被动围压条件下岩石材料冲击压缩试验研究

为研究煤矿岩石材料被动围压条件下动态力学性能和变形破坏规律,利用Ø50mm变截面分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,对45#钢质套筒环向约束状态下煤矿岩石试件进行了不同加载速率冲击压缩试验。试验结果表明：被动围压条件下SHPB试验中,岩石试件的材料延性和抗破坏能力均得到增强,试件轴向应力是采用同种加载条件无围压SHPB试验时的1.2倍,破坏应变比无围压SHPB试验提高2～3倍,且径向应力随轴向应变增大总体呈上升趋势,试件破坏为压剪破坏模式,与无围压SHPB试验有所不同。     

冲击荷载循环作用下砂岩动态力学性能的围压效应研究

利用带围压装置的霍普金森压杆设备对砂岩在不同围压等级、不同应变率下的动态力学性能进行试验研究,分析了砂岩在冲击荷载循环作用下的累积比能量吸收值,损伤度与围压等参量之间的关系.研究结果表明:在围压作用下,砂岩的应力-应变曲线出现较明显的屈服平台,具有明显的脆性-延性转化特征.随着冲击荷载循环作用次数的增加,材料的弹性模量...     

循环冲击作用下围压对斜长角闪岩动态特性的影响研究

利用带围压装置的直径为100mm的霍普金森压杆设备对围压条件下斜长角闪岩在循环冲击作用下动态力学性能进行试验研究,分析了斜长角闪岩的应力-应变曲线随冲击荷载循环作用次数的变化特性、动态杨氏模量与围压和应变率之间的关系,以及斜长角闪岩的能量吸收率与应变率和围压等参量之间的关系。研究结果表明,在围压和冲击荷载一定的情况下,随着冲击荷载循环作用次数的增加,岩石的杨氏模量变小。岩石破坏面上的正应力随围压的增加而增加,在裂隙摩擦滑移的作用下,围压状态下岩石的破裂面上会产生明显的粉末状岩粉。在吸收能量相同的情况下,围压越高,岩石破坏时形成的损伤面的面积越小,破碎程度越低。相同围压等级情况时,斜长角闪岩的能量吸收率随着应变率的增加而提高;当应变率相同时,斜长角闪岩的能量吸收率随围压的增加而减小。得到了能量吸收率随应变率和围压变化的关系式。     

围压条件下砂岩循环冲击损伤的力学与超声分析

采用带围压装置的φ100mm霍普金森压杆系统,对砂岩试样进行了单轴冲击和4MPa、20MPa围压条件下的循环冲击试验,并对每次冲击前后的砂岩试样进行超声纵波检测,分析了砂岩在冲击荷载循环作用下的应力、应变特征,定义了砂岩试样的屈服-弹性比用以描述围压下试样应力应变曲线的弹塑性特征,采用纵波波速定义了砂岩试样的冲击损伤并分析了循环冲击试验中砂岩试样纵波波速和应力应变之间的关系。分析发现：在围压作用下,应力－应变曲线呈现典型的弹塑性特征。随着冲击荷载循环作用次数的增加,砂岩试样屈服应力、峰值应力降低,屈服应变、峰值应变增加。随着循环冲击作用次数的增加,砂岩试样的应力、应变特征与纵波波速之间存在良好的相关关系。较低围压状态下累计损伤度明显高于较高围压下砂岩的累积损伤,砂岩循环冲击损伤具有明显的围压效应。研究结果对地下工程的建设和防护有一定的指导意义。     

考虑温度和围压耦合作用下岩石蠕变模型的建立

为研究砂岩在温度和围压耦合条件下的蠕变特性,采用MTS815.02试验机对砂岩进行三轴蠕变试验。以损伤的角度出发,假设砂岩在加载蠕变变形过程中的蠕变性质和力学性质产生劣化,将蠕变参数定义为与时间和应力有关的函数,进而建立考虑蠕变参数劣化的蠕变本构模型。结果表明：考虑温度的蠕变模型与不同温度作用下的试验数据具有良好吻合度,且相关系数均在0.90以上,这说明该文所建立的考虑温度的蠕变模型是合适的、可行的,该模型对于不同温度作用下砂岩的蠕变特性具有较好的描述,尤其是对加速蠕变的描述,故可以采用该模型作为后续数值计算的二次开发模型。     

围压作用对爆破裂纹空间形态影响的试验研究

爆破裂纹的空间形态是进行爆破设计的理论依据。地下超深孔爆破炮孔处在围压作用之中,无爆破自由面,此种条件下爆破裂纹空间形态有待进一步的研究。采用4000 kN大型真三轴加载设备和煤矿许用导爆索分别提供围压静载和爆炸动载,并浇筑300 mm×300 mm×300 mm尺寸水泥砂浆立方体试块,采用的等效炸药量均为3 g,围压条件下试块加载的第一、第二、第三主应力分别为8.50 MPa、7.00 MPa、5.75 MPa,对比分析有、无围压两种条件爆破裂纹的空间形态差异。研究发现：围压条件下的爆破裂纹空间形态与拥有爆破自由面条件的爆破裂纹空间形态差异极大,四周拥有爆破自由面条件下试块爆破破碎为碎块,在块度尺寸L<100 mm和100 mm≤L≤200 mm范围内的破碎块度质量分别占试块总质量的30%和70%,其中大尺寸150 mm≤L<200 mm范围内的块度质量占比达到55.32%,但是数量较少,并且都产生于试块表面;围压条件下,在垂直于第二主应力方向产生一个以封孔器为中心对称的宏观破裂面,在试块的其它表面上产生了几条宏观裂纹。试块剖开后,在炮孔壁部产生微裂纹,在预先射孔方向的孔...     

冲击载荷下不同尺寸煤岩动力学分析及损伤特性研究

为探究冲击载荷作用下不同尺寸煤岩的动态力学及损伤特性,利用分离式霍普金森压杆系统对直径50 mm长度分别为15 mm, 20 mm, 25 mm, 30 mm, 35 mm, 40 mm, 45 mm和50 mm的煤岩开展了冲击压缩试验,通过分析应力-应变曲线特征得出应变率、峰值应力和动态弹模随尺寸变化的关系,并基于能量耗散规律提出煤岩受载全过程动态损伤指标K,同时与Weibull分布结合D-P准则得出的损伤变量D_w进行对比,探究不同尺寸煤岩的动态损伤特性。结果表明：不同尺寸煤岩的动态应力-应变曲线包含弹性、塑性和塑性软化3个阶段。随煤岩尺寸的增加,应变率和峰值应力呈减小趋势,动态模量为线性增加;动态损伤指标K是煤岩弹性阶段结束后的瞬时破碎耗能与完全破坏时对应总破碎耗能的比值;动态损伤指标与损伤变量的曲线形态具有相似性,变化趋势具有一致性,表明了K的合理性。指标K的最大损伤值更稳定、更符合破坏状态假设,说明了其具有一定的适用性。     

不同围压条件下砂岩动态剪切特性数值模拟分析

岩石的剪切破坏是工程爆破中常见的破坏模式,因此对岩石的动态剪切强度的测定具有重要意义。而深部岩石的破坏则需考虑围压条件,但目前普遍是在较低围压条件下(<20 MPa)研究岩石的动态剪切特性。为研究更高围压条件下(>20 MPa)岩石的动态剪特性,基于ABAQUS有限元软件,采用Drucker-Prager(D-P)塑性模型,结合率相关性,对低围压条件下分离式霍普金森压杆动态冲剪实验进行模拟,并从力平衡、加载率、岩样的破碎特征和剪切强度方面与实验结果进行了对比分析,研究表明：基于ABAQUS的数值模拟方法能够重现冲剪实验现象;D-P模型能较好的反映岩石的剪切强度特性和破裂特征,与实验结果相符。以上结果验证了模拟方法以及模型参数的合理性和适用性。在此基础上,对更高围压下的砂岩的冲剪特性进行了预测性的模拟研究。结果显示：更高围压条件下,随着围压的增大,岩样的破裂裂纹减少;加载率相差不大的情况下,岩样的剪切强度随围压的增大而增大;围压一定的情况下,岩样的动态剪切强度随着加载率的增大而增大。     

纳米晶材料在外场作用下的结构稳定性研究

综述了近年来纳米晶材料在外场作用下的结构稳定性的研究进展,着重介绍了纳米晶材料在温度场和应力场、电场、磁场联合作用下的晶粒长大行为。对纳米晶材料而言,外加应力场促进其晶粒长大;外加电场抑制其晶粒长大;而外加磁场的影响则有待进一步研究。     

巨厚松散层下薄基岩区域矿压显现规律研究

结合城郊煤矿21205工作面矿压实测资料,观测了巨厚松散层下薄基岩区域矿压显现规律特征,分析了薄基岩矿压显现机理,提出了工作面过薄基岩区域应采取的安全技术措施。     

国产压力容器材料辐照性能研究

压力容器是压水堆核电站全寿期不可更换的关键部件,是核电站安全与寿命的决定因素之一。在长期服役过程中,引起压力容器性能下降的最主要因素是长时间大剂量高能量中子的辐照。辐照将引起压力容器材料韧性降低、脆性升高,从而增加压力容器脆性断裂的潜在危险。因此,压力容器材料抗辐照脆化能力一直是该领域国内外关注的焦点之一。文章针对国产压力容器材料,开展了一定剂量水平(约3×1019n/cm2,E≥1 M eV)的研究堆加速辐照考验,进行了辐照后材料力学性能测试分析,包括冲击性能,动态断裂韧性,以及疲劳性能。同时,将辐照后性能测试结果与辐照前进行对比,分析评价了国产压力容器材料的抗辐照性能。     

三向应力状态下混凝土强度和变形特性研究

对设计强度为１０MPa的混凝土立方体试件进行三轴压缩试验,系统研究了等围压条件下混凝土的强 度和变形特性,围压分别为０,４,８,１２,１６MPa５个量级;同时研究了不等围压条件下混凝土强度变化特性, 试验表明,随着围压增加,混凝土的极限抗压强度有明显增强的趋势;随着小主应力的增加,中主应力的影响 有减弱的趋势;峰值应力处应变随围压增加幅度显著。得出了在不同恒定围压下混凝土的应力应变全过程曲线; 通过与当前文献资料的对比分析,指出了在混凝土结构计算中适用的强度及变形表达式,为工程实践提供了 依据。     

冻融环境下煤矸石混凝土损伤度评估方法研究

本研究对不同取代率的煤矸石粗集料混凝土冻融后的损伤演化行为及损伤评估方法进行了研究,依据超声波评测法确定损伤层厚度,并对冻融后煤矸石混凝土的抗压强度、损伤层厚度、损伤层特征值的变化规律进行分析;提出以便于工程检测的损伤层作为煤矸石混凝土冻融损伤的评价标准,并通过考虑损伤区域材料的残余强度对所测得的损伤层进行修正。研究结果表明:随着冻融次数的增加,煤矸石混凝土的抗压强度与损伤层特征值逐渐减小,损伤层厚度逐渐增大;引入损伤层修正系数后,冻融损伤度评估结果的精确性显著提高,且随着冻融次数的增加,修正系数逐渐增大,反映出损伤区域材料的残余强度不断减小,实际损伤度逐渐增大的演化行为。     

水底爆炸冲击波峰值压力数值仿真

为研究水底爆炸后冲击波峰值压力特性,在对其理论分析的基础上,采用了AUTODYN软件基于ALE和多物质场欧拉2种算法对炸药在水底爆炸冲击波压力进行了数值计算,2种方法计算结果吻合;与在无限水域条件下采用经验公式计算结果相比数值计算结果较大,说明海底的反射作用增大了水中的冲击波压力.     

煤矸石建材资源化的研究进展

煤矸石是煤炭开采和煤炭洗选加工过程中产生的固体废弃物,利用煤矸石生产建材是煤矸石资源化的有效途径;结合煤矸石的性质,介绍了煤矸石建材资源化的研究进展,尤其是在胶凝材料、混凝土、砂浆和砌体材料等方面的最新研究成果;指出煤矸石建材资源化还存在一些不足,需要进一步研究来提高煤矸石利用量和附加值.     

静态破裂剂膨胀压力测试方法的研究

根据静态破裂剂化学反应产生膨胀压力的机理,提出并设计了测力环压力测试系统,该测试系统将破裂剂装入刚性模拟炮孔中,对径向实施刚性约束,通过测试其轴向膨胀压力来测定其膨胀性能.从而使得破裂剂膨胀压力测试工作简捷、准确、重复性好,消除了多种外界因素的影响.文中介绍了该测试系统的理论依据、设计方法及测试方法.     

辐照损伤对反应堆压力容器钢硬度的影响

通过监测反应堆压力容器钢服役过程中硬度的变化来表征其辐照损伤程度的方法日益引起研究界的关注。介绍了国内外在反应堆压力容器钢辐照脆化过程中硬度变化规律领域所开展的研究工作,并讨论了目前所取得的研究成果与存在的不足。最后提出了通过探索反应堆压力容器在服役时力学性能、硬度之间的潜在关联,以此为基础形成准无损评估技术,可为反应堆压力容器辐照监督提供一条新的思路。最后指出了对国产反应堆压力容器钢尽快开展辐照硬化研究工作的必要性与重要性。     

硫化氢环境下马氏体不锈钢的开裂原因分析

炼化离心压缩机在服役过程中马氏体不锈钢叶轮表面出现断裂失效现象。通过对叶轮失效件的断口宏观和微观形貌分析、硬度检测,并结合生产服役环境对叶轮裂纹的产生原因进行分析。结果表明:叶轮断口裂纹以沿晶腐蚀为萌生源,扩展后转变为穿晶腐蚀,呈现应力腐蚀特征。断口腐蚀产物分析表明,腐蚀产物中含有硫元素;结合叶轮的服役环境得出叶轮的断裂失效主要原因是硫化物应力腐蚀开裂。     

载人深潜器耐压壳体用金属材料研发进展

介绍了目前6 000 m以上国内外载人深潜器耐压壳体的选材现状,以各海洋强国载人深潜器应用的金属材料为例,对载人深潜器耐压壳体用金属材料的研发进展情况进行了梳理,分析了未来技术发展趋势。