Q355ME耐低温角钢冲击韧性分析

采用系列冲击试验测定Q355ME耐低温角钢在-100～25℃的冲击值和脆性断面率,通过扫描电镜对冲击断口形貌进行观察。结果表明:试样钢的冲击温度在0℃以上时,冲击功基本保持不变;在0～-40℃时,冲击功呈缓慢降低的趋势;在-40～-60℃时,冲击功呈显著下降趋势;在-60～-100℃时,冲击功又呈缓慢降低趋势,采用FATT50和ETT50评价韧脆转变温度分别为-48℃和-57℃。在-40℃时,试验钢韧性区断口形貌为圆形等轴韧窝,在-60℃时,韧性区断口形貌为圆形韧窝和部分撕裂韧窝,材料在向脆性过渡区时有解理断面的趋势。     

冲击荷载作用下热轧H型钢梁力学性能试验研究

采用落锤冲击试验机进行了4个热轧H型钢梁动态抗冲击力学性能试验,通过改变落锤冲击速度和落锤冲击能量以研究双跨约束钢梁的动态抗冲击力学性能。试验测试了冲击力、位移时程曲线及型钢表面应变时程曲线,研究约束钢梁在冲击荷载作用下悬链线效应的形成机理和影响规律。试验结果表明：在试验参数范围内,钢梁最大冲击力和冲击力时程曲线变化趋势与冲击能量无明显关系,冲击作用时间和残余变形随冲击能量的增大而增大。在冲击荷载作用下,钢梁跨中受冲击区域均发生了不同程度的局部变形,主要表现为翼缘翘曲和腹板剪切变形,钢梁转角在0.046 4～0.098 4 rad范围内,基本保持了截面的完整性,表明热轧H型钢梁在冲击荷载作用下具有良好的抗冲击性能和延性性能。     

层理对煤岩动态断裂及能量耗散规律影响的试验研究

为研究动态荷载条件下加载率及层理倾角对煤样断裂韧度及能量耗散特征的影响,采用直切槽半圆弯拉法和霍普金森加载装置对煤样开展动态断裂韧性测试。分析不同层理倾角煤样动态断裂韧度的率响应特征;并通过对比不同冲击速度和层理倾角煤样的入射能、吸收能、断裂能和残余动能,得出冲击荷载下不同层理倾角煤样动态断裂过程的能量耗散规律。研究表明:冲击荷载下直切槽半圆弯拉煤样以拉伸破坏为主,且裂纹贯穿后的2个碎片均为匀速转动;煤样动态断裂韧度为准静态断裂韧度的3.52~8.64倍,动态断裂韧度随冲击速度的增大而不断增加,但煤样中层理倾角对动态断裂韧度的影响随冲击速度的增加逐渐减弱;煤样动态断裂能随冲击速度的增大而不断增加,但断裂过程能量耗散率随冲击速度的增大而不断减小。     

层理角度对天然岩石材料动态断裂行为的影响研究

为了探究不同层理角度下岩石材料的动态断裂行为，利用分离式霍普金森压杆冲击加载系统，对3种直切槽半圆岩石试件开展30°，45°，60°，75°和90°层理角度梯度内的动态断裂冲击试验，研究3种岩石试件在不同层理角度条件下的应力波及能量传播规律、应力响应特征和动态断裂韧性。并结合DLSM数值模拟软件进行辅助分析，证明其模拟方法能够较好地应用于岩石动态断裂行为的研究，通过应力波传播图像和裂纹尖端应力场图像分析试件应力波的传递规律，解释动态断裂韧性随层理角度改变的机制。结合模型的动能和破坏曲线总结不同层理角度下岩石的破坏特征。结果表明：层理角度改变会影响层理面对应力波的有效反射面积，从而影响反射波和透射波的传递规律，造成各部分能量比值的变化。3种岩石具有不同的破坏特征，但其动态断裂韧性均受到层理角度的影响，在小层理角度时更容易发生预裂和张拉破坏，导致试件强度降低。模拟得到的应力波传播图像解释了不同层理角度应力波的透反射规律，而裂纹尖端应力场图像则反映了动态断裂韧性与试件内部是否发生提前破坏有关。随着层理角度的增大，试件断裂消耗的动能越大，其破坏更具有均匀性。     

静态预应力条件作用下岩板动态破坏行为试验研究

 深部岩石的动力破坏,是岩石力学研究的一个热点问题。为模拟深部岩石动态断裂情况,选取一种花岗岩制备带10 mm预制裂纹的板状试样,开展含预应力条件下的岩板动态破坏行为研究。试件尺寸为305 mm×305 mm×10.5 mm岩板,在静态竖向预压的条件下,使用25 mm杆径的霍普金森压杆进行冲击试验。利用超高速摄影仪记录试样裂纹扩展的全过程,采用数字图像相关(DIC)技术分析试样的位移场及应变场,通过设置虚拟引伸计,获得预应力条件下岩板起裂时刻、裂纹长度、裂纹扩展速度及断裂韧性等动态断裂力学参量。研究结果显示：该岩板试件裂纹扩展速度可达到瑞利波速的0.57倍(～1000 m/s),验证了采用花岗岩岩板测试的优势。在特定预应力条件下,岩板的裂纹扩展速率与动态断裂韧性具有明显的率相关性;特定冲击速度条件下,随着静态预应力的增加,裂纹扩展速度受到抑制,破坏模式由单一裂纹扩展向多条微裂纹扩展等复杂模式转变,甚至出现止裂现象。当气枪冲击气压103.43 kPa、静态预应力30 MPa时,裂纹扩展速度降为452.4 m/s,属于低速裂纹扩展范围。     

不同赋存深度岩石的动态断裂韧性与拉伸强度研究

按照国际岩石力学学会试验规范以及工程岩体试验方法标准(GB/T50266-99),对不同赋存深度的玄武岩试件分别进行动态断裂韧性测试和单轴拉伸强度测试,得到动态断裂韧性与拉伸强度之间可能存在一定的关系;并从岩石破坏的力学机制角度,分析动态断裂韧性与拉伸强度之间存在联系的根本原因:两者均是由于岩石内部微裂纹受到拉应力作用而引起微裂纹的扩展、互相贯通,从而导致岩石的破坏。根据动态断裂韧性与拉伸强度之间可能存在的关系,可以由拉伸强度的测试结果推测试件的动态断裂韧性值,将大大简化动态断裂韧性测试的繁琐性。     

实时低温对干燥和饱和状态花岗岩Ⅰ型断裂韧性的影响

研究岩石在低温下的断裂韧性对评估硐穴式液化天然气地下储库结构的稳定性具有十分重要的意义。采用半圆弯曲SCB法研究了实时低温(-60,-40,-20,0,25℃)对干燥和饱和状态花岗岩I型断裂韧性的影响，并通过扫描电子显微镜对试样微裂纹进行分析。试验结果表明：干燥和饱和状态花岗岩的断裂韧性都随温度的降低而增大。0℃以下，饱和状态的断裂韧性明显大于干燥状态。干燥试样的初始压密段随着温度的降低而减小，峰值位移没有明显变化。饱和试样的初始压密段和峰值位移都随温度的降低而增大。-60℃时，花岗岩内部的微裂纹明显增多，导致断裂韧性增长变缓。     

960MPa高强度钢材及其焊缝低温冲击韧性试验研究

对14 mm厚的960 MPa高强度钢材及其对接焊缝进行了低温冲击韧性试验研究,得到了母材、焊缝区和热影响区(HAZ)的夏比冲击功Akv随温度的变化关系及韧脆转变温度,将该结果与460 MPa钢材及345 MPa钢厚板进行比较分析,最后通过扫描电镜对其断裂微观机理进行了分析.结果表明:Akv随温度降低而下降,韧脆转变特征明显;960 MPa高强度钢材的Akv总体上大于460 MPa钢材;与345 MPa钢厚板相比,常温下高强度钢材的Akv较小,但随温度降低,普通强度钢厚板的Akv下降幅度更大;钢材强度过高使其吸收的弹性功较高,低温下厚度对其冲击韧性的影响较强度更明显,母材的低温Akv小于焊缝区,但焊缝区更容易发生韧脆转变,体现了960 MPa高强度焊接钢材较大的缺陷敏感性.试验为960 MPa高强度钢材及其焊接钢材在低温地区的推广应用提供了参考数据,同时也为研究冲击韧性和断裂韧性2个指标之间的关系提供了依据.     

温压耦合作用下的粉砂岩动态力学特性试验研究

采用自行研制的温压耦合及动力扰动试验系统,对20℃～300℃和不同轴向静压作用下粉砂岩的动态强度进行室内试验研究,讨论温度和压力对岩石动态强度变化规律的影响。研究结果表明:(1)在20℃～100℃范围内粉砂岩动态峰值强度随温度升高而上升,当温度超过100℃后,随温度升高而下降;(2)当温度相同时,对岩石施加不同轴向静压,粉砂岩的冲击破坏强度首先随轴向静压增大而迅速提高,但当轴向静应力达到约45MPa后,冲击破坏强度反而随轴向静压上升而下降,且轴向静压越大岩石冲击破坏强度降低幅度越大。     

高强度结构钢材Q460-C低温冲击韧性试验研究

高强度钢材在建筑行业中逐渐被应用,而随着钢材强度的增大,其韧性性能会有一定程度的退化,特别是在低温环境中更加明显。因此,有必要研究高强度建筑钢材的冲击韧性。通过对14 mm厚的高强钢材Q460-C进行低温下的冲击韧性试验,并将其夏比冲击功值与60,90,120,150 mm厚Q345的AKV值进行比较分析。结果显示,Q460-C的冲击韧性随温度的降低而下降,在20～-20℃,14 mm厚Q460-C钢材的低温冲击功值依次低于同温度下的150,120,90,60 mm厚Q345的AKV值,在低于―20℃时,Q460钢材的强度对其低温脆性的影响没有Q345钢材的厚度对其低温脆性的影响明显。同时,还利用Boltzmann函数对试验结果进行拟合分析,得到Q460-C钢材的韧脆转变温度为-11.1℃;最后对不同温度点下的冲击试件断口进行扫描电镜分析,观察到-20℃下冲断的试件断口形貌有相当的脆性特征,基本已完成了从韧性向脆性断裂的转变。试验表明,Q460-C钢材的低温脆性特征明显,应引起足够重视。     

改善HPC韧性试验研究

用弯曲韧度作为评定ＨＰＣ混凝土韧性主要指标之一,研究改善其韧性的措施。在不掺纤维及聚合物材料条件下,采用改变骨料品种,外加剂引入微孔及粉体效应等,使高性能混凝土韧性显著提高。     

钢轨钢材冲击韧性对断裂韧性的影响

列举了国内常用钢轨钢材冲击韧性和断裂韧性的试验研究成果,探讨了钢轨钢材冲击韧性和断裂韧性指标随温度的变化规律,指出了这两项指标在钢轨钢材抗断裂设计中的意义。最后,本文根据已有研究成果讨论了U71Mn钢轨钢材冲击韧性指标和断裂韧性指标之间的关系。     

新型粗聚烯烃纤维高性能混凝土弯曲韧性

基于美国ASTM C1550标准,采用圆板试件研究了新型粗聚烯烃纤维混凝土的弯曲韧性,探讨了纤维掺量和纤维长度对纤维混凝土板能量吸收值的影响规律.通过与梁弯曲韧性试验方法的比较,发现圆板试验更加适合评价粗合成纤维混凝土的弯曲韧性.随着粗聚烯烃纤维掺量、纤维长度的增加,纤维混凝土板的能量吸收值逐渐提高.按照日本JSCE SF4韧性评价方法,掺量为6,8,11kg/m3的粗聚烯烃纤维混凝土梁的韧性指标,比相同掺量的中等弹模纤维增强混凝土分别提高了101%,68%,76%,比掺量为156kg/m3的钢纤维增强混凝土分别提高了65%,90%,138%.     

高值弹塑性断裂韧度J积分

对于用标准试样测得的不满足J积分有效性条件的高断裂韧度 ,作者从理论和试验两个方面进行探讨。通过分析J积分有效性条件、试样尺寸要求、J积分概念、JR 阻力曲线等 ,得出这种高J积分值的工程意义和实用价值     

粗合成纤维活性粉末混凝土抗弯韧性试验

为研究不同粗合成纤维用量下活性粉末混凝土的抗弯韧性,采用四点弯曲试验对粗合成纤维用量分别为4.75,9.5,14.25,19kg·m-3的纤维活性粉末混凝土试件进行了研究,同时与不掺入纤维的素活性粉末混凝土进行了对比分析。结果表明:不掺入纤维的素活性粉末混凝土弯拉试件发生脆性破坏,试件一裂即断,未得到荷载-挠度曲线的下降段;而粗合成纤维掺入后能够提高活性粉末混凝土的韧性,使弯拉试件转变为明显的延性破坏,荷载-挠度曲线都可得到稳定的下降段,同时曲线还出现了二次强化现象,有2个峰值;随着粗合成纤维掺量的增加,弯拉试件荷载-挠度曲线的下降段愈加平缓,韧性指数增大;粗合成纤维掺量(体积分数)为1.0%~2.0%时,剩余强度在抗折强度的85%以上,此时粗合成纤维对裂后基体具有较强的阻裂能力,能够大大提高弯拉试件开裂后的韧性。     

橡胶混凝土断裂韧性试验研究

为研究橡胶混凝土断裂韧度,以C30混凝土为基准混凝土,将橡胶颗粒的粒径、掺量以及试件的缝高比作为变量,制备混凝土试件进行楔入劈拉试验研究。计算得到橡胶混凝土试件起裂韧度及失稳断裂韧度的变化规律。结果表明:掺入橡胶后,混凝土的起裂韧度有明显降低,橡胶掺量越高降幅越明显,橡胶掺量为5%~15%的混凝土失稳断裂韧度大于基准混凝土;20%橡胶掺量的混凝土失稳断裂韧度略小于基准混凝土;缝高比相同时,掺粒径为0.3mm橡胶颗粒的混凝土试件失稳断裂韧度高于粒径为0.6mm的橡胶混凝土,表现出更好的断裂韧性;与起裂韧度相比,失稳断裂韧度与橡胶含量的非线性特征更加明显。     

橡胶混凝土断裂韧性试验研究

为研究橡胶混凝土断裂韧度,以C30混凝土为基准混凝土,将橡胶颗粒的粒径、掺量以及试件的缝高比作为变量,制备混凝土试件进行楔入劈拉试验研究。计算得到橡胶混凝土试件起裂韧度及失稳断裂韧度的变化规律。结果表明:掺入橡胶后,混凝土的起裂韧度有明显降低,橡胶掺量越高降幅越明显,橡胶掺量为5%~15%的混凝土失稳断裂韧度大于基准混凝土;20%橡胶掺量的混凝土失稳断裂韧度略小于基准混凝土;缝高比相同时,掺粒径为0.3mm橡胶颗粒的混凝土试件失稳断裂韧度高于粒径为0.6mm的橡胶混凝土,表现出更好的断裂韧性;与起裂韧度相比,失稳断裂韧度与橡胶含量的非线性特征更加明显。     

混杂纤维高强自密实混凝土弯曲韧性试验

为探究混杂纤维改性混凝土的韧性作用机理,以镀铜微丝钢纤维和纳米碳纤维掺量为参数,制备了混杂纤维高强自密实混凝土,进行了弯曲韧性试验。基于试验数据,绘制荷载 挠度曲线,以弯曲韧度比为量化指标,采用数值分析方法对试件样本空间进行扩参数分析。结果表明:纳米碳纤维与镀铜微丝钢纤维在高强自密实混凝土开裂的不同阶段发挥不同层次的改性作用,使混凝土峰值荷载变形得以改善的同时,提高其极限荷载、初始弯曲韧度比和弯曲韧度比;初始弯曲韧度比最大提高幅度为34.5%,HS-S9C6试验组弯曲韧度比达0.84,且随挠度增长,弯曲韧度比下降速率较慢,混杂纤维较好地发挥了改性高强自密实混凝土的韧性作用。     

超低温作用对超高韧性水泥基复合材料断裂性能的影响

为研究超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）在超低温环境下的断裂性能,设计了5组不同纤维掺量的UHTCC预制裂缝切口梁,在经过超低温作用后进行三点弯曲加载试验,通过分析计算UHTCC的荷载-挠度曲线,评价了超低温环境下UHTCC的断裂性能.结果表明：当纤维掺量为1.5%时,UHTCC性能的提升效果最优,当纤维掺量超过1.5%时,UHTCC的性能略有降低;超低温作用后UHTCC的强度显著提升,当处理温度由常温降至-160 ℃时,材料表现出明显的脆性,其延性指数、特征长度及失稳断裂韧度均明显降低.     

Variation of fracture toughness of asphalt concrete under low temperatures

This study presents the results of experimental evaluation on fracture toughness of asphalt concrete at various low temperatures (from −5°C to −30°C in 5°C steps). An asphalt cement, penetration grade of 85/100 and two aggregates, a granite and a limestone, were used to prepare asphalt concrete beam specimens which were conditioned using two different procedures and tested under three-point bending setup. The first procedure dealt with evaluation of fracture toughness of the asphalt concrete at a control temperature, −5°C, following conditioning at the specified temperatures. The second procedure dealt with evaluation of fracture toughness at the temperatures at which the samples were conditioned. The results showed that fracture toughness (K_IC) for both aggregate mixtures in both procedures changed in a manner that it increased by lowering temperature from −5°C to −15°C, and then decreased thereunder. An improved mechanical adhesion due to the strengthened grip of asphalt matrix resulted from differential thermal contraction (DTC) is responsible for increased resistance to the applied loads. The reduction of fracture toughness below −15°C is explained as the effect of internal damage due to DTC that is a consequence of the large difference in coefficients of thermal contraction between aggregate and asphalt cement. Granite aggregate mixture showed a slightly better resistance to fracture throughout the temperatures. Relatively good linear relations between average values of σ_f and K_IC were found from the regression analysis. Increasing flexural strength resulted in an increased fracture toughness for all mixtures. K_IC of granite mix showed more critical to the change of σ_f.