膨胀土卸荷蠕变特性及其非线性蠕变模型

针对黏土蠕变的非线性性质,以成都黏土为研究对象展开蠕变试验,发现黏土变形包括瞬时弹性变形、衰减蠕变变形、稳态蠕变变形和加速蠕变变形;黏土长期弹性模量随时间和应力的增加非线性软化;黏滞系数随应力的增加非线性软化,随时间的增加非线性硬化。基于流变学理论、分数阶微积分理论和Harris衰减函数,分别构建了分数阶导数元件、非线性弹性元件和非线性黏滞元件,从而建立了形式简单、参数较少和概念清晰的非线性分数阶导数蠕变模型。将非线性分数阶导数蠕变模型和Burgers蠕变模型进行对比拟合分析,发现非线性分数阶导数蠕变模型各阶段的拟合结果更好,对黏土非线性蠕变的描述更合理,可准确地反映黏土蠕变全过程,表明了所建立非线性分数阶导数蠕变模型的科学合理性。     

基于动态蠕变实验的沥青混合料本构关系研究

沥青混合料应变在一定温度和外荷载作用下会随着时间增长而逐渐增加的现象称为蠕变;重复加载蠕变实验反映了路面荷载和变形的响应关系,常用于分析路面高温抗车辙性能。为了真实模拟路面的力学状况和描述沥青混合料的动态蠕变性能,对四种沥青和两种沥青混合料进行动态蠕变实验;研究发现沥青混合料的动态蠕变呈非线性,同时采用经典Burgers模型与由Maxwell体和分数阶Kevin体串联组合的分数阶导数Burgers模型对沥青混合料蠕变曲线进行拟合,并对比分析其拟合结果。结果表明,分数阶模型参数a代表了材料的记忆特性,分数阶导数Burgers模型可定量的描述沥青混合料动态蠕变性能的非线性,能更好的分析其高温性能。     

沥青混合料非线性黏弹塑性蠕变模型

本研究采用非线性黏弹塑性蠕变模型,更好地来模拟沥青混合料蠕变全过程。该模型由Burgers模型和非线性黏塑性元件串联而成。通过对沥青混合料的单轴压缩蠕变实验,得到不同应力作用下应变随时间的变化规律以及不同温度条件下沥青混合料蠕变柔量随时间的变化规律。利用origin软件对实验数据进行拟合,得到非线性黏弹塑性蠕变模型的六个力学参数。模型模拟结果与实验结果一致,表明本文所建立的非线性黏弹塑性蠕变模型的正确与合理性。此模型可较好地描述沥青混合料加速蠕变阶段,弥补了Burgers模型的不足。     

考虑时效损伤劣化的变参数非线性蠕变损伤模型

应力长期作用下岩体内部损伤不断累积、扩展,导致部分承载单元丧失承载能力,使得岩体内部真实应力强度大于表观应力。该文以流变学理论为基础,将损伤因子引入弹性元件及黏性元件中,给出弹性损伤元件及黏性损伤元件的蠕变特征方程,用以描述持荷过程中由于损伤累积而呈现出蠕变与时间相关的非线性变形特征;然后以弹性损伤元件及黏性损伤元件的蠕变特征方程为基础,给出考虑损伤效应的经典组合模型的蠕变状态方程,并依据稳定蠕变过程中蠕变变形的组成特征,构建了用于描述软岩稳定蠕变的五元件变参数非线性蠕变损伤模型,同时给出了蠕变损伤组合模型的蠕变变形特征方程;最后以江西东乡铜矿砂质页岩稳定蠕变阶段实验数据为基础,分析并验证了蠕变损伤模型在描述软岩非线性蠕变特征方面的准确性及适用性,拟合结果表明：引入损伤因子的蠕变模型元件,能够很好的描述蠕变的时效-非线性特征。     

岩石非定常Burgers蠕变模型及其参数识别

针对岩石蠕变的非线性特征,提出了一种非线性黏壶元件,并分别替换Burgers模型中的两个线性黏壶元件,从而建立了一种非定常参数Burgers模型。推导了非定常Burgers模型的一维蠕变方程,分析模型参数λ₁与λ₂取值范围对蠕变方程的影响,从理论上确定了非定常模型能够描述蠕变的3个阶段。在此基础上,将非定常Burgers模型的蠕变方程推广至三维应力状态下,并基于Levenberg-Marquardt算法对向家坝岩石的三轴压缩蠕变试验曲线进行拟合及参数识别。通过对比定常与非定常Burgers模型的拟合曲线与相关系数,可以发现非定常Burgers模型拟合效果更好,且能够准确描述包括加速蠕变在内的岩石三阶段蠕变特性,验证了所构建非线性模型的适用性与合理性。     

PVC涂层膜材料不同应力下非线性蠕变特性的预测

对方平组织为基布的PVC (polyvinylchloride)涂层膜材料进行了经、纬两方向五种应力条件下的拉伸蠕变试验.利用七参数(四个蠕变柔量与三个推迟时间)广义Kelvin-Voigt线性粘弹性蠕变模型对试验数据进行了分析,从中发现:对于单个应力,线性粘弹性蠕变模型具有很好的拟合效果,而对于多个应力,三个推迟时间参数保持不变,并以此为基础,将七参数广义Kelvin-Voigt线性粘弹性蠕变模型修改为适合膜材料的七参数(四个蠕变柔量与三个推迟时间)非线性粘弹性和十四参数(八个蠕变柔量与六个推迟时间)非线性粘弹塑蠕变模型,并把十四参数非线性粘弹塑蠕变模型合并为四个蠕变柔量与三个推迟时间的七参数非线性模型,再将这两种非线性模型中的三个推迟时间设定为与线性粘弹性蠕变模型相同,同时还设定非线性部分均来自于四个蠕变柔量,最后借助四阶多项式对不同应力与对应的蠕变柔量进行了拟合,结果发现:该方法可以很好预测其他应力的蠕变特性.     

基于分数阶导数的苹果果柱蠕变特性研究

为了给果品减损包装设计提供理论依据,降低果品在运输过程中的损耗,研究了果品的蠕变特性。以水晶红富士为实验材料,基于分数阶导数理论,建立了苹果果柱蠕变的分数导数Kelvin模型。结果表明,分数导数Kelvin模型只需要很少的参数,就能够在较长加载历程中表征苹果果柱的蠕变现象。     

分数阶导数线性流变固体模型及其应用

采用Koeller 弹壶元件替代标准线性固体模型中的Newton黏壶, 得到分数阶导数线性流变固体模型, 给出了表征模型动态黏弹特性的存储模量、损耗模量和损耗因子以及表征模型静态黏弹特性的蠕变柔量和松弛模量。采用分数阶导数线性流变固体模型、标准线性固体模型和五参量固体模型对聚丙烯材料应力松弛特性进行分析。讨论了Mittag-Leffler函数的求和截断误差。结果表明分数阶导数线性流变固体模型能更准确描述聚丙烯材料的应力松弛行为。     

基于分数阶导数的沥青胶浆动态力学特性

通过对粉胶比为0.62、0.82、1.02、1.22和1.42的沥青胶浆在20℃、30℃、40℃和50℃条件下进行动态频率扫描试验,研究了不同粉胶比及试验温度条件下沥青胶浆复模量、抗车辙因子和相位角的变化规律。基于分数阶导数理论,建立了Nutting蠕变方程与经典分数阶导数Abel黏壶蠕变模型之间的关系,从而明确了Nutting蠕变方程各参数的物理意义。对分数阶Riemann-Liouville算子黏弹性蠕变本构模型的动态力学响应进行分析,提出了利用沥青胶浆动态频率扫描试验结果确定蠕变本构模型中参数A值和γ值的新方法。     

聚丙烯打包带蠕变特性研究

采用四元件Burger模型对常温下聚丙烯(PP)打包带的拉伸蠕变特性进行了研究。结果表明:Burger模型可以用于模拟PP打包带的短期蠕变行为;瞬时弹性变形系数与应力水平无明显关系;Kelvin模型中延时弹性变形系数和粘性系数以及Maxwell模型中的粘性系数均随应力水平的增加而下降;松弛时间和延迟时间均随应力的增加而下降;拉伸蠕变速率随应力上升而急剧上升,该结论与滞后时间的分析一致。     

混凝土结构非线性徐变计算方法研究

为准确分析既有病害条件下的混凝土结构长期变形及受力行为, 该文进行了混凝土材料非线性徐变计算方法研究。以非线性弹性徐变本构理论为基础, 利用Hongnestad模型推导出材料软化系数, 提出一种新的非线性徐变本构模型, 采用初应变法进行显式迭代, 实现混凝土材料非线性徐变分析。以混凝土徐变及开裂的线性耦合假定为基础, 模拟长期持载过程中裂缝的扩展。采用ADINA用户子程序二次开发实现了相关算法, 并通过混凝土非线性徐变经典试验的对比分析, 验证了计算方法的可靠性。     

基于广义Kelvin链钢管混凝土徐变研究

混凝土徐变是混凝土材料本身固有的一个时变特性,是结构响应中一个重要组成部分,其计算方法通常是建立在单轴试验和理论基础上。为探讨钢管混凝土徐变特性,该文采用自制的压力自平衡混凝土徐变试验装置对混凝土圆柱和圆钢管混凝土柱进行了徐变试验,结果表明:钢管混凝土柱徐变变形要比普通混凝土柱的徐变变形小,在该文试验中两者相差接近50%,这可能是密闭钢管内核心混凝土无法与外界发生水分交换而不发生干燥收缩和干燥徐变以及钢管围压所致。根据粘弹性理论,引入多参数Kelvin链粘弹性元件模型,建立了求解单轴应力状态下混凝土徐变的Volterra型积分方程,模型参数近似表示为连续粘滞谱。通过离散时间变量t和分步积分,进一步得到了单轴应力状态下混凝土徐变应力-应变增量本构模型。依据徐变叠加原理,考虑Poisson效应,进一步将单轴应力状态下混凝土徐变应力-应变增量本构模型拓展到三轴应力状态,用于钢管混凝土徐变分析。对有限元商用软件Ansys进行二次开发,将反映三轴应力状态下混凝土徐变性能的本构方程引入Ansys提供的用户子程序Usermat中,并采用Fortran语言编程,从而实现了钢管混凝土徐变长期性能的有限元分析计算。将有限元数值解与试验结果进行对比分析,发现该文提出的模型是科学的和有效的。该文提出的方法将为混凝土徐变计算提供了另一条有效途径。     

基于离散元法的脆性岩石细观蠕变失稳研究

为从细观角度探究脆性岩石的蠕变失稳过程及失稳机理,该文基于三维颗粒流程序（PFC^3D）考虑岩石的时效变形损伤过程,引入岩石细观单元时效损伤的应力腐蚀模型,建立了基于离散元方法的岩石时效变形损伤破裂模型,并通过单轴压缩及单轴蠕变的室内实验和数值模拟对比验证了所建立的时效变形损伤破裂模型的合理性。数值模拟再现了岩石的初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变三个蠕变阶段,同时模拟结果表明,在单级加载条件下,随着应力水平提高,稳态蠕变应变率显著增大,岩石蠕变失效时间逐渐缩短,初始轴向应变、初始侧向应变和初始体应变不断增大,且细观裂纹扩展形式与单轴压缩破坏形式基本相同,都是以拉伸裂纹为主,裂纹的增长速率随着时间增加而不断增大,尤其在第三蠕变阶段裂纹增长速率迅速增大;在分级加载试验过程中,模型的轴向应变、侧向应变和体应变以及裂纹最终扩展形态与单级加载基本相同;此外将三维蠕变模拟结果与二维模拟结果进行对比,结果显示三维模型拟合程度更高。     

考虑温度效应的软土固结蠕变耦合模型

软土的固结蠕变是软土地基及构筑物长期变形和稳定性的重要影响因素。在涉热岩土工程兴起和逐渐发展的背景下,研究软土在热力耦合作用下的固结蠕变特性并建立力学模型,对于评估涉热工程软土场地长期变形及稳定性具有重要意义。对此,针对典型滨海软土开展热固结蠕变试验,得到热固结蠕变特性及相关参数取值,建立考虑温度效应的固结蠕变经验公式。结合弹黏塑性理论和热固结理论,推导考虑温度效应的固结蠕变耦合力学模型。在合理性验证基础之上开展算例分析,结果表明:新型热固结蠕变耦合模型能反映土体变形的弹性、塑性、黏性和热胀冷缩属性,能描述土体的热孔压、热回弹和热沉降现象,还能分析软土长期变形的温度效应和时间效应;该成果为软土场地涉热岩土工程问题分析提供了可供参考的理论基础。     

REVERSAL OF CYCLIC CREEP IN MILD STEEL AND COPPER

Abstract— The progressive change of mean strain during the cyclic plastic deformation of a material between fixed stress limits is commonly called cyclic creep. If, in tension-compression testing, the mean stress exceeds a certain critical small compressive value, shortening is to be expected; but, if it is less than this or if it is tensile, lengthening is to be expected. The value of the mean stress decides the eventual direction of cyclic creep but not necessarily the initial direction of cyclic creep. In a pre-strained metal, the form of the tension and compression curves differs because of the Bauschinger effect. This affects the behaviour of the material during the first cycle and also, to a decreasing extent, during subsequent cycles. Thus, if the mean stress tends to cause cyclic creep in a direction opposed to that in which pre-straining has induced initial creep, a reversal of creep can occur. Observations have been made of the phenomena in mild steel (for both directions of pre-strain) and also in high conductivity copper.
It was found that the phenomenon of creep reversal does not depend on the metal undergoing cyclic hardening or softening. However, changes in the strain range and changes in the mean strain caused by cyclic creep itself produced changes in the limits of true stress when cycling was carried out between fixed limits of nominal stress. It was also shown that a reversal of cyclic creep might occur as a result of cyclic hardening or softening of a metal which possesses similar tension and compression characteristics.     

Creep Fracture of Nonlinear Viscoelastic Media Undergoing UV Radiation

Nonlinear viscoelastic relations to describe the mechanical behavior of polymers and polymer based composites are developed. The nominal stress - strain and creep curves for different values of the current coefficient of lateral deformation are constructed. To model some effects associated with lateral deformation, relations for a nonlinear composite formed of elastic and viscous components are formulated. They are applied to creep fracture of polymers subjected to ultraviolet radiation.