循环加载条件下形状记忆合金丝的超弹性研究

由于形状记忆合金具有优良的力学性能,近年来在土木工程领域受到广泛关注.通过在不同的循环加载条件下对形状记忆合金丝材进行的拉伸试验,以相变应力、相变应变、弹性模量、残余应变、耗能能力等作为合金丝材的超弹性特征参数,分析这些特征参数与应变幅值、加载频率、循环次数的关系.结果表明：应变幅值和循环次数对形状记忆合金超弹性性能的影响较大,而加载频率的影响基本可以忽略,实际应用时,应根据具体情况进行试验研究并合理设计.     

超弹性形状记忆合金丝力学性能试验

目的 研究形状记忆合金循环拉伸时的基本力学性能,为基于形状记忆合金的阻尼器设计奠定基础.方法 采用循环拉伸的试验方法,考虑循环次数、加载速率、峰值应变等参数对形状记忆合金的应力应变关系、阻尼和残余应变等性能的影响,把试验结果同Grasser理论模型进行对比,研究影响形状记忆合金超弹性性能的主要因素、影响规律和结果.结果 在一定的加载速率下,随着循环次数的增加,应力-应变曲线逐渐下移,20次循环后趋于稳定.随着循环次数的增加,相变应力和阻尼逐渐减小,残余应变逐渐增加并趋于稳定;加载应变越快,耗能能力略有减低;随应变幅值的增加,超弹性SMA丝材料的耗能能力和等效阻尼近似线性增加,材料模量随应变幅值的增加明显降低,但应变幅值对材料的相变应力影响较小.结论 经过一定次数的循环以后,形状记忆合金能表现出稳定的非线性应力应变关系和耗能能力,是制作阻尼器的较理想材料.     

残余应变对镍钛形状记忆合金超弹性抑制效应的实验研究

镍钛形状记忆合金在特定的加载条件下超弹性将严重退化并导致结构发生功能性失效。通过单调加载和循环加载实验研究来揭示镍钛形状记忆合金超弹性性能的退化机制。结果表明:在单调载荷下,残余马氏体和马氏体塑性屈服将导致残余应变的产生,残余应变能稳定应力诱发的马氏体并阻碍其逆相变,导致耗散能的降低;在拉伸-卸载的应力循环载荷下,残余应变和耗散能与加载应力水平密切相关,当峰值应力高于马氏体塑性屈服应力时,由于逆相变被塑性变形约束,逆相变在循环初期即被完全抑制,耗散能急剧下降,超弹性几乎丧失殆尽。上述结论将为镍钛形状记忆合金元器件的设计和安全评估提供重要的参考。     

超高性能轻质混凝土的循环拉伸力学性能

超高性能轻质混凝土(ultra-high performance lightweight concrete,UHPLC)是一种具有高拉压比和拉伸应变强化特性的轻质水泥基材料.为了阐述UHPLC与钢筋在钢筋屈服点之前的协同受拉机制,针对一种密度为1789 kg/m3、抗压强度为63.1 MPa、极限拉伸应变约为2.4×1...     

形状记忆合金超弹性的Preisach滞回模型

以形状记忆合金（SMA）单向拉伸试验结果为基础,建立其超弹性的Preisach滞回模型。以Preisach滞回理论为基础,采用数值分析和实验验证相结合的方法,创建了SMA超弹性一维滞回模型。SMA与普通材料相比,除具有独特的形状记忆效应（SME）以外,还具有独特的超弹性性质。利用这种非线性的超弹性设计的减振器、耗能器和阻尼器在工程界得到广泛的应用,已受到国内外研究学者的高度重视。在完成SMA应力-应变单向拉伸试验的基础上,提取两组具有代表性的实验数据,一组用于训练Preisach滞回模型,另一组用于验证所提出模型的有效性。用经训练的滞回模型计算出的应力-应变关系与实验结果吻合程度很好。所提出的SMA超弹性滞回模型,可以有效的表达SMA超弹性应力-应变关系。     

形状记忆合金的一维连续超弹性滞回模型

当前,关于形状记忆合金（SMA）滞回模型的种类很多,其中Graesser模型被认为是较为实用且相对简单的以连续方式表达的模型。然而,Graesser模型并没有考虑应变速率的影响,因此仅对低速加载的SMA比较理想。在利用SMA的超弹性（PE）进行被动耗能时,SMA是在一定速度下进行的,因此考虑应变率的影响更具有普遍意义。本文目的是以SMA拉伸滞回试验为基础,建立考虑应变率影响的一维连续超弹性滞回模型。在Graesser模型的基础上,采用数值分析和实验验证相结合的方法,重点考虑应变率的影响。首先,进行不同条件下的SMA循环拉伸试验,明确主要影响因素;其次,在循环试验的基础上建立超弹性状态下的滞回模型,并确定有关参数;最后,通过其它实验条件下的结果验证所提出模型的有效性,并进行数值仿真分析。数值分析和实验结果均表明所建立的考虑应变率影响的SMA一维超弹性滞回模型可以有效体现其基本力学性能,且简单实用,可用于利用SMA超弹性的结构的动力反应分析。     

高应变速率下载荷方向对镁合金力学性能的影响

为了研究高应变速率下AZ31B镁合金动态力学行为各向异性,采用分离式霍普金森压杆（SHPB）对沿挤压方向（ED）、法向（ND）及横向（TD）加工的AZ31B镁合金在应变速率为1.058~2.500s-1范围内进行冲击压缩实验,并采用扫描电镜观察压缩断口形貌.结果表明：高应变速率下AZ31B镁合金沿ED方向和ND方向有明显的应变强化现象,而沿TD方向应力对应变速率不敏感;随应变速率的增加,不同载荷方向屈服强度与最大应力值的差值变化程度有所不同,其中沿ND方向差值变化最大,沿TD方向差值变化最小;通过观察扫描断口形貌发现,在高应变速率下AZ31B镁合金在不同载荷方向下的断裂方式均为解理断裂.     

应变速率对低合金高强钢力学性能的影响

针对HC340LA、HC420LA两种低合金高强钢,研究了准静态和高速拉伸时不同应变速率对其拉伸行为的影响。研究发现,低合金高强钢HC340LA在应变速率ε=5 s-1时,延伸率和抗拉强度分别比准静态下的相应数据增加67%和27.9%;而在应变速率ε=200 s-1时,延伸率和抗拉分别比准静态下的相应数据增加16.7%和25%。低合金高强钢HC420LA在应变速率ε=5 s-1时,延伸率和抗拉强度分别比准静态下的相应数据增加38.5%和16%;在应变速率ε=200 s-1时,延伸率和抗拉强度分别比准静态下的相应数据增加6.4%和18.34%。也就是说,与准静态拉伸相比,高速拉伸状态下的两种低合金高强钢材料具有更好的塑性、更高的抗拉强度和较高的屈强比,同时材料的塑性和抗拉强度随着应变速率的增加呈下降趋势,200 s-1以上的应变速率对低合金高强钢材料塑性的提高并没有多大贡献。     

应变速率对AZ31B变形镁合金力学性能的影响

为了研究应变速率对AZ31B变形镁合金力学性能的影响,试验温度为室温、150℃时,对AZ31B变形镁合金进行拉伸试验,并记录抗拉强度和屈服强度,计算延伸率.通过扫描电镜观察拉伸断口形貌,结果表明,随着应变速率的提高,AZ31B变形镁合金的抗拉强度和屈服强度都随之提高,而延伸率却逐渐降低;随着温度的升高,同一应变速率下的抗拉强度和屈服强度降低,而延伸率大幅度升高.通过观察扫描断口形貌发现,合金表现为韧性断裂,且随着应变速率的降低,韧窝逐渐增多.     

应变速率对天津海积软土力学性能的影响

采用WF应力路径三轴仪,对天津滨海海积软土进行了不同围压、不同应变速率的三轴固结不排水剪切试验（CU）,分析了不同应变速率对海积软土试样的应力一应变关系、有效应力及试样破坏形态的影响．结果表明：CU试验应力一应变关系呈硬化特征,剪应力峰值随着应变速率的增大而增大,而孔压变化值则随着应变速率的增大而逐渐减小;不同应变速率的有效应力路径在相同固结压力下基本一致,因而正常固结黏土的有效应力路径具有唯一性;同时,应变速率对总应力强度有所影响,总应力的内摩擦角随着应变速率的增大而增大．     

砂土中裙式吸力基础水平循环承载特性的影响因素分析

吸力基础作为海上风电工程的基础主要受到风、波浪和洋流等产生的水平循环荷载作用,因此提高其水平循环承载力和控制侧移是保证风机正常运行的关键。采用有限元分析软件Z_SOIL对饱和砂土地基中的裙式吸力基础开展水平循环加载数值分析;考虑到土体小应变阶段刚度增大的特性,土体选用刚度与应力相关的小应变硬化模型（HSS模型）;重点分析和讨论了循环荷载比、加载高度、加载方式和加载顺序对基础循环累积位移和刚度的影响。研究发现：当循环荷载比小于0.5时,基础累积位移很小,基础循环割线刚度随循环振次变化不明显;当循环荷载比大于0.5时,循环加载过程中基础周围砂土地基被挤密实,导致基础循环割线刚度随循环振次增加而增大,卸荷后基础残留较大塑性变形。裙式吸力基础的循环割线刚度随循环荷载比和加载高度的增加呈线性关系减小,基础水平及竖向累积位移则逐渐增大。3种加载方式下,基础水平累积位移从大到小排序为单向荷载、不完全对称荷载、双向对称荷载;竖向累积位移从大到小排序为双向对称荷载、单向荷载、不完全对称荷载。当循环荷载由大到小变化时,基础的水平和竖向累积位移均大于荷载由小到大时的情况,说明前期加载历史对基础后期变形有重要影响。     

考虑间歇效应的循环荷载下软黏土刚度软化特性

天然软土地基在地铁运营期受到周期性振动和间歇的反复作用,间歇期内软土力学特性的变化将影响其刚度软化,但以往关于交通荷载下软土刚度软化的研究大多忽视发车间歇的影响.为此,考虑不同动应力比、单位间歇时长和振动时长,设计不排水连续和停振循环三轴试验,对试样采用真实K₀固结,研究原状淤泥质软黏土在列车非连续荷载下的长期刚度软化规律.通过对比连续振动和间歇振动试验结果,发现间歇对刚度软化有削弱作用,可减少大循环周数下残余软化指数,缩短快速软化期经历的循环周数.基于试验结果深入分析间歇的影响机制,发现加载初期软土受激振作用影响,土体结构动态调整滞后至间歇期,导致孔压持续增长,软土软化,平均软化速率提高;一定循环周数后,软土由于在前期间歇和振动阶段集中对结构进行调整,土体结构提前进入稳定状态,间歇期消散部分孔压,恢复部分刚度,导致下一次振动软化速率降低,间歇期恢复的刚度随振动次数增加而累积,致使最终残余软化指数显著提高;同等条件下,间歇时长越长,初期软化速率越大,软化速率随振动次数增加的衰减也越显著,导致进入稳定期所需的振动周数越少,整体软化程度削弱越明显.     

有压水环境下循环荷载历史对饱和混凝土动态力学特性的影响

为研究有压水环境中循环荷载历史对混凝土动态力学性能的影响,对历经不同荷载循环次数（0、25、50、100次）的水饱和混凝土试件（在2 MPa围压水环境中）进行了不同应变速率（10^-5、10^-4、10^-3、10^-2/s）下的常规三轴静动态压缩试验,分析了混凝土材料的峰值应力、峰值应变、弹性模量、吸能能力等基本力学参数的变化规律和机理。结果表明：同一加载速率下,水饱和混凝土的峰值应力、弹性模量和吸能能力均随循环次数的增长呈现出先增大后减小的规律,并且峰值应力和吸能能力增减的转折点随着应变速率的提高而向荷载循环次数增大的方向平移,峰值应变整体上呈减小的趋势;相同荷载循环次数后,峰值应力、峰值应变和吸能能力随着加载速率的增大而逐渐增大,并且荷载循环次数越大,率效应越显著,弹性模量随着加载速率的增大而逐渐较小。     

平面应变条件下含孔洞土样受内压作用的变形破坏过程

在不同加载速率下,利用自主研制的平面应变模型加载及观测系统对平面应变条件下含孔洞土样进行双轴压缩实验。垂压由试验机施加,土样受到的内压和侧压作用由气囊施加。在对土样施加内压和侧压后、进行位移控制加载前,操控数码相机对喷涂了散斑的土样表面图像进行拍摄,以记录土样在位移控制加载过程中的全部变形过程。利用数字图像相关方法获得土样的位移场,利用能较好滤掉位移场噪声的局部位移最小二乘拟合方法获得最大剪切应变的分布及演变规律。为了定量获得最大剪切应变且分析方便,根据清晰剪切带位置,布置曲折测线并在其两侧布置平直测线。研究发现：当加载速率较低且纵向应变达到一定值时,拉破坏导致土样的孔洞顶部和底部发展出高角度应变局部化带,而当加载速率较高时,未出现上述现象;当纵向应变较高时,在孔洞表面附近,随着向孔洞表面的逐渐靠近,大多数剪切带内测线上的最大剪切应变逐渐增加,而大多数带外测线上的最大剪切应变则逐渐下降;当纵向应变较高时,在离孔洞表面较远处,随着向孔洞表面的逐渐靠近,大多数剪切带内测线上的最大剪切应变逐渐增加,而大多数带外测线上的最大剪切应变则变化复杂。     

不锈钢筒形件充液拉深的壁厚影响因素分析

将温充液拉深和拉深孔技术相结合,采用数值模拟方法对不锈钢成形过程模拟,分析了液池溢流压力与预胀初始压力等工艺条件对成型筒形件壁厚的影响规律,得到了筒形件温充液拉深的优化工艺参数。     

开孔Q460高强钢板在低周疲劳加载下的力学性能试验研究

为探讨单调拉伸及低周疲劳荷载下开孔Q460高强钢板的力学性能,对33个开孔材性试件进行试验测试,通过分析试件的应力–应变曲线、骨架曲线和耗能能力对比图,探讨了试件设计尺寸、开孔数量及加载模式等因素对开孔材性试件的强度、刚度、延性和耗能能力等力学性能的影响规律.在此基础上,使用ANSYS有限元分析软件建立了疲劳加载作用下...     

冻融环境下沙漠砂对混凝土轴心受压力学性能的影响

为研究沙漠砂对混凝土抗冻性能的影响,采用快速冻融方法,进行掺沙漠砂混凝土冻融后轴心抗压强度试验,得到不同冻融循环作用下掺沙漠砂混凝土破坏特征和应力-应变曲线,分析不同冻融循环下掺沙漠砂混凝土表面损伤特征、质量损失率、动弹性模量损失率和超声波波速损失率的变化规律.结果表明:随着冻融循环次数增加,掺沙漠砂混凝土质量损失率变化较小,动弹性模量损失率、超声波波速损失率、相对峰值应变和极限应变均增大,相对峰值应力和横向变形系数均减小,弹性模量先增大后减小;在相同冻融循环次数下,掺沙漠砂混凝土弹性模量损失率、超声波波速损失率和相对峰值应变均小于普通混凝土,相对峰值应力、横向变形系数和弹性模量比普通混凝土高.采用过镇海提出的单轴受压本构模型拟合得到应力-应变全曲线方程,分析冻融循环对应力-应变曲线控制参数的影响,可对沙漠砂混凝土结构的抗冻性能进行分析.     

高温环境下侧向弹性约束对钢柱稳定长度的影响

基于结构弹性稳定理论原理,导出了高温环境下钢柱在轴向荷载作用时具有弹性支座的稳定长度计算式,分析了弹簧刚度、耐火保护层、温度等参数对钢柱稳定长度的影响,进一步提出了在实际工程中应采取的有关措施。     

配筋UHPC柱的抗震性能及影响因素分析

为研究配筋超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)柱抗震性能及影响因素,以碳纤维增强树脂(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布缠绕、钢筋强度和剪跨比为参变量,对1根普通钢筋UHPC柱、1根CFRP布缠绕的普通钢筋UHPC柱和3根高...