H70黄铜局域化剪切变形行为研究

借助分离式霍普金森压杆和金相显微镜研究了高应变速率下H70黄铜中的绝热剪切现象。实验结果表明,当应变速率为5.0×10~4s~(-1)、6.0×10~4s~(-1)时,加载后H70黄铜中均出现绝热剪切带,且带内原始粗大晶粒发生动态再结晶而细化。另外,随着应变速率从5.0×10~4 s~(-1)增加到6.0×10~4s~(-1),对应的临界应变和绝热剪切形成能分别从1.346、723.71 kJ/m~3增加到1.578、805.94 kJ/m~3,即随着应变速率的增加,应力坍塌点对应的临界应变和绝热剪切形成能均增加,表明H70黄铜的绝热剪切敏感性随着应变速率增加而降低。     

单轴加卸载条件下岩盐变形过程能量和声发射特征研究 （研究生论坛）

利用 MTS815 Flex Test GT 岩石力学试验系统及声发射(AE)实时监测系统,对取自平顶山和淮安两处矿井的纯盐岩进行了单抽加卸载试验,得到了岩盐的应力-应变加卸载曲线、声发射振铃计数率和能量率曲线,并且从能量与声发射的角度研究了纯岩盐变形破坏过程的基本特征。通过研究表明,岩盐单轴加卸载条件下,弹性变形阶段很短,屈服过程产生很大的塑形变形,且峰后的变形过程没有应力的急剧下降,整个实验过程中加卸、载之间滞回环面积很微小。在整个实验过程中,弹性应变能占的比例非常的小;盐岩单轴加卸载变形破坏过程中,其耗散能随应变一直增加,且增长率递增,而当应力接近峰值时,增长率趋于恒定,耗散能曲线开始呈线性增长;弹性应变能在峰前一直增加,且增长率递减,在峰值处达到最大值,峰后开始下降。岩盐在试验初始阶段振铃计数率与能量率便大量产生,而后在屈服阶段呈现下降进入稳定发展期,直到峰值处,出现一个累计振铃计数和累计能量曲线的拐点,峰后以一个更高的速率稳定地且呈现阶梯状发展。本文对于盐岩储气库的水溶开挖和采气过程中逐渐卸载的应力环境施工过程有一定的实际指导意义。     

单轴加卸载条件下岩盐变形过程能量和声发射特征研究

利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统及声发射(AE)实时监测系统,对取自平顶山和淮安两处矿井的纯盐岩进行单抽加卸载试验,得到岩盐的应力-应变加卸载曲线、声发射振铃计数率和能量率曲线,并从能量与声发射的角度研究纯岩盐变形破坏过程的基本特征。研究表明:岩盐单轴加卸载条件下,弹性变形阶段很短,屈服过程产生很大的塑形变形,且峰后的变形过程没有应力的急剧下降,整个试验过程中加卸、载之间滞回环面积很微小。在整个试验过程中,弹性应变能所占比例非常小;盐岩单轴加卸载变形破坏过程中,其耗散能随应变一直增加,且增长率递增,而当应力接近峰值时,增长率趋于恒定,耗散能曲线开始呈线性增长;弹性应变能在峰前一直增加,且增长率递减,在峰值处达到最大值,峰后开始下降。岩盐在试验初始阶段振铃计数率与能量率大量产生,后在屈服阶段呈现下降进入稳定发展期,直到峰值处,出现一个累计振铃计数和累计能量曲线的拐点,峰后以一个更高的速率稳定且呈现阶梯状发展。本文对于盐岩储气库的水溶开挖和采气过程中逐渐卸载的应力环境施工过程有一定的实际指导意义。     

挤压态稀土镁合金高温单轴拉伸行为特征研究

使用Instron3382电子拉伸试验机研究了挤压态Mg-Gd-Y-Zn-Zr稀土镁合金的高温拉伸变形行为,分析并归纳了该合金在温度为250～350℃,应变速率为10~(-2)～10~(-4) s~(-1)条件下的峰值应力随温度和应变速率的变化关系.研究结果表明:温度和应变速率是影响高温变形力学性能的重要因素,随着温度的升高和应变速率的降低,峰值应力减小;随着变形温度的升高,应变速率敏感性增加,应力指数减小,其平均值为6.75;在试验温度范围内,随着温度的升高和应变速率的增加,变形激活能降低,位错的攀移和滑移为塑性变形的主要机制.     

应变速率对304L焊接件应力腐蚀开裂行为的影响

采用慢应变速率拉伸试验方法(SSRT),研究了在氯离子和充氧环境下不同应变速率对304L焊接件在模拟一回路高温高压硼锂水介质中应力腐蚀开裂的影响。结果表明:当应变速率较高时(1~4.17×10-5s-1),主要表现为材料的机械拉伸性能。当应变速率较低时(4.17×10-6~8.33×10-8s-1),主要为脆性断裂。304L焊接件的应力腐蚀敏感性随着应变速率的降低而逐步增加,当应变速率为4.17×10-7s-1时,304L焊接件的应力腐蚀敏感指数达到最大值37.4%,进一步降低应变速率为8.33×10-8s-1时,应力腐蚀敏感指数几乎不变,但是至断时间却从116.7 h增加到584 h。当应变速率为4.17×10-6s-1时,对材料的应力腐蚀敏感性区分度较高,且试验时间长短合理。大部分断口位于焊缝和热影响区,在拉伸试验过程中,焊缝和热影响区发生了巨大形变,能观察到大量滑移带,焊缝和热影响区是整个焊接件的薄弱环节。     

AZ31B镁合金板材冷轧成形应力应变响应的数值模拟

为了研究AZ31B型镁合金板材在室温轧制成形过程中应力应变响应规律,采用Johnson-cook本构关系对AZ31B镁合金板材在不同轧制工艺下的单道次冷轧成形进行数值模拟.分别在压下量为2%、5%、8%,应变速率分别为0.1 s~(-1)、1.0 s~(-1)、10.0 s~(-1)的条件下,开展了不同压下量及不同应变速率组合对轧件应力应变响应的模拟研究.模拟结果表明,在压下量为5%,应变速率为10.0 s~(-1)时,AZ31B镁合金板材变形过程中的局部最高应力为267.100 MPa,低于材料极限应力282.900 MPa.局部最高应变为4.454×10~(-2),低于宏观断裂应变0.2.相比其他工艺条件,此条件是较为合理的冷轧工艺.     

AZ80镁合金热变形本构方程

在变形温度为533～683K,应变速率为0.001～10s~(-1)条件下,采用热拉伸实验方法测试AZ80镁合金的真实应力-应变曲线,分析应力-应变曲线的变化规律及AZ80镁合金热变形时的微观组织变化规律。结果表明,在一定变形温度条件下,应变速率越高,动态再结晶发生的越充分,再结晶晶粒尺寸越小;在应变速率为0.01s~(-1)时,随着变形温度升高,动态再结晶程度提高;依据Arrhenius本构方程形式,确定适合于AZ80镁合金热变形的本构关系模型,该本构关系模型的相对误差小于18.5%。     

基于颗粒流的矽卡岩静态加载速率效应研究

采用颗粒流离散元软件PFC2D,通过Fish语言编写程序,模拟了矽卡岩岩样3级不同加载速率下的室内单轴压缩试验,并分析了其静态加载速率效应。模拟结果表明:模拟得到的岩样破裂形态、应力-应变曲线、峰值强度变化等与试验结果较为吻合;加载速率增大,峰值强度及其对应的应变增大,且在10-2数量级内增幅明显,峰后变形能力减弱,弹性模量、泊松比基本不变;加载速率增大,临界扩容应力和扩容点对应应变增大,扩容曲线软化段都很平缓,体积膨胀急剧;岩样主要破坏形态为剪切破坏,且随着加载速率增加,由单一剪切破裂过渡到共轭剪切破裂,更易形成锥形破坏。研究结果可为相关岩体的室内试验及岩土工程的稳定性评价提供参考。     

孔隙压力对岩样全部变形特征的影响

目的 研究了孔隙压力对剪切带图案及岩样全部变形特征的影响．方法 利用FLAC内嵌语言编制的FISH函数计算平面应变压缩岩样轴向、侧向、体积应变及泊松比．在峰前及峰后，岩石的本构模型分别取为线弹性模型及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型．结果 随着孔隙压力的增加，岩样的破坏区域越来越广泛；剪切带倾角都接近于Arthur倾角；峰值强度及所对应的轴向、体积应变及侧向应变的大小均降低．当孔隙压力较低时，峰后应力-轴向应变曲线及应力-侧向应变曲线软化段斜率基本保持不变，根据单轴压缩条件下的解析解，这是由于岩样的破坏模式不随孔隙压力的增加而改变．结论当孔隙压力较高时，大量的单元发生破坏将消耗较多的能量，这使应力-轴向应变及侧向应变曲线软化段变平缓；岩样在轴向应变较低时就可获得较高的侧向变形量及泊松比，甚至负的体积应变．岩样失稳破坏的前兆的明显程度不随孔隙压力的改变而改变．     

Ti2AlNb合金超塑成形／扩散连接工艺研究

为研究Ti_2AlNb合金的超塑性及其成形性能,在920~960℃温度区间,应变速率10~(-3)-10~(-5)s~(-1)范围内对该材料的超塑性进行了研究,结果表明该材料在960℃,1×10~(-4)s~(-1)应变速率时具有较好超塑性,最大延伸率可达230%,应变速率敏感性指数为0.31;用Marc软件模拟了Ti_2AlNb合金的3层结构超塑成形过程,对缺陷形成进行分析,分析表明在芯板厚度为面板厚度1/3时,可改善3层结构表面缺陷;用超塑成形/扩散连接工艺实现了Ti_2AlNb合金3层结构的制备,并通过改变芯板和外层面板的厚度比改善了3层结构表面缺陷,结果表明,采用合理的工艺方式及工艺参数能够实现该合金的空心夹层结构的制备.     

A7N01S-T5铝合金MIG焊接接头的应力腐蚀行为

选取A7N01S-T5铝合金及其MIG焊接接头,采用慢应变拉伸(SSRT)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等测试手段研究腐蚀环境和慢应变速率对焊接接头应力腐蚀开裂(SCC)行为的影响。结果表明,3.5%NaCl腐蚀环境下焊接接头的自腐蚀敏感性高于母材。母材和焊接接头应力腐蚀敏感性随慢应变速率的升高而增大,且焊接接头的应力腐蚀敏感性远高于母材。拉伸速率超过5×10~(-6) mm·s~(-1)后,接头的应力腐蚀加速。试样SSRT断口的SEM分析表明:母材和焊接接头在空气中以脆性断裂为主,在3.5%NaCl腐蚀环境中均发生典型应力腐蚀开裂,但焊接接头对腐蚀环境的应力腐蚀敏感性更高。     

单轴压缩下岩石声发射特性试验研究

声发射技术是分析岩石在发生峰值到软化失稳演化过程的直接工具手段,在国内外理论研究的基础上,对灰岩岩样进行单轴压缩条件下破坏全过程的声发射试验,得出相应的应力、时间与声发射振铃数曲线图,进而分析岩石变形破坏全过程及声发射试验参数的规律。在试验的基础上,利用相关参数确定Kaiser效应点。     

单轴压缩条件下花岗岩声发射事件空间分布的分维特征研究

基于声发射事件空间分布的柱覆盖分形模型,利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统和PCI-2声发射（AE）三维定位实时监测系统,对瀑布沟水电站地下厂房花岗岩单轴压缩损伤破坏过程中声发射事件空间分布的分形特征进行了研究。结果表明,声发射事件随应力增加逐渐活跃,加载初期声发射数量较少,应力接近峰值强度时,声发射事件累计数曲线呈指数上升。声发射事件的空间分布随应力增加是一个降维过程,其空间分维D在3~2内变化,峰值强度时,其值最小。弹性阶段后期,岩石内部微破裂开始向破坏面集聚,声发射空间分维D下降幅度明显增大。声发射空间分维恰当地表征了声发射事件空间分布的复杂程度。研究结论揭示了岩石声发射事件空间分布的分形特征,室内试验结果与文献对岩爆研究结果相吻合,可为现场监测应用提供理论指导。     

立井井壁附加应变长期实测研究

对华东地区十多个立井井筒6～9 a的井壁附加应变进行了实测和研究,获取多个井筒的实测附加应变演变规律并进行了分类处理,在对附加应变进行拟合的基础上分析了几种典型附加应变曲线的特点,分析了不同类型曲线中竖直附加力和温度应力对井壁破裂的贡献.结果表明:温度可造成竖向温度应变27×10~(-6)～88×10~(-6)幅度的波动,可以认为是井壁固有的恒定交替变化的应力,本身并不会造成井壁的破坏,但会加剧或缩短井壁破坏进程;竖直附加力增长率在0.015×10~(-6)～0.068×10~(-6)d~(-1)之间,随时间逐步增大的竖直附加力造成井壁破坏.     

岩石声发射特征的分形分析

通过岩石单轴压缩声发射实验，利用G-P算法计算了不同应力水平下的声发射时间序列的关联维数。研究发现关联维数值随相空间维数m的增大而增大，当m较大时趋于稳定。实验发现多数岩样在应力水平为极限应力的60％以前，分维值呈增大趋势。当达到破坏应力时，分形维数降低到一个最小值。这表明岩石声发射关联维数的变化反映了岩石内部损伤演化情况，分形维数的降低意味着主断裂或破坏的发生。     

温度和应变速率对ZK60镁合金压缩变形行为的影响

在应变量为0.6（ε=0.6）、不同温度（523~723 K）和应变速率（0.001~10 s-1）条件下,利用Gleeble-1500D热模拟试验机,对铸态ZK60镁合金进行热压缩变形行为的研究,分析变形温度和应变速率对ZK60镁合金压缩变形行为的影响规律,即在相同应变速率条件下,随着变形温度的升高,合金的峰值应力降低。在相同温度条件下,随着应变速率的增大,合金的流变应力增大。计算其应变速率敏感指数m值为0.14和表观激活能Q值为226~254 kJ/mol。研究表明,在温度为573~673 K、应变速率为0.001~0.1 s-1时,合金发生动态再结晶。     

单轴压缩荷载下含黏结面花岗岩能量演化研究

为探究能量演化在含黏结面不完整岩石受载过程中的规律,选取带有矿物质黏结斜面的花岗岩进行单轴循环加卸载压缩试验,同时在试验过程中进行声发射检测.得到以下结论:"有效能比"(累积弹性能/输入岩石的总能)可以作为岩石储能水平的表征,也可间接反映岩石内部结构随应力状态的改变;从整个加载过程来看,黏结面部位破坏的声发射释能短促、强烈,峰值强度时声发射持续时间较长,但声发射释能率相比黏结面破坏时较低;应力水平较低时,卸载过程中一般不会有声发射现象或声发射现象基本可以忽略,但当应力水平达到一定值时,即花岗岩积聚的弹性能超过了黏结面部位破坏的耗散能时,花岗岩在卸载时会发生短促、强烈的脆性破坏;由于声发射能量属于耗散能的一部分,定义"声发射检测效率"(声发射累积能量/累积耗散能),对于本次试验对象而言,"声发射检测效率"在压密阶段降低,弹性阶段升高,黏结面局部破坏时达到峰值,之后直至峰值强度该值呈现持续降低趋势;从能量角度分析,卸载破裂所对应的应力水平低于加载强度,但不应低于与峰值强度时耗散能大小相等的弹性能所对应的应力水平.     

真三轴加载条件下混凝土的力学特性

采用真三轴设备对100mm×100mm×100mm的立方体混凝土试块进行静态加载。首先,保持三个轴向的应力相同,施加应力到设计值p。然后,在保持最小主应力(Z轴)恒定并且X轴应变速率与Y轴应变速率之比也恒定的条件下,单调地增加Y轴应变。通过这种复杂加载试验,研究了混凝土的强度和体积特征。结果表明:在应力-应变混合路径加载的真三轴试验下,混凝土的抗压强度随着最小主应力的增大而增大,随着加载应变速率比的增大而线性递减,都大于单轴抗压强度,最高可达单轴抗压强度的3.4倍;混凝土试块在只经历静水压的加载历史时,初始剪切模量不受影响,不同组剪应力-剪应变关系曲线初始段都存在重合现象。峰值体积应变随着最小主应力和应变速率比的增大而增大,体积先减小后增大,出现扩容现象;当最小主应力为10MPa时,混凝土的峰值强度和峰值体积压应变几乎同时出现,并随着最小主应力的增大,两者出现的时间间隔增大,峰值体应变滞后。     

节理倾角对单节理岩样变形破坏影响的数值模拟

采用FLAC模拟了节理倾角对各向异性岩样峰值强度、力学行为及剪切带图案的影响。节理由实体单元模拟。对于节理之外的岩石,采用莫尔库仑与拉破坏复合的破坏准则,峰后本构关系选择线性应变软化模型;对于节理,采用理想弹塑性的莫尔库仑准则。结果表明,无节理密实岩石的峰值强度最高。节理岩样的剪切应变或集中在节理上,或集中在新剪切带上,峰值强度随节理倾角而改变。新剪切带启动于节理的端部,然后沿其固有方向传播。当节理倾角适中时,节理岩样的峰值强度较低,岩样的行为受控于节理。当节理倾角较高或较低时,可观测到应变软化行为。若节理倾角较低,新剪切带的长度随节理倾角的降低而增加,这导致了陡峭的峰后应力-应变曲线。若节理倾角较高,由于节理倾角对新剪切带的厚度和倾角几乎没有影响,因此,峰后斜率不依赖于节理倾角。     

初始内聚力及摩擦角对岩样全部变形特征的影响

目的研究初始内聚力及摩擦角对剪切带图案及岩样全部变形特征的影响.方法采用FLAC内嵌语言FISH编制了计算平面应变压缩岩样轴向、侧向、体积应变及泊松比的FISH函数.在峰值强度之前及之后,岩石的本构模型分别取为线弹性模型及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型.结果随着初始内聚力及摩擦角的增加,破坏模式由复杂向简单剪切破坏转变;发生破坏的单元数目降低;剪切带倾角增加;轴向应力的峰值强度及所对应的轴向、侧向应变的绝对值降低,岩样可以达到的最小体积增加.峰后的轴向应力-轴向应变曲线、轴向应力-侧向应变曲线、侧向应变-轴向应变曲线、泊松比-轴向应变曲线及体积应变-轴向应变曲线的斜率几乎不受初始内聚力及摩擦角的影响.但是,当初始内聚力及摩擦角最小时,5种峰后曲线略显平缓,这是由于发生破坏的单元数目最多及剪切带的倾角最低.结论剪切带倾角更接近Arthur倾角,说明了数值结果是可信的.岩样失稳破坏的前兆不随着初始内聚力及摩擦角的降低或增加而改变.