从三参数固体模型来理解高聚物的粘弹性

为了更好的理解高聚物的粘弹性。通过三参数固体模型的几何构型来推导其运动微分方程,利用其微分方程分析此模型的应力松弛过程、蠕变过程、以及反映弹性和粘性相结合的应力松弛时间和蠕变推迟时间。利用微分方程不同情况下的解,分析了应力松弛过程和蠕变过程。结果表明这种三参数固体模型能够很好的描述聚合物的力学性能。     

动态载荷下高速列车轴箱定位橡胶关节的老化寿命预测

根据橡胶材料的松弛实验数据,将经验剪切模量松弛函数KWW(Kohlrausch-William-Wats)方程转换为供粘弹性有限元分析的广义Maxwell模型的剪切模量松弛函数。联合使用Unigraphics(UG)和hypermesh软件建立橡胶关节的有限元模型并将其导入ABAQUS商用有限元软件中;采用超弹性与黏弹性相结合的本构关系,在复杂载荷条件下,用ABAQUS有限元软件计算出橡胶关节的等效蠕变与时间的关系。通过建立橡胶材料永久变形率与等效蠕变的关系式,获得了复杂应力条件下橡胶老化寿命与永久变形之间的关系。根据橡胶关节承受的实际荷载工况,确定了高速列车轴箱定位橡胶关节的老化寿命。     

C_3-C_7段颈椎粘弹性实验研究

研究了 1 8例新鲜尸体C3 C7段颈椎压缩应力松弛及蠕变特性。测定了完整颈椎 (对照组 )及模拟前路、后路手术颈椎 (实验组 )的应力松弛和蠕变效应 ,两组对照得出了在恒应变、应力条件下应力、应变与时间的曲线及数据。用回归分析的方法进行数据处理 ,得出了归一化应力松弛函数、蠕变函数及曲线。椎板成形术及颈椎前路间盘摘除减压植骨术都使颈椎的粘弹性降低 ,但前路间盘摘除减压植骨术对粘弹性的损失更大。     

聚乙烯管材专用料(PE-XRT70)应力松弛和蠕变行为

海洋油田的注水管道一般采用多层复合的结构设计,用于密封和防护的管道层多为高分子材料。注水海管设计寿命在25年以上,且内压密封层直接承受管道的内压和温度工况,经长时间的压缩应力作用会产生蠕变,同时,其特定部位受到恒定的压缩应变经历较长时间也会发生应力松弛。因此,研究这类高分子材料在长期应力应变下的蠕变和应力松弛行为规律对于评估注水软管内压密封层材料长期服役行为具有重要意义。本文针对聚乙烯（TOTAL PETROCHEMICALS的PE-XRT70）材料作为用于中国涠洲6-9/10油田海管工程注水复合管道内压密封层的特定工况—长期工作温度较高（75℃）,压力达到16.5MPa,通过对聚乙烯试样进行75℃,85℃,95℃,恒定应变10%和20%的应力松弛及75℃,16.5MPa恒定应力的蠕变实验,利用聚合物材料的时温等效性以及松弛时间分布计算出该材料在特殊条件下的平移因子αT。建立了Maxwell多元件并联模型,对应力松弛及蠕变实验数据进行1stopt五参数拟合,得到预测材料实际工况温度下的应力松弛及蠕变行为的数学公式。根据聚合物材料的时温等效性以及松弛时间分布计算出PE-XRT70管材压缩试样在特殊条件下的平移因子αT。结果表明,在应变量为10%时,85℃平移到75℃的平移因子是10.97,95℃平移75℃的平移因子是11.20。而在应变量为20%时,85℃平移75℃的平移因子是14.76,95℃平移75℃的平移因子是15.77。广义Maxwell模型及模拟曲线能很好地预测该材料的应力松弛和蠕变行为,相关系数R2的数值在0.975以上,通过这一数学模型可获得该材料在75℃下两种恒定应变中的平衡应力σ∞ 及75℃,16.5MPa恒定应力下的平衡应变。应力松弛实验和数学模拟表明,75℃温度下,10%和20%的恒定应变的应力松弛过程的平衡应力σ∞ 分别为3.983和7.505,且两种条件下应力松弛在一周后基本达到平衡应力。蠕变试验数据和数学模拟表明,75℃,16.5MPa压力下,PE-XRT70压缩试样的蠕变过程的平衡应变为31.479%,且在24小时之后的蠕变基本达到平衡。     

强风化千枚岩填料的蠕变特性研究

为了研究千枚岩填筑路基在长期应力作用下产生的蠕变变形特性,使用杠杆仪进行千枚岩试件的室内单轴压缩试验,得到不同含水率、不同应力条件下应变随时间的变化曲线。对不同含水率下的应变曲线进行分析,可知轴向应变随试件含水率增加而增加,当含水率超过最佳含水率时,应变增加幅度变大;对不同应力条件下的应变曲线分析,随着应力增加,试件蠕变量和蠕变速率显著增大。结果表明:千枚岩填料的蠕变变形是水力耦合作用的结果,在高应力水平和高含水率条件下,千枚岩填料会产生较大的蠕变变形。根据变形曲线建立蠕变的指数衰减模型,发现该模型能较好预测千枚岩填料的蠕变变形。     

岩石广义流变柔量、模量时间依存性

地下工程中,岩体有蠕变特性和应力松弛特性,但在很多工程实践中,岩体变形既不是纯蠕变,也不是纯应力松弛,而是随着时间的增加,应力和应变同时发生变化,表现出时间依存性变形,导致岩体最终发生破坏,这种现象用一般的蠕变和应力松弛特性很难解释清楚,是岩石力学研究工作者所面临的一个难题.为确保地下工程及其构筑物在长期运营过程中的安...     

锯齿状结构面剪切蠕变、松弛及长期强度研究

为对结构面的蠕变、松弛和长期强度进行综合分析,用水泥砂浆浇筑成不同角度的结构面试样,采用相同的分级加载方法,在岩石双轴流变试验机上对规则齿形结构面进行剪切蠕变试验和松弛试验.首先分析了蠕变特性与松弛特性的异同及蠕变和松弛过程中剪应力-位移曲线的差异,其次基于蠕变速率及蠕变与松弛关系,推导能够描述应力松弛的经验方程,最后分别基于蠕变试验和松弛试验确定结构面的长期强度,并对长期强度进行对比分析.研究结果表明:蠕变曲线与松弛曲线形态相似,变化趋势相反;蠕变变形量和应力松弛量都随结构面爬坡角的增大而增大;蠕变过程和松弛过程的剪应力-位移曲线显示两者的应力-应变路径不同,表明蠕变和松弛过程中能量变化不同,且由于不可逆功的存在,不能简单认为蠕变和松弛是等价的;本文提出的应力松弛方程,能够较好地描述松弛过程,但蠕变方程和松弛方程的拟合参数值相差约1个数量级;基于相同的机理,根据蠕变试验和松弛试验确定的结构面长期强度不同,相差约为9%,而且长期强度值与蠕变过程和松弛过程中剪应力-位移曲线的屈服强度比较接近.     

沥青砂浆粘弹特性试验与模型参数分析

讨论了20℃时,沥青砂浆在6种加载应力下的单轴蠕变试验。采用Burgers模型对其粘弹性进行分析。利用Origin7.5软件对模型参数进行拟合,得到沥青砂浆粘弹性本构方程的一般表达式。对比模型预测值与试验结果,并分析模型参数对蠕变过程的影响。结果表明,Burgers模型能较好的反映沥青砂浆的粘弹特性,且应力-应变等时曲线表明,沥青砂浆的流变表现出较明显的非线性特征,而模型的弹性参数E1确定了蠕变过程的初始位置(t=0),弹性参数E2控制了第1阶段的曲线范围,粘性系数1η确定了第2阶段蠕变曲线的斜率,粘性系数2η控制了第1阶段蠕变曲线弯曲程度。     

C3—C7颈椎粘弹性实验研究

研究了18例新鲜尸体C3－C7段颈椎压缩应力松驰及蠕变特性。测定了完整颈椎（对照组）及模拟前路、后路手术颈椎（实验组）的应力松驰和蠕变效应,两组对照得出了在恒应变、应力条件下应力、应变与时间的曲线及数据。用回归分析的方法进行数据处理,得到了归一化应力松驰函数、蠕变函数及曲线。椎板成形术及颈椎前路间盘摘除减压植骨术都使颈椎的粘弹性降低,但前路间盘摘除减压植骨术对粘弹性的损失更大。     

腹主动脉粘弹性实验研究

研究了正常国人新鲜尸体腹主动脉血管的粘弹性力学性质。通过进行腹主动脉血管的应力松弛、蠕变实验得出了腹主动脉应力松弛、蠕变数据及曲线。用回归分析的方法处理实验数据,得出了归一化应力松弛函数和归一化蠕变函数及曲线,并对实验结果进行了分析和讨论。     

离体人腱的流变性质研究

为了理解某些胶原类软组织的流变性质,对新鲜、正常人趾伸肌腱进行了流变性质试验。试验包括不同等应变速度的拉伸,不同应变水平的应力松弛、加载—载以及周期加载等。以 Fung Y.C.提出的软组织拟线性粘弹性理论为基础,对试验数据进行了分析,导出了这种组织的应力应变关系的数学表达式并确定了材料常数。应用所得到的本构关系预测了等应变速度下的应力应变关系和加载—卸载关系。结果表明,理论预测与实测数据吻合得相当好。     

沥青砂非线性流变模型实验研究1

构建一个描述粘塑性变形的组合体,引人非线性粘滞阻尼器,假定阻尼器所受应力与蠕变加速度成正比,在Burgers模型中串联该组合体,得到一个能够完整描述沥青砂三个蠕变过程的非线性流变模型,理论推导和分析了该模型蠕变本构方程.进行了沥青砂试件在40℃、不同应力水平下单轴压缩蠕变试验,编制非线性拟合程序求得该模型参数,并得到模型参数与加载应力的函数关系.为验证模型有效性,本文模型预测与Burgers模型预测及实验结果进行对比,结果表明,本文模型与实验结果吻合更好,完整反映了沥青砂三个蠕变阶段变形特征.     

沥青砂非线性流变模型实验研究

构建一个描述粘塑性变形的组合体,引人非线性粘滞阻尼器,假定阻尼器所受应力与蠕变加速度成正比,在Burgers模型中串联该组合体,得到一个能够完整描述沥青砂三个蠕变过程的非线性流变模型,理论推导和分析了该模型蠕变本构方程。进行了沥青砂试件在40℃、不同应力水平下单轴压缩蠕变试验,编制非线性拟合程序求得该模型参数,并得到模型参数与加载应力的函数关系。为验证模型有效性,本文模型预测与Burgers模型预测及实验结果进行对比,结果表明,本文模型与实验结果吻合更好,完整反映了沥青砂三个蠕变阶段变形特征。     

北山花岗岩短长期常规三轴力学特性试验研究

为研究北山花岗岩的物理力学特性，开展了常规三轴、蠕变和松弛试验，研究过程与结论如下：（1）开展北山花岗岩在不同围压条件下的常规三轴压缩试验，对比分析试样的变形和破坏形式等力学特征，得出北山花岗岩岩石破坏时的不可恢复变形较小，且随着围压增大未出现脆-延性转变现象的结论；（2）开展北山花岗岩单级蠕变试验及不同围压条件下的多级蠕变试验，分析不同偏应力的形变和单级蠕变的蠕变速率，得出北山花岗岩的蠕变形式为非稳定蠕变，其应变曲线出现了典型的蠕变三阶段特征的结论；（3）开展北山花岗岩单级应力松弛试验及循环松弛试验，分析偏应力的变化规律，得出北山花岗岩在应力松弛过程的初始松弛阶段，其偏应力下降速率很快，在较短时间内即能够达到稳定状态的结论。     

软岩黏弹塑性流变特性及非线性蠕变模型

采用分级增量循环加卸载方式,对金川有色金属公司Ⅲ矿区软弱矿岩进行流变试验,探讨了软弱矿岩的黏弹塑性变形特性.建立了软岩的非线性蠕变模型.结果表明:分级增量循环加卸载下软岩有明显的瞬时应变硬化趋势,软弱矿岩JC1099试件的黏弹性应变分量与黏塑性应变分量之比为3.15～6.58,随应力水平的增加蠕应变中黏塑性应变占的份量总体上有增加走势;在低应力水平下,蠕变变形趋于稳定状态,在高应力水平下,软岩蠕变往往表现出加速蠕变特性.建立的非线性蠕变模型可以用统一的蠕变方程来描述软岩蠕变的3阶段,将该模型应用于金川Ⅲ矿区矿岩蠕变试验,蠕变试验曲线与理论曲线较为吻合.     

具有荷载作用历史的CFRP-钢界面粘结性能试验

为研究荷载作用历史对碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢结构界面粘结性能的影响,开展4种界面剪应力水平、6种持载时间的CFRP-钢双剪试件长期加载试验,对达到规定加载时间的试件进行静力拉伸破坏.根据CFRP轴向应变数据,给出了界面剪应力分布及粘结滑移曲线,考虑到界面蠕变损伤对粘结滑移本构关系的影响,在双线性模型中引入系数β、η、γ,回归分析得到了这3个系数的表达式.结果表明:胶黏剂的蠕变变形会引起界面应力重分布,随着时间的增加CFRP应变增大,界面剪应力峰值减小;加载90 d后,在12.5 mm处B组、C组、D组、E组试件界面剪应力分别减小了26.6%、59.2%、73.8%、85.4%;当界面剪应力水平较高时,应考虑界面蠕变损伤对粘结滑移曲线的影响,界面剪应力水平越高持续时间越长,蠕变损伤越显著;当CFRP粘贴长度大于有效粘结长度时,界面蠕变损伤对极限承载力没有明显影响.     

股骨上端松质骨压缩粘弹性实验研究

研究了正常国人新鲜尸体股骨上端松质骨的压缩粘弹性力学性质。对股骨上端松质骨纵向、横向、45°方向试样进行了压缩应力松弛、蠕变实验 ,得出了股骨上端松质骨 3个方向的应力松弛、蠕变数据和曲线。对实验数据进行归一化处理 ,得出了归一化应力松弛、归一化蠕变函数及曲线。实验结果表明 ,股骨上端松质骨纵向组应力松弛、蠕变量均大于横向组和45°方向组。股骨上端松质骨为各向异性材料。     

软岩非定常蠕变参数辨识

岩石的流变特性是年岩石重要的力学特性之一,它控制着岩石的蠕变参数.某矿区岩石具有显著流变性,因此,矿区岩石蠕变规律研究成为一项重要的基础工作.为此,对矿区软弱复杂矿岩蠕变特性进行了试验研究.采用多级循环单轴压缩进行试验,在对试验数据深入分析时,考虑了加载历史对岩石试件变形的影响,真实地反映了岩石试件本身的流变力学行为.选取Burgers模型来反映岩石的蠕变特性,建立了一维情况下非定常粘弹性模型的蠕变方程,结果表明非定常粘弹性模型比定常粘弹性模型更为准确地反映了岩石的粘弹性变形性能.     

云母石英片岩蠕变模型参数选择研究

根据三轴蠕变试验曲线的特点,建立了云母石英片岩七元件线性黏弹塑性蠕变模型,采用最小二乘法对蠕变柔量-时间曲线和应变-时间蠕变曲线进行拟合确定蠕变模型参数,讨论了确定蠕变模型参数的影响因素及参数的合理性与可用性。结果表明:由于受到分级加载次数、初次加载应力值和加载时间的影响,两种曲线拟合确定的参数各不相同;云母石英片岩蠕变模型的非线性较明显;蠕变柔量-时间曲线拟合确定的参数不予采用,应变-时间蠕变曲线拟合确定的参数在各级应力水平下变化规律不明显;采用某种单一方法确定蠕变模型参数不够全面,建议采用综合辨识法,这样才能保证岩土工程中蠕变数值分析结果的正确合理性以及施工设计的安全可靠性。     

基于一种新型蠕变试验仪的沥青蠕变性能

目的研究温度和应力水平对不同种类沥青蠕变性能的影响规律,促进黏弹性理论及其试验设备与方法在沥青试验测试中的应用.方法利用一种新型蠕变试验仪研究温度和应力水平对5种沥青蠕变总应变、蠕变回复率和蠕变劲度的影响.结果相同应力水平下,随着温度的升高5种沥青的蠕变总应变不断增大,蠕变回复率逐渐减小,蠕变劲度不断减小;20℃较低应力水平下,蠕变总应变与应力水平近似成直线关系,多数沥青的蠕变回复率随着应力水平的增加不断减小,各应力水平下的蠕变劲度曲线基本相同.结论添加SBS和橡胶粉改性剂可以有效减小沥青的总应变,并且提高弹性变形的比例,老化过程可以很大程度的改变沥青的蠕变性能,添加再生剂可以恢复沥青的黏弹性质;在双对数坐标轴下,5种沥青的蠕变劲度与时间具有比较好的线性关系,幂函数能够很好地表征沥青蠕变劲度与时间的关系.