分级加载速率对无烟煤蠕变特性的影响规律试验研究

为研究分级加载速率对无烟煤蠕变特性的影响规律,通过进行4种不同分级加载速率下无烟煤三轴蠕变试验,分析了分级加载速率和应力水平对煤样瞬时应变、蠕变应变及蠕变速率的影响规律。结果表明：在同级应力水平下,分级加载速率越大,瞬时应变越小,蠕变应变越大,但蠕变应变的增加趋势逐渐放缓;分级加载速率相同时,随着应力水平的提高,煤样瞬时应变表现为快速减小—缓慢减小—增加的整体减小趋势,而煤样蠕变应变则表现为基本不变—缓慢增加—快速增加的整体增大趋势;蠕变速率的变化过程可分为急速衰减、缓慢衰减和稳定3个阶段,同级应力水平下,分级加载速率越大,最大蠕变速率越大,蠕变速率衰减越快。     

低碳经济下的非晶合金发展与应用

非晶合金成分均匀、结构特殊,具有高强度、良好的软磁性和高耐腐蚀性等优点,在低碳经济中得到广泛的开发与应用.文章介绍了非晶合金在低碳经济中的意义,综述了非晶合金的特点及其在钎焊、变压器制造、储氢材料等领域的应用现状.     

非晶合金热稳定性及晶化过程研究

在三种不同的深冷时间条件下对非晶合金Fe₇₀Al₅Ga₂P_9.65B_4.6Si₃C_5.75进行预处理,研究深冷处理对非晶合金的热力学参数和晶化过程的影响.研究发现与淬态退火相比较深冷处理后晶化相的种类增多并且随着深冷处理时间的延长,玻璃转变温度T_g和比热容ΔC_p,g及晶化峰值温度T_P1,2都出现了变化,但无明显规律,只有晶化起始温度T_x随着深冷时间的延长逐渐降低。     

非晶合金在手表外观零件上的应用研究

大块非晶的制备技术使非晶合金的广泛应用成为可能。随着手表外观零件对材料性能需求的增加,对锆基非晶合金作为手表外观零件材料的适用性进行了研究,讨论了非晶合金在产品结构设计中的要点和创新设计案例,研究了非晶合金的机械加工工艺。结果表明：锆基非晶合金具有优异的耐腐蚀、耐划伤和弹性性能,其中镍释放可满足钟表行业的要求,是一种性能优异的手表外观零件材料;通过采用空心结构设计、合理的拔模斜度、直角圆角化,可以得到合格的非晶零件坯件;非晶优异的性能结合合理的结构设计,可以提升零件的性能;选用硬质合金刀具和不大于400 μm的进给量,选用树脂磨盘并采用机械手湿法抛光,有利于在较高的加工效率下得到合格的非晶合金手表外观零件。     

非晶合金的晶化理论及几种Mg基非晶合金的晶化行为

介绍非晶合金晶化的晶化反应热力学、晶体相的形核和长大机制和总体结晶动力学 ,分析几种Mg基非晶合金的晶化行为。结果表明 ,通过成分 自由能曲线 ,可以很好地从热力学上解释不同成分的Mg Cu Y系非晶条带中纳米晶颗粒及随后晶化产物的形成机制。迄今还未能完全掌握不同类型非晶合金的晶化机制 ,因此 ,从理论和实践上更深入地研究和探讨非晶晶化十分必要。     

氢含量对锆合金蠕变-疲劳行为的影响及机理研究

针对反应堆用锆合金渗氢后易发生蠕变-疲劳失效问题,采用频率修正应变寿命法和频率修正滞回能法研究了再结晶状态的锆合金在320 ^oC、不同渗氢含量下的蠕变-疲劳行为。结果表明：随保持时间增加,无渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能降低,但保持时间30 s以上时无明显影响;保持时间对渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能无影响。不同保持时间下,未渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能最好,0.04%氢含量试样的性能最差,0.005%氢含量在高应变水平(高滞回能)下的抗蠕变-疲劳性能弱于0.02%氢含量试样,而在低应变水平区域优于0.02%氢含量试样。氢含量的影响机理为：固溶氢可提高蠕变-疲劳寿命,氢化物可降低蠕变-疲劳寿命;0.04%氢含量试样中氢化物起主导作用,导致其蠕变-疲劳性能最差。     

铈基非晶合金的形成机理研究取得新进展

最近，中国科学院物理所汪卫华小组和美国North Carolina大学Wu Yue研究小组合作，采用核磁共振NMR27Al方法系统研究了微量元素钴（Co）掺杂对铈（Ce）基非晶形成能力的影响。     

微量氮元素添加对Zr基非晶合金力学性能影响的研究

采用铜模吸铸法,成功地制备了直径3 mm的(Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅)_100-xN_x(x=0、0.5、1.0、1.5、2.0)非晶合金棒材。利用氮氧分析仪、X射线衍射仪、差示扫描量热仪、万能试验机、显微硬度计和扫描电镜等手段,系统地研究了氮含量对(Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅)_100-xN_x非晶合金的力学性能的影响。同时,对氮元素添加时非晶合金体系的剪切带与断口形貌进行了分析讨论。结果表明：不同氮含量的(Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅)_100-xN_x合金中,氮含量（原子百分数）分别为0.08%、0.49%、1.18%、1.48%、1.73%;在添加微量氮元素前后,块体合金(Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅)_100-xN_x均呈现完全非晶结构;原始Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅非晶合金的显微硬度值为478.62 HV,添加氮元素后显微硬度随氮含量增加而递增,显微硬度最高为519.16 HV;添加氮元素前,Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅合金的抗压强度为1 738 MPa、塑性形变量为2.1%;当x=0.5时,抗压强度降至1 719 MPa、塑性形变量降至1.0%;当x≥1.0时,抗压强度持续下降且塑性较差。     

Zirlo合金薄板圆筒拉深凸耳行为的研究

本文采用实验和有限元模拟相结合的方法,对Zirlo合金薄板圆筒拉深凸耳行为展开了研究。分析结果显示：根据同一圆周不同方向质点在不同阶段相对位移的大小,表明薄板不同圆环区域的金属变形对凸耳形成存在明显差异,筒壁下部金属起了决定性影响,过渡区的影响较小,筒壁上部金属的影响基本可以不计,凸耳形成主要是由筒壁下部金属由凸缘进入了筒壁时的单向拉应力状态所导致的变形不均产生。摩擦系数的增大对凸耳率下降的影响较为平缓;随压边力的增加,凸耳率增长趋势趋于缓慢;随薄板厚度的增加,凸耳率逐渐下降;有限元模拟结果与凸耳实验具有较好的一致性。     

激光织构对Fe基非晶合金涂层润湿性的影响研究

为提高页岩油气钻进过程中钻头表面的耐磨性能及防泥包性能,采用冷喷涂(CS)和超音速火焰喷涂(HVAF)技术在35CrMo钢基体上制备了Fe48Cr15Mo14C15B6Y2非晶合金涂层,并利用紫外激光制备了涂层的疏水表面,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)测试分析了涂层的微观结构和力学性能,利用接触角测量仪表征涂层的润湿性,并分析其润湿机理.结果表明:利用CS技术制备的Fe基非晶合金涂层结构更加致密,非晶质量分数达到90%,且具有更好的热稳定性.激光过程中的熔融物快速冷却在涂层表面形成纳米尺寸级别的凝结物以及团聚物形成微纳复合结构,在激光扫描次数为7次时,CS涂层表面水接触角最高,具有良好的疏水性.     

块状镁基金属玻璃的研究进展

介绍了块状镁基金属玻璃的发展过程及最新的研究进展,着重阐述了块状镁基金属玻璃的几种制备方法及其性能,最后指出了今后块状镁基金属玻璃的研究重点.     

大块金属玻璃形成能力的研究进展

综述了近年来所发现的表征大块金属玻璃形成能力的参数，其中包括基于动力学、液相稳定性和抗晶化能力、物理结构参数、液相稳定性和原子尺寸结构、价电子浓度和有序相与无序相的竞争．指出了大块金属玻璃形成能力研究的复杂性。以及理论基础的重要性．     

Research on new type of numerical method for material creep analysis

Based on the principles of virtual work for continuum medium, the element free Galerkin method to simulate the numerical calculations of steady-state creep was used and the discrete equation was derived in meshlss method for steady-state creep. The essential boundary conditions and volume incompressible conditions can be realized by employing the penalty parameters, so the symmetric positive definite system stiffness matrix can be yielded. Results of numerical cases show that element free Galerkin method, with its high accuracy, is much more convenient to deal with the pre-process and post-process, the results by meshless method is in good agreement with the exact solution data. Supported by the Youth Science Foundation of Anhui Province(08040106831); Key Projects on College Natural Science Research of Anhui Province (KJ2008A125)     

过热时间对Cu36Zr48Al8Ag8组织和力学性能的影响

用电磁悬浮熔炼工艺在水冷铜坩埚中制备母合金,用铜模吸铸法在6.5kV电压真空条件下,分别保温2,4,6min制备出3个非晶试样,用差热分析仪( DSC)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、万能试验机、显微硬度计,研究过热时间对Cu36 Zr48 Al8Ag8块体金属玻璃组织和力学性能的影响.结果表明,在非晶组元和形成非晶时的冷却速率相同的条件下,随着保温时间的延长,液态合金有结晶的趋向,合金的热稳定性降低,原子的排列也由致密向稀疏转变,原子之间的自由体积增大,其紧密化程度低,硬度降低.     

深部煤体非线性蠕变本构模型及实验研究

深部煤体蠕变规律研究对控制巷道围岩变形,预防煤与瓦斯突出及改善瓦斯抽采效果具有重要意义。基于分数阶导数流变模型,推导出煤体三维应力条件下非线性蠕变本构方程。考虑深部煤体赋存的高应力环境及应力变化路径,进行了三向应力状态下轴压恒定、分级卸围压的煤体蠕变实验。实验结果表明:在三向高应力状态下,试件的轴向和环向应变表现为初始蠕变和稳态蠕变,最终出现加速蠕变阶段;在相同差应力条件下,煤体蠕变变形随围压增大而减小。利用煤体卸围压蠕变实验数据对文中蠕变本构方程的参数进行拟合,结果表明:该蠕变本构方程能很好地描述煤体蠕变三阶段,特别是加速阶段。在蠕变本构方程参数确定的前提下,分析了应力水平、分数阶导数阶数及黏性系数对煤体蠕变特性的影响规律。     

基于改进的Poyting-Thomson蠕变损伤模型研究

针对原Poyting-Thomson模型不能很好地反映软岩受载蠕变过程中的加速蠕变阶段问题,在原Poyting-Thomson模型的基础上,串联了一个非线性元件,依据能量损伤理论中弹性模量的变化定义损伤变量,构建了一个在软岩受载时,能描述软岩全蠕变变形特征的新蠕变模型,并通过对砂岩的单轴压缩实验来验证构建出的模型的合理性。研究表明,以砂岩试件蠕变时间35 h为分界点,35 h前实验蠕变曲线处于衰减与等速蠕变阶段,35 h后实验蠕变曲线处于加速蠕变阶段,采用ORIGIN绘图软件分别对2个阶段进行模型函数拟合,得出了拟合曲线能够较好地吻合实验蠕变曲线,函数拟合精度高,证明了该模型的合理性。     

一种基于能量耗散理论的岩石加速蠕变模型

岩石加速蠕变阶段的启动条件是分析蠕变全过程的难点问题,现有的西原体模型在描述岩石黏塑性阶段的加速蠕变特性时也存在明显的不足。为了更好地描述岩石蠕变的全过程、划分蠕变的不同阶段和表征加速蠕变阶段的变形特性,基于能量耗散理论定义了加速蠕变启动的控制阈值,将Perzyna黏塑性模型引入西原体模型,由此构建了一种新型的岩石加速蠕变本构模型,并且通过三轴逐级加载蠕变实验数据对模型进行了验证。结果表明:蠕变加载过程中的能耗和蠕变损伤主要来源于岩土类材料内部的内能变化,基于能量耗散理论和考虑蠕变速率变化构建的岩石加速蠕变模型能更好地描述岩石黏弹塑性蠕变特性,不仅反映了岩石能量耗散与蠕变变化之间的关系,也进一步突出了岩石的蠕变速率和蠕变应力状态对加速蠕变的影响;同时,该模型克服了传统的西原模型难以描述加速蠕变变形特征的缺点,更加准确地反映了岩石的衰减和稳定蠕变阶段的蠕变特性;最后,对比分析结果验证了采用耗散率值来定义由稳定蠕变阶段转化为加速蠕变阶段的控制阈值是可行的,引入Perzyna黏塑性模型对改善西原体模型描述岩石加速蠕变阶段的变形特征是有效的,研究结果为分析蠕变变形全过程和划分蠕变变形阶段提供了一个新方法,为研究蠕变模型和蠕变力学特性提供了一个新思路。     

Research on the closure and creep mechanism of circular tunnels

A numerical code called Rock Failure Process Analysis (RFPA2D) was employed to investigate the closure, damage and failure behavior of the horizontal tunnels. In this code the time-dependent deformation was described in terms of evolution of mesoscopic structure, leading to progressive degradation of elastic modulus and failure strength of material. In terms of material degradation, a series of numerical simulations were performed to study the convergence and subsequent failure in circular tunnels. The numerical results provide a complete illumination for the closure, damage and failure behavior with different loading conditions. It is shown that the depth and the ratio of far field stresses play an important role in the creep behavior of tunnels. Creep failure is expected to occur in the direction of the smallest far field stress component, which means that rheological failure of tunnels is influenced not only by the rock characteristic around the tunnels but also by the orientation and distribution of far field stress on a global scale. Supported by the “973” Program (2007CB209400); the National Natural Science Foundation of China(40638040); the Opening Foundation of State Key Laboratory of Geohazards Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology     

含水率对红砂岩瞬时和蠕变力学性质影响的试验研究

水是影响岩体工程稳定性的重要因素。为了全面分析水对岩石瞬时及蠕变力学特性的影响,设计了两类试验：单轴压缩强度试验和蠕变试验。通过吸水试验分析红砂岩的吸水特征,并以此为依据制备不同含水率的标准试件。首先对9组不同含水率的试件进行单轴压缩强度试验。利用体积应变法和LSR法(Lateral Strain Response)确定红砂岩在单轴压缩条件下的4个特征应力：闭合应力、启裂应力、损伤应力和破坏应力, 从而得到了含水率与红砂岩力学参数的定量关系。结果表明,应力应变曲线上各阶段特征应力随含水率增大而服从负指数规律衰减,并且当试件达到饱和后,各特征应力趋于稳定。由于高孔隙率的特性,导致红砂岩的特征应力在短时间内显著降低。启裂应力σi与闭合应力σc之差随着含水率的增加而减小。这说明水的增加导致红砂岩非线性特征增强。强度和弹性模量损失系数随含水率呈指数函数增长的趋势,饱和红砂岩的强度和弹模总损失系数分别是0.484和0.334。此外,将5组不同初始含水率的试件持续浸在充满水的环境试验箱中,开展荷载与水共同作用下的蠕变试验,从而得到长期水环境对红砂岩蠕变力学特征的影响。结果表明,试件的瞬时应变和稳态应变率随含水率增加呈指数形式增大,蠕变应变和破坏时间随含水率增加而减小。当含水率趋于稳定时,红砂岩的蠕变特性仍然有显著的变化,其原因在于环境中的水沿蠕变新生成的裂缝进一步运移到裂缝尖端,初始裂纹进一步扩展。实验结果不仅强调了短时间内水对高孔隙率岩石瞬时力学性质的急剧弱化作用,而且强调了环境中的水对饱和岩石蠕变力学性质的持续影响作用。此外,实验数据和拟合方程将为岩体工程长期稳定性的评估提供一定的参考价值。     

不同加载速率红砂岩峰后蠕变特性试验研究

低强度岩石峰后蠕变特性复杂,在实验室通过RLW-2000型三轴流变仪,对2种加载速率9个红砂岩样进行峰后增量加载单轴蠕变试验,分析岩样峰后不同应力水平与不同加载速率下瞬时应变与蠕变应变特征,确定瞬时强度与峰后蠕变破坏强度关系,探讨不同阶段红砂岩样破坏失稳基本形态。结果表明：在相同应力加载条件下,加载速率越大,瞬时应变变化越小,衰减蠕变应变增量越大,等速蠕变应变增量越小;随着蠕变应力水平的提高,红砂岩样瞬时应变表现为快速减小-缓慢减小-缓慢增加-快速增加的整体减小趋势,而红砂岩样峰后蠕变应变则表现为平缓-增加-急速增加的非线性增加趋势,且非衰减蠕变具有明显蠕变3阶段特征;峰后岩样蠕变破坏强度较为接近,离散性小,岩样峰后蠕变破坏强度平均达到了瞬时强度的89.73%;瞬时压缩破坏岩样呈现压剪破坏,岩样破坏块度大,峰后蠕变破坏主控破裂面形态复杂,加载速率越小,峰后蠕变岩样局部弱化特征越明显,但破坏失稳以主破裂面压剪失稳为主。