不同长径比石灰岩动态压缩SHPB试验研究

为了研究不同长径比石灰岩应力-应变曲线、动态单轴抗压强度、动态弹性模量、峰值应变随应变率增大的变化规律,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,对2组不同长径比石灰岩试样,进行7种不同应变率等级下的冲击加载试验。结果表明:随着应变率的增大,应力-应变曲线在峰值点后表现出不同的变化规律,呈现明显的率相关性;2组试样动态单轴抗压强度均随应变率的增大呈幂指增大,且长径比为1.0的试样强度的应变率敏感性强于长径比为0.5的试样,有明显的尺寸效应;动态弹性模量和峰值应变均随应变率的增大而增大,相同应变率下,长径比为1.0的试样动态弹性模量大于长径比为0.5的试样;试样的动态压缩破坏形态在相同应变率下,长径比为0.5的试样破坏程度比长径比为1.0的大,应变率较低时呈轴向劈裂破坏,应变率较高时呈颗粒状粉碎破坏。     

含气页岩渗透率的围压敏感性和各向异性研究

利用MTS岩石力学试验系统研究了牛蹄塘组含气页岩的渗透性能、变形随围压的变化规律和各向异性特征,并利用SEM对试样进行了微观结构观察,揭示了含气页岩渗透率、变形随围压变化的内因。结果表明:1)围压5~40 MPa下,牛蹄塘组含气页岩渗透率范围为5.06×10-7~1.02×10-5D。2)含气页岩渗透率随围压增大而降低,两者之间总体服从幂函数关系。含气页岩体积变形随围压增大逐渐增加。3)含气页岩渗透率和变形存在各向异性特征,相同围压下顺层理试样的渗透率和体积应变均大于45°层理角度试样。4)所取含气页岩试样具有明显的沉积层理,试样中的大孔和微孔多沿层理方向分布。5)低渗透含气页岩体积应变对围压的敏感性随围压升高呈现先增加后降低的趋势,渗透率对围压的敏感性随围压升高逐渐降低。     

X80钢在干湿交替阴极电位下的应力腐蚀行为

通过电化学和慢应变速率拉伸试验,研究了X80钢在干湿交替海洋环境中不同阴极电位下的应力腐蚀开裂(SCC)机理。结果表明：-850 mV电位降低了钢的腐蚀电流密度,电流密度随外加电位的减小而增大,由于应变的作用,阴极保护效果逐渐降低。与不加电位相比,钢在-850 mV电位下的SCC敏感性降低了14.28%,而在-1 200 mV电位下的敏感性提高了71.42%,从韧性断裂转变为脆性断裂。外加电位的保护作用是通过抑制钢的阳极溶解来实现的,随着电位的降低,引发剧烈的析氢反应,导致SCC敏感性升高。     

冷却速度对热轧钢板应变时效敏感性的影响

研究了2种冷却速度对16MnR热轧钢板应变时效敏感性的影响。试样进行970 ℃正火(以空冷和风冷两种不同的速度冷却), 用夏比(V型缺口)冲击法测定其应变时效敏感性系数, 通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对2种状态试样的微观组织进行了观察分析。结果表明, 在较快的冷却速度下(风冷), 可获得较多的贝氏体和较细的片状珠光体, 从而减少了钢中的自由碳、氮原子, 并阻碍了它们的扩散, 使得16MnR钢在应变后的时效过程中较难形成柯垂尔气团, 降低了其应变时效敏感性。     

冬瓜山铜矿深部硬岩SHPB动态巴西劈裂试验

利用中南大学SHPB试验系统,结合高速摄影技术,对冬瓜山铜矿深部采集的矽卡岩进行了动态巴西劈裂试验,分析并验证了影响试验结果的因素。运用Flac3D数值模拟软件分析了动载荷下试样内部的应力分布,验证了试验的有效性。试验研究了矽卡岩在动态劈裂下的应变率和破坏强度、破坏应变之间的相互影响规律。试验结果表明,应变率对试样抗拉强度的影响较为显著,岩石试样的劈裂强度体现出一定的率相关性,动态抗拉强度随着应变率的增加而增大。结合高速摄影分析了试样内部裂隙萌生、发展规律,随着应变率的增加,试样的破坏应变也随之增加。试验结果对预测和防治深部岩体工程灾害和解释深部岩石力学基本特征提供参考依据。     

冬瓜山铜矿深部硬岩SHPB动态巴西劈裂实验

利用中南大学SHPB试验系统,并结合高速摄影技术,对冬瓜山铜矿深部采集的矽卡岩进行了动态劈裂实验,分析并验证了影响实验结果的影响因素,运用Flac_3D数值模拟软件分析了在动载荷下试样内部的应力分布,验证了实验的有效性。实验研究了矽卡岩在动态劈裂下的应变率和破坏强度、破坏应变之间的相互影响规律。实验结果表明,应变率对试样抗拉强度的影响较为显著,岩石试样的劈裂强度体现出一定的率相关性,动态抗拉强度随着应变率的增加而增大;结合高速摄影分析了试样内部裂隙萌生、发展规律;随着应变率的增加,试样的破坏应变也随之增加。     

冲击荷载下煤系砂岩应变率效应及能量耗散特征

在煤矿巷道掘进过程中,巷道围岩在动载作用下变形将会增大,为研究煤系砂岩在冲击荷载作用下的力学特性及能量耗散,以河南陈四楼煤矿巷道围岩中的砂岩为研究对象,利用直径为50 mm的分离式霍普金森压杆试验装置对煤矿砂岩开展单轴单次冲击压缩试验和循环冲击压缩试验,对冲击荷载作用下煤矿砂岩的应变率效应、能量耗散特征和破坏模式等进行分析。研究结果表明:在单轴单次冲击荷载作用下,随着平均应变率的增加,砂岩试样的峰值应力和峰值应变均增大,割线模量逐渐降低,砂岩试样的塑性增加,强度提高;且峰值应变与平均应变率呈线性递增关系,峰值应力近似与平均应变率的1/3次幂呈递增关系;随着平均应变率的增加,砂岩试样的单位体积吸收能呈线性增加趋势,且试样破碎程度不断增大,在压应力持续作用下砂岩试样内部裂纹不断交叉扩展,沿轴向发生劈裂破坏。在循环冲击荷载作用下,随冲击荷载作用次数的增加,砂岩试样的平均应变率和峰值应变均逐渐增大,峰值应力、割线模量和第2类割线模量均随着冲击次数的增加而逐渐降低;在固定冲击气压下进行循环冲击时,随着冲击次数的增加,入射能基本保持不变,反射能和吸收能均逐渐增大,透射能逐渐减小,砂岩试样的单位体积吸收能随冲击次数增加呈先缓慢增加后突然增加的趋势;在循环冲击荷载作用下,砂岩试样吸收能量的能力增强,随着冲击次数的不断增加,试样内部微裂纹分布增多且扩展速度加快,主要发生受拉破坏,沿轴向加载方向产生贯穿于砂岩试样的环状破坏面。     

高应变率下煤力学特性试验研究

利用Φ50 mm分离式霍普金森(Hopkinson)压杆(SHPB)试验系统,对煤进行单轴冲击压缩试验,明确煤的力学特性随应变率的变化规律。试验气压等级设计为0.30,0.35,0.40,0.45,0.50,0.55 MPa,为试样提供相应的6组不同应变率。试验结果表明:高应变率下煤应力-应变曲线大致分为压密阶段、弹性变形阶段、微裂纹演化阶段、裂纹非稳定扩展阶段以及卸载阶段;应变率升高缩短压密阶段,延长弹性变形阶段;随着应变率的升高,煤动态弹性模量与峰值应力近似呈对数形式增加,而峰值应变近似呈对数形式降低;煤试样的破坏程度随应变率的升高而增加,应变率由68.666 s-1增加到79.751 s-1,煤破坏程度对应变率的敏感性最为显著。研究结果可为采矿工程割煤参数的确定提供依据。     

煤的动态力学本构模型

为揭示煤岩动态破坏机理,利用50 mm的分离式霍普金森压杆（SHPB）实验系统,对煤试样进行不同应变速率下的冲击加载实验,实验结果表明：煤体动态本构曲线前期就呈现出很强的非线性,初始弹性模量、屈服强度和极限强度都随应变率的增大而增大,塑性变形则是先增大后减小。根据动态本构曲线特征以及前人对本构模型的研究成果,运用弹塑性理论,建立了损伤体-黏弹性本构模型,模型的拟合曲线与实测动态本构曲线具有较好的一致性,拟合结果表明,煤体的动态力学性质对高低应变率的敏感性不同,对高应变率比较敏感,尤其是在300 s -1的应变率下,煤体的塑性流动最强,应力应变曲线产生了二类卸载(正斜率)。     

调质态40CrNi2Mo钢的低温力学性能

为了确定调质态40CrNi2Mo钢在不同应变速率下的低温力学性能及其相互关系,采用静拉伸、系列冲击及分离式霍普金森压杆试验对40CrNi2Mo钢低温力学性能进行了研究。结果表明,随温度降低,40CrNi2Mo钢静拉伸强度提高,而塑性下降;其韧脆转变温度出现在-40~-51 ℃。在高速应变条件下,钢的屈服强度和加工硬化指数均随着试验温度的降低而降低;而压缩率主要随应变速率的增大而增加。高速应变产生的绝热剪切效应降低了钢在低温状态下的强度,也促进了冲击韧性的急剧下降。     

相变塑性锚杆材料淬火-碳分配-回火热处理工艺研究

研究了可用做超高强度锚杆材料的低碳Si-Mn系TRIP钢的Q-P-T热处理的力学性能,结果表明:经Q-P-T得到的显微组织主要是具有高位错密度的细条状马氏体和10%～15%的残留奥氏体,马氏体上析出了细小共格复杂碳化物。在延伸率≥17.3%的条件下,最佳综合性能σb×σs为1 874 520 MPa,其中抗拉强度σb=1 640 MPa。     

中碳Si-Mn TRIP钢的热处理工艺与力学性能

研究了不同加热温度、等温温度及等温时间对中碳Si-Mn TRIP钢力学性能的影响。试验用钢经840～880℃加热,保温20min,在320～360℃的盐浴炉中等温淬火3 h,得到较高的强度(σ_(0.2)=900～1000 MPa、σ_b=1300～1564 MPa)与良好的塑性(δ_5=15％～18％)相配合。     

Influence of chemical composition on high temperature tensile properties of carbon steels

High temperature tensile test results of speciments from continuously cast steel slabs are investigated during cooling from 1250°C. Experiments in the temperature range from 1025°C down to room temperature are presented for nine heats of steels with carbon contents varying between 0.038 and 0.96 mass%. The influence of secondary precipitates on strength, strain hardening and reduction of area at fracture are discussed in relation to a temperature normalized by A_r3. The embrittlement of the hypereutectic steel by tertiary carbides indicates severe crack sensitivity below A. The minimum toughness just above A_r3 is attributed to increased N and Nb content.     

紧固件用Cr-Ni-Mo钢在调质和等温淬火条件下氢致延迟断裂的对比研究

采用阴极充氢、慢应变速率拉伸等试验方法, 研究了40CrNiMoA钢在调质和等温淬火条件下的氢致延迟断裂行为。实验结果表明, 在等温淬火条件下40CrNiMoA钢的抗氢致延迟断裂能力相对调质条件下的性能显著提高, 并且具有更高的硬度和抗拉强度。     

钢丝绳拉伸状态下弹塑性仿真和试验研究

研究了1×19型钢丝绳在拉伸载荷作用下的力学特性,重点研究了轴向载荷超出弹性极限时的弹塑特性。首先建立了1×19型钢丝绳有限元分析模型,研究了其在弹性和弹塑性状态下的应力和应变特性。而后进行钢丝绳拉伸试验,测定了其名义应变-应力曲线和塑性变形特点,阐明了负载在钢丝之间的分布特点。将数值模拟分析结果和试验结果进行对比分析,验证了模型的正确性。     

Theoretical and experimental study on fiber Bragg grating sensing of rock strata settlement deformation

Based on the theory of fiber Bragg grating sensing, and using a 2 m plane stress material model of the simulation experiment, the wavelength shift regulations of fiber Bragg gratings under rock settlement deformation conditions were got, which provided reliable basis for the design of the wavelength bandwidth of sensing gratings. The wavelength increase when the rock layers are under tension, and decrease under compression. Compressive strain sensitivity is bigger than tensile strain sensitivity when the load is lower. However compressive strain sensitivity is smaller than tensile strain sensitivity when the load is higher. Experimental result coincides well with theory. The wavelength bandwidth of two neighboring fiber Bragg gratings of the gratings used for monitoring the deformation of rock layer should be no less than 6 nm. An effective new approach for detecting the deformation of rock settlement with fiber Bragg gratings is provided. Supported by the National Natural Science Foundation of China(50775060)     

厚表土斜井冻结凿井期井壁混凝土应变实测研究

为了研究斜井冻结法凿井过程中井壁结构的安全性,对哈密大南湖十号煤矿主斜井进行了现场实测,获得了主斜井冻结段井壁混凝土应变和钢筋应力的变化规律。结合混凝土极限拉压应变,分析了井壁结构的安全性,并对斜井冻结施工提出优化建议。研究表明:井壁浇筑后,混凝土应变变化可分为4个阶段,即紊乱期、应变加速增长期、应变缓慢增长期及应变稳定期,井壁真实应变应从紊乱期后开始计算;斜井井壁设计主要受拉应变控制;在大南湖十号煤矿主斜井施工中,井壁底板环向拉应变最大达1 280με,远大于混凝土设计极限拉应变,井壁圆弧段局部位置环向拉应变超过200με,井壁处于破裂危险状态。     

高应变率下无铅锡基焊料的力学性能研究

为探究无铅锡基合金在动态荷载作用下的力学性能,基于分离式霍普金森拉杆装置开展不同应变率下Sn-58Bi和Sn-9In合金动态拉伸试验,获得峰值强度、延伸率等主要力学参数,并从能量角度分析应变率对断裂速率及合金损伤程度的影响,再辅以拉伸断口微观形貌作为依据,详细阐述了应变率对合金脆性的影响规律。结果表明：Sn-58Bi和Sn-9In峰值强度和延伸率都表现出明显的应变率相关性,其中,峰值强度随应变率增大呈上升趋势,但在不同大小的应变率区间内其增长幅度有所差异,而延伸率则是随应变率增大而减小;此外,耗散应变能占总能量比值的增大加快了裂纹生成速度,宏观上表现为合金断裂速率随应变率增大而增加;经观察发现,不同应变率条件下合金断裂行为存在不同模式与机制,在较低应变率下,合金主要以韧性断裂为主,而随着应变率的增大,断裂模式逐渐向剪切断裂和准解理断裂转变。