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。     

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.     

分级加载条件下的锯齿状结构面剪切松弛特性

为研究结构面的剪切应力松弛特性,采用水泥砂浆浇筑成不同角度的结构面试样,利用岩石双轴流变试验机对规则齿形结构面进行不同剪切应力水平下的松弛试验,试验结果表明:结构面剪切应力松弛曲线可以分为瞬时、减速和稳态3个阶段;依据松弛曲线特征,考虑模型参数的时间相关性,将粘滞系数看作是与时间有关的非定常参数,建立非线性Maxwell松弛方程,与试验曲线拟合结果比较理想,得到了初始粘滞系数与剪应力水平的关系;根据松弛应力随剪应力水平的变化规律,及蠕变确定长期强度的机理,提出了应力松弛试验确定长期强度的方法,即松弛应力峰值对应的剪应力为结构面的长期强度.     

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。     

考虑应力松弛效应的球头-锥面密封性能分析

建立了考虑应力松弛效应的球头-锥面密封有限元模型,并采用这一模型获得螺母残余预紧应力及球头-锥面间接触应力随蠕变时间的变化规律. 在此基础上,依据Roth提出的泄漏模型推导出考虑应力松弛效应下球头-锥面密封泄漏率的计算公式,并采用这一公式获得不同工况参数下考虑应力-松弛效应的球头-锥面密封泄漏率随蠕变时间的变化规律. 本文在球头-锥面密封性能分析中实现了应力松弛效应影响的嵌入,这一研究不仅有助于球头-锥面密封性能分析技术在其工程分析设计中的实用化,也在一定程度上对球头-锥面密封性能研究理论体系和方法有所完善.     

固体物料应力松弛特性的研究

通过萝卜的应力松弛试验，得出萝卜在不同加载速率、不同方向取样时的流变学参数：松弛应力、松弛模量和松弛时间，从而得出应力松弛曲线。其松弛模量随加载速率的增大而减小，径向取样时这种变化比轴向更为明显。在同一加载速率下，轴向试样比径向试祥松弛时间短。因此建立用四单元Maxwell模型来描述萝卜的应力松弛现象，为机械设计及鉴定品种质量提供了理论依据，为预测机械损伤、提高产品质量、探索新的控制方法和判断依据提供最佳参数。     

固体物料应力松弛特性的研究

通过萝卜的应力松弛试验,得出萝卜在不同加载速率、不同方向取样时的流变学参数:松弛应力、松弛模量和松弛时间,从而得出应力松弛曲线。其松弛模量随加载速率的增大而减小,径向取样时这种变化比轴向更为明显。在同一加载速率下,轴向试样比径向试样松弛时间短。因此建立用四单元Maxwell模型来描述萝卜的应力松弛现象,为机械设计及鉴定品种质量提供了理论依据,为预测机械损伤、提高产品质量、探索新的控制方法和判断依据提供最佳参数。     

沥青路面加热型密封胶的低温黏弹性模型

为了描述加热型裂缝密封胶在低温条件下的应力-应变本构关系,以标准线性固体模型为基础,利用玻尔兹曼叠加原理对密封胶在拉伸-松弛过程中的力学行为进行分析,建立密封胶拉伸-松弛阶段的理论方程.采用ASTM D5329的粘结试验方法,选择6种加热型密封胶进行常应变拉伸-应力松弛试验,3种应变量分别为2.25 mm、3.75 mm和6.90 mm,采用标准线性固体模型拟合试验数据,求得拉伸和应力松弛回归方程.实验结果表明,标准线性固体模型可以较理想地拟合密封胶在低温条件下的黏弹性力学行为,应变量越小,模型的拟合精度越高.     

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。     

聚丙烯在30℃下的应力松弛行为及其模型模拟分析

对全同聚丙烯(iPP)和无规共聚聚丙烯(PPR)在拉伸温度为30℃的应力松弛行为进行研究,不同结晶度的聚丙烯残余应力是不同的。采用广义七元件Maxwell模型对不同结晶度的iPP和PPR应力松弛行为进行模拟。由该模型建立了对应的方程,方程中的参数反映了聚合物的聚集态结构在应力松弛过程中的变化。结果表明,该模型能较好地描述应力松弛行为。模型中各参数的变化通过归一化处理进行分析。根据模型方程归一化参数的结果,发现材料的结晶结构在应力松弛过程中发生了变化。X-射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)对结果进行了验证。     

材料松弛与蠕变函数的相互转换

本文根据松弛型与蠕变型本构方程中松弛函数E（t）与蠕变函数J（t）在拉普拉斯变换下的关系,用计算机做数值变换与逆变换．将松弛函数与蠕变函数做相互转换,通过松弛与蠕变实验给出低碳钢（t）与J（t）的实测与计算结果表明有较小的误差,并具有一定的实际应用价值。     

天然橡胶松弛曲线的一种拟合方法

采用单一的Maxwell模型确定天然橡胶的平均松弛时间,适当选择各运动单元的松弛时间,建立了五参数数学模型,各参数用最小二乘法拟合。结果表明,均方根偏差均小于3％,松弛谱基本呈正态分布     

热松弛时间对双曲型热传导方程的影响

双曲型热传导方程不遵循传统的傅立叶热传导定律,其传导特性受热松弛时间的影响。确定出双曲型热传导方程的无量纲方程形式,应用有限单元法求解一维瞬态非傅立叶无量纲热传导方程。通过比较,分析不同热松弛时间对非傅立叶热传导过程波动过程和热延迟的影响。     

聚合物的粘弹性系数的时变分析

从聚合物的粘弹性特点出发，以其本构方程的有限形式的存在性，讨论、分析了聚合物的粘弹性系数的时变特性，论证了粘弹性系数随时间变化的必然性，给出了粘弹性系数的时变结果。该结果不仅适用于松弛问题，也适用于蠕变问题，尤其对既非松弛、又非蠕变的一般情形下本构方程的有限形式，更能体现其一般性，对于处理线性粘弹性问题具有一定的实用价值。     

高聚物熔体松弛时间谱的计算

松弛时间谱是描述聚合物熔体粘弹性质的重要参数,它不能通过实验直接获得.基于聚合物熔体储能模量和耗能模量,给出了采用最小二乘线性回归得到熔体松弛时间谱的计算方法.通过一个算例检验该算法的有效性,分析了松弛时间及松弛模态数的选取对计算结果的影响,并提出相应的改进的措施.     

自增强残余应力松弛的灰色优化模型研究

深入研究了基于灰色系统理论的自增强残余应力松弛的预测方法,剖析了灰色预测GM(1,1)模型应用的局限性及其改进方法,根据自增强残余应力松弛的特点,建立内压循环下自增强残余应力松弛规律的灰色优化模型(GOM).并将模型预测值与GM(1,1)模型和试验拟合曲线方程预测值相比较,结果表明:该模型精度较高,预测误差较小,预测结果与试验数据基本吻合,可作为自增强残余应力松弛规律的预测模型.