变形温度为930~1230℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)、真应变为1.0的条件下,得到真应力-真应变曲线。依据流变应力曲线和相关热加工理论,建立材料的本构方程,分析试验钢的热变形特点。结果该试验钢在试验条件下的热变形激活能为424 kJ/mol,建立了试验钢在变形条件下的本构方程,回归出了动态再结晶临界应力和Z参数之间的关系方程。根据动态组织分析和相应的热加工条件,建立了试验钢的动态组织状态图,可以用来预测不同变形条件下的动态组织。建立了应变速率、温度和峰值应力之间的关系方程。结论在给定的变形温度或应变速率下,应变速率或变形温度对微观组织有显著影响。在1030~1230℃、应变速率为10 s~(-1)的条件下,试验钢在变形量较小时容易失稳,随着应变量增加,流变失稳消失。     

Ti-5Mo-5V-1Cr-3Al合金的热压缩变形行为研究EI北大核心CSCD

采用恒应变速率热压缩模拟实验,对Ti-5Mo-5V-1Cr-3A1（简称1Cr）钛合金在应变速率0.001～1s-1、变形温度700～900℃条件下进行研究.结果表明：该材料的流变应力对温度与应变速率敏感：当变形温度为700～800℃时,真应力-真应变曲线呈现动态再结晶单曲线特征;当变形温度为800～900℃时,低应变速率（0.001s-1）的真应力-真应变曲线呈现动态再结晶多应力峰值曲线特征,高应变速率（0.01～1s-1）的真应力-真应变曲线呈现动态回复曲线特征.1Cr合金在等温压缩变形时的流变行为可用包含Zener-Holomon参数的Arrhenius本构方程描述,变形激活能为456kJ/mol.金相结果显示,材料在热压缩过程中的动态行为除了与变形速率、变形温度等加工参数相关外,也与相应温度、变形速率下材料的组织及相结构有关.合金在低应变速率0.001s 1下热压缩变形时,在接近相变点或以上（800～900℃）温度范围内仍呈现动态再结晶行为,这与材料在此阶段发生的应变诱发马氏体转变密切相关,马氏体相的析出促使材料在热变形时趋向于发生动态再结晶行为.     

BFe10-1-1铜合金热压缩流变应力行为

BFe10-1-1合金管是制造冷凝器的关键材料,主要采用热挤压方法成形.为了制定该合金的热挤压工艺,并为其挤压成形的数值模拟分析提供热力学参数,在Gleeble-1500动态热模拟机上进行高温等温压缩试验,研究了BFe10-1-1合金在高温塑性变形过程中的流变应力行为.试验温度为800~950℃,应变速率为0.1~20 S-1.研究结果表明,BFe10-1-1合金的流变应力随变形温度的增加而减小,随应变速率的增大而增大;随着应变速率越大,动态再结晶软化现象更为明显;获得了采用Zener-Hollomon参数来描述的BFe10-1-1合金高温变形的峰值应力方程,计算获得该合金变形激活能Q为182.68 kJ/mol.     

CuNi30Mn1Fe动态再结晶临界应变行为研究

借助热模拟试验机分别研究了变形温度为800℃、850℃、900℃、950℃、1 000℃,变形速率为10 s~(-1)、1 s~(-1)、 0.1 s~(-1)、 0.01 s~(-1)条件下CuNi30Mn1Fe的高温热压缩试验。基于加工硬化率方法,分析了CuNi30Mn1Fe在热压缩变形过程中的动态再结晶行为,并求得发生动态再结晶时所对应的临界应变值。结果表明:CuNi30Mn1Fe在热压缩变形时伴随着动态回复与再结晶的发生;临界应变随着温度的增加而减小,随着应变速率的增加而增加;再结晶峰值应变ε_p和临界应变ε_c的线性关系方程为ε_c=-1.03ε_p+1.36。     

30%Mo/Cu-Al2O3复合材料的热压缩变形行为

利用Gleeble-1500热力模拟试验机,在温度为450～750℃、应变速率为0.01～5s-1、总应变量0.7的条件下,对30%Mo/Cu-Al2O3复合材料高温塑性变形过程中的动态再结晶行为及其热加工图进行研究和分析。实验结果表明30%Mo/Cu-Al2O3复合材料高温流动应力-应变曲线主要以动态再结晶软化机制为特征,峰值应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加;在真应力-应变曲线基础上,建立的30%Mo/Cu-Al2O3复合材料高温变形本构模型较好地表征了其高温流变特性;同时,利用30%Mo/Cu-Al2O3复合材料DMM加工图分析了其变形机制和失稳机制,确定了热加工工艺参数为变形温度650～750℃,应变速率0.01～0.1s-1。     

应变速率和温度对10NiCrMo船体钢力学性能的影响

探讨了高应变速率(动态)和低温对10NiCrMo船体钢拉伸力学性能的影响。拉伸试验结果表明:室温下,在应变速率较低时(1.6×10-3/s~1.6×10-1/s),随着应变速率增加,强度和塑性变化不大;而当应变速率较高时(2.8×102/s~1.2×103/s),总体上强度和塑性随应变速率的增加而有所增加,未发生脆化现象。在室温至-196℃温度范围内,常规应变速率下,抗拉强度R m随温度的降低而增加,-196℃时的强度增加约30%;而断后伸长率随温度的降低也有增加,增加约14%,不但未出现低温脆性,而且有好于室温的塑性。但当较高应变速率和低温共同作用时,与常规拉伸试验结果相比,试验钢的强度明显增加,而塑性明显下降,下降约50%。10NiCrMo船体钢在高应变速率、低温条件下独特的力学性能与均匀变形能力和断裂机制的变化有关,材料的塑性与其断裂方式无对应关系。     

高温下混凝土SHPB动态力学性能试验研究

采用霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置和高温炉进行了高温下普通混凝土的抗冲击性能试验研究,通过比较实测动态强度和应力-应变曲线,揭示了温度和应变率对高温下混凝土动态力学性能的影响规律.试验结果表明：除200℃~300℃范围外,高温下混凝土具有显著的应变率效应,且温度越高动态应变率效应越显著;温度和应变率对混凝土归一化应力-应变关系曲线上升段的形状影响很小,可采用统一的函数形式.200℃~300℃低温区混凝土不仅无明显动态效应,且存在静力强度衰减现象,此特性需引起注意并有待进一步研究.     

LD7铝合金热变形研究

在Gleeble-1500热模拟机上对LD7铝合金进行等温热变形实验,变形温度为300～500℃,应变速率为0.01～10s-1,研究其热变形的流变应力行为、显微组织及软化机制.结果表明LD7铝合金真应力-真应变曲线表现出动态回复特征,在应变速率ε=1.0s-1,变形温度高于420℃时,应力出现锯齿波动,表现出不连续动态再结晶特征.合金在压缩过程中主要软化机制为动态回复,同时也存在动态再结晶.变形后晶粒尺寸随变形温度升高而增大,随变形速率增加而减小.     

高温后高强混凝土受压动态损伤

对45个高强混凝土（HSC）棱柱体进行高温加热,温度分别为20℃、200℃、400℃、600℃和800℃。然后对棱柱体进行高温后轴向动态受压试验,应变率分别为10^-5 s^-1、10^-3 s^-1和0.067 s^-1。结果表明：随着经历温度的升高,HSC将会出现裂缝,细观结构变得松散;高温对HSC造成的损伤随温度的升高而增大,而应变率对高温后HSC的损伤没有明显影响;经历相同的高温损伤后,HSC的相对受压强度随应变率的增大而增大;轴向应变对高温后HSC造成的损伤在峰值应变前缓慢增大,达到峰值应变后迅速增大;温度越高,峰值应变对应的HSC损伤越小,而经历相同温度后不同应变率下峰值应变处HSC损伤的变化趋势并不明显。基于试验及理论分析,建立了HSC高温损伤以及高温损伤后相对受压强度的计算公式。     

高温后混凝土的SHPB试验研究

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,简称SHPB）试验装置,对常温和经历200 ℃、400 ℃、600 ℃、800 ℃高温作用后的混凝土进行了冲击压缩试验,得到了动态压缩应力-应变曲线,分析了弹速、温度对平均应变率的影响以及温度、平均应变率对动态抗压强度的影响。结果表明：弹速与平均应变率之间、平均应变率与动态抗压强度之间都近似呈线性关系。温度对混凝土动态性能影响显著,在相同弹速下与常温情况相比,200 ℃时平均应变率有所提高、动态抗压强度有所降低,400 ℃时与常温接近,400 ℃以后平均应变率随着温度增加而提高,而动态抗压强度随着温度的增加而急剧下降,至800 ℃不足常温试件的30%。高温将降低混凝土的应变率敏感性,其中以400 ℃降低最为明显。     

UHMWPE纤维混凝土动态压缩力学性能研究

试验研究了一种捻制超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维增强的新型纤维混凝土动态压缩力学性能。研制了4种纤维体积掺量(0.3%、0.5%、0.7%、1.0%)的C70等级纤维混凝土,采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆进行冲击压缩试验,研究了纤维混凝土在140~255 s~(-1)应变率下的动态压缩力学性能。试验结果表明:UHMWPE纤维混凝土抗压强度、峰值应变和弹性模量具有明显的应变率敏感性;纤维混凝土抗压强度应变率敏感性弱于素混凝土,但其弹性模量应变率敏感性强于素混凝土;动态强度增长因子与应变率对数呈线性关系,具体关系与纤维掺量相关。     

混凝土柱单轴动态抗压特性的应变率效应研究

混凝土材料是典型的率敏感材料,不同动态应变率下混凝土柱的抗压性能有明显的变化。本文通过混凝土柱的轴心动态抗压试验,在10-5/s10-2/s应变率范围内研究了混凝土材料本构关系的应变率效应,系统研究了应变率效应对混凝土抗压强度、弹性模量、峰值应变、吸能能力以及破坏机理的影响,并讨论了试验机刚度、惯性效应对试验结果的影响。试验结果表明：随着应变率的增加,混凝土材料的抗压强度也随之增加,当应变率为10-4/s、10-3/s、10-2/s时混凝土的抗压强度相对准静态抗压强度（应变率为10-5/s）分别增加了7.45%、19.51%和29.23%,弹性模量相对于准静态弹性模量变化不大,峰值应变具有一定的离散性,但是基本趋势也是增加的,混凝土的吸能能力也随着应变率的增加而显著增加。另外,刚性元件的使用有效的改善了试件应变率的稳定性,惯性效应对本次试验结果的影响可以忽略     

Experimental study on the dynamic compressive mechanical properties of concrete at elevated temperature

Strain rate effect and temperature effect are two important factors affecting the mechanical behavior of concrete. Each of them has been studied for several years. However, the two factors usually work together in the engineering practice. It is necessary to understand the mechanical responses of concrete under high strain rate and elevated temperature. A self-designed high temperature SHPB apparatus was used to study the dynamic compressive mechanical properties of concrete at elevated temperature. The results show that the dynamic compressive strength and specific energy absorption of concrete increase with strain rate at all temperatures. The elastic modulus decreases obviously with strain rate at room temperature and stabilizes at a level with slightly decrease at elevated temperature. The dynamic compressive strength of concrete at 400 °C increases by nearly 14% compared to the room temperature. However, it decreases at 200 °C, 600 °C and 800 °C with the decrease ratio of 20%, 16% and 48%, respectively. The dynamic elastic modulus decreases largely subjected to elevated temperature. The specific energy absorption at 200 °C, 400 °C and 600 °C is higher than room temperature and decreases to be lower than room temperature at 800 °C. Formulas are established under the consideration of mutual effect of strain rate and temperature.     

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。     

基于细观模拟的混凝土动态压缩强度尺寸效应研究

在混凝土静态破坏尺寸效应方面开展的研究已经较为完善,而在动态破坏尺寸效应方面的研究还远没有形成一个统一的认知。混凝土尺寸效应根源于内部组成的非均质性,从细观角度出发,考虑材料非均质及细观组分的应变率效应,将混凝土看作由骨料、砂浆及界面过渡区组成的三相复合材料,建立了混凝土动态破坏行为研究的细观数值分析方法,对不同应变率（1×10^-5 s^-1~2×10² s^-1）及不同尺寸方形混凝土试件单轴压缩破坏行为进行模拟与分析。数值结果表明：混凝土动态与静态加载下压缩强度尺寸效应规律存在明显差异,在动态压缩强度尺寸效应规律中,存在一个临界应变率（约为1 s^-1）,即：低于临界应变率时,应变率增大时,压缩强度随试件尺寸增大而减小,且尺寸效应逐渐被削弱;达到临界应变率时,混凝土动态压缩强度与尺寸无关,尺寸效应被完全抑制;高于临界应变率时,应变率增大时,压缩强度随试件尺寸增大而增大,尺寸效应逐渐增强。最后对混凝土动态强度尺寸效应的产生机理进行了分析与讨论。     

高强高模聚乙烯纤维力学性能的应变率和温度效应

利用MTS810材料试验机、旋转盘式杆-杆型冲击拉伸装置和温度控制箱,在温度20℃~110℃、应变率为0.001/s~700/s范围内,对高强高模聚乙烯纤维束进行了准静态和高应变率冲击拉伸实验,得到了不同温度、不同应变率时纤维束的应力-应变曲线。结果表明:高强高模聚乙烯纤维束的初始弹性模量具有应变率和温度相关的特性,随应变率提高而增加,随温度提高而下降;在常温下,破坏应力从准静态到动态,具有明显的应变率相关性,随应变率提高而增加,但在20℃~110℃范围内、高应变率下,对应变率变化不敏感;失稳应变也具有应变率和温度相关的特性,随应变率提高而减小,随温度提高而增大。在高应变率下,断裂应变能密度主要由初始弹性模量和失稳应变共同决定,受温度效应和应变率效应的综合影响。     

变温度区间冻融作用下岩石物理力学性质研究及工程应用

利用取自西藏玉龙铜矿的花岗岩试样进行变温度区间的冻融循环实验,分析饱水状态花岗岩在四种温度区间（-10℃~20℃、-20℃~20℃、-30℃~20℃、-40℃~20℃）冻融循环作用下的质量损失率、饱和吸水率、单轴抗压强度、弹性模量、峰值应变、泊松比、冻融系数。将实验结果应用于具体工程实例中,采用强度折减法计算冻融循环对花岗岩边坡稳定性的影响程度,分析边坡破坏模式,并提出相应的防护措施。研究结果表明：随着冻融温度下限的降低,花岗岩试样质量损失率、饱和吸水率、峰值应变略有增大,单轴抗压强度、弹性模量有所减小,温度下限降低至-30℃以下时,花岗岩抗冻性由较好变为较差。温度区间是岩石冻融过程中影响其物理力学性质的重要原因,该研究可为岩石冻融循环室内实验与寒区岩质边坡工程的有效结合提供参考。     

含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的热变形行为和微观组织

采用热模拟实验对含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金在应变速率为0.001～10s-1、变形温度为380～470℃的条件下进行了热压缩实验.研究了实验合金的流变应力行为和微观组织演变.结果表明:流变应力随变形温度升高而下降;随应变速率增加峰值应力也相应增加.随变形温度升高和应变速率降低,合金动态再结晶的程度加深,亚晶尺寸变大.含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金,形成了Al3Sc弥散相,该相可强烈抑制再结晶.合金主要软化机制为动态回复伴随动态再结晶.