水泥乳化沥青砂浆力学性能的分析模型

基于能量机制研究了中国铁路轨道系统(CRTS)Ⅰ型水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)在6种应变率(3.33×10--5/s~1.67×10--1/s)条件下的力学性能。结果表明:CA砂浆的峰值应力、弹性模量及峰值应力对应的应变均随着应变率的增大而增大,峰值应力对应变率的敏感性最高,峰值应力对应的应变对应变率的敏感性最低,随着应变率的增大,CA砂浆破坏的脆性特征越明显,碎裂程度越高。机械能与耗散能随着变形的增加持续增大,弹性能在峰值应力前不断积累,峰值应力后迅速释放,导致CA砂浆的整体破坏,应变率越大,机械能与耗散能的增加速率越大,弹性能在峰值应力前的积累速率越大,峰值应力后的释放速率越大。采用统计损伤理论建立了CA砂浆的本构模型,拟合结果与试验结果的相关系数均在0.97以上,能够有效预测CA砂浆在不同应变率条件下的力学性能。     

高阻尼橡胶的动态压缩性能及其应变率相关的本构模型

为研究高阻尼橡胶的动态压缩性能及其应变率相关的本构模型,应用分离式Hopkinson压杆装置对高阻尼橡胶试样进行冲击压缩试验,获得了不同应变率下的应力-应变曲线。结果表明,高阻尼橡胶体现了明显的超弹性特征,在500/s到5 200/s的大应变率范围内,高阻尼橡胶具有明显的应变率相关性,相同应变条件下,应变率越高,应力值越大。考察几种常见超弹性本构模型对试验数据的拟合情况,并选取拟合最优的本构模型,拟合结果与试验结果非常吻合,研究结果为高阻尼橡胶在抗爆炸、抗冲击领域的进一步研究奠定了基础。     

基于微裂纹统计模型的PBX力学行为

将微分形式的Visco-SCRAM模型简化为单轴应力下的增量形式,用其拟合出PBX在不同应变率的单轴拉伸与单轴压缩下的应力应变曲线,然后根据微裂纹平均半径的变化分析其相应的细观物理过程,并分析了黏性对PBX力学性能的影响.结果表明,Visco-SCRAM模型能反映PBX强度与模量的拉压不对称性和应变率效应.破坏时的微裂纹平均半径随应变率的增大而增大,且该值在拉伸加载下明显小于压缩的情况.在一定范围内,随着黏性的减小,模量和强度增大,而破坏应变减小.     

沥青对水泥沥青砂浆力学性能的影响

采用微机控制电子万能试验机对水泥沥青砂浆(CA砂浆)进行了应力--应变压缩试验,分析了试验过程中CA砂浆的弹性能和耗散能随沥青含量的变化规律。结果表明:随着沥青含量的增加,CA砂浆的强度逐渐降低,脆性逐渐减弱,象征强度弱化区域的有机物--无机物界面的增多是强度降低的主要原因,沥青含量的增加使CA砂浆内释放的弹性能只有小部分用于缺陷的扩展,加之沥青网络结构的横向约束作用导致脆性逐渐减弱。外力功随应变的增加逐渐增大,随沥青含量的增加逐渐减小;弹性能开始向耗散能转化发生在屈服变形阶段,峰值应力后,弹性能向耗散能的转化速率加快,能量迅速释放。能量释放系数随应变的增加逐渐增大,能量释放加快;能量释放系数随沥青含量的增加逐渐增大,表明CA砂浆的阻尼性能提高,减振作用增强。     

本构方程对橡胶材料裂纹尖端J积分有限元分析结果的影响

以电子万能试验机得到的橡胶材料的应力-应变曲线为原始数据,在Abaqus有限元分析软件中拟合了17种高弹性本构方程,对比了各本构模型的拟合结果和稳定性,分别将其作为材料模型,对含裂口的纯剪切试件裂纹尖端的J积分进行分析,并将计算结果与实验数据进行了对比。研究表明,本构模型对于裂纹尖端的J积分数值影响较大,各个模型的分析精度有所不同,故在橡胶材料的有限元分析中需要特别注意材料模型的选取。     

温度对水泥沥青砂浆力学性能影响程度试验研究

为研究不同温度下配比不同的水泥沥青砂浆的力学性能,采用电液伺服万能试验机测试了不同温度下水泥沥青砂浆静态单轴抗压下的应力-应变关系,获得了弹性模量和最大应力随温度的变化规律.试验结果表明:随着温度的降低,应力-应变曲线的上升斜率变大,出现最大值后下降段逐渐变陡;水泥沥青砂浆的弹性模量与最大应力值随沥青含量和温度的增大而降低,其温度敏感性主要由沥青含量决定.联系试验结果,建立了可定量分析水泥沥青砂浆力学性能随温度变化的本构关系,且拟合结果显示用温感因子描述其力学性能的温度敏感性有较高的合理性,随着沥青含量的增高,温感因子数值增大,最大应力所对应的温感因子大于弹性模量的.     

高密度聚乙烯单轴拉伸力学性能及本构关系研究

利用万能试验机对高密度聚乙烯（PE-HD）进行了单轴拉伸试验,并选取了有效数据进行分析,得到了PE-HD的应力应变曲线,并利用Sherwood-Frost本构模型研究了PE-HD单轴拉伸的力学行为。结果表明,PE-HD的力学性能表现为明显的应变率相关性,屈服应力随着应变率的增大而提高,且屈服应力表现为应变率对数的线性关系; Sherwood-Frost本构模型能较好地描述PE-HD的力学特性。     

水泥沥青砂浆力学性能的温度敏感性

研究了不同温度条件下不同沥青含量的水泥沥青砂浆的抗压性能,以揭示该类有机–无机复合材料力学性能的温度敏感性规律。在–40～80℃范围内选择不同环境温度,采用电液伺服控制材料万能试验机测试了水泥沥青砂浆静态单轴抗压荷载下的应力–应变全曲线,获得了峰值应力和弹性模量随温度变化的基本规律。结果表明:随温度的降低,应力–应变曲线的上升段斜率增大,峰后下降段逐渐变陡,力学特性逐渐出现韧–脆转换。一般而言,水泥沥青砂浆的弹性模量和峰值应力随温度的升高和沥青含量的增大而降低,其温度敏感性随沥青含量的增大而增大。沥青含量较大的水泥沥青砂浆,其弹性模量和峰值应力随沥青含量变化幅度不大。建立的经验关系式成功描述了不同沥青含量的水泥沥青砂浆力学性能随温度变化的定量关系,且拟合结果表明以温感因子表征其力学性能对温度的敏感性具有一定的合理性。温感因子随着沥青含量的增大而增大,峰值应力的温感因子大于弹性模量的。     

机制砂混凝土应力-应变试验研究

为研究机制砂混凝土单轴应力状态下的力学性能,通过对0%、4%、8%、12%、16%、20%(质量分数)六种石粉含量,C20、C30和C40三类强度等级的机制砂混凝土棱柱体试件进行单轴抗压试验,并与河砂混凝土进行对比,获得了其在单轴受压下的应力-应变全曲线,拟合得到了适用于机制砂混凝土单轴受压的本构方程,结果表明:机制砂混凝土应力-应变曲线变化趋势和河砂混凝土基本相似,在曲线的上升段,机制砂混凝土与河砂混凝土基本重合,但在曲线下降段,机制砂混凝土比较陡峭;随着石粉含量的增加,机制砂混凝土试件的峰值应力和峰值应变都呈现出先增加后减小的趋势,当石粉质量分数为8%时,三种不同强度等级的机制砂混凝土峰值应变均达到最大;机制砂混凝土峰值应力和弹性模量均随着混凝土设计强度等级的提高而增大;基于Sargin模型拟合得到的机制砂混凝土应力-应变全曲线与试验全曲线吻合性较好。     

高密度聚乙烯管热熔焊接接头本构模型研究

采用实验方法研究高密度聚乙烯（PE?HD）热熔焊接接头区域的材料性能与管材本体的差异。按照ISO 21307标准方法形成热熔焊接接头后,去除内外卷边,设计接头取样方式并改进拉伸试样。通过不同应变率下管材和焊接接头的单轴拉伸试验,使用一种新的本构分析方法与Suleiman方法研究其本构模型差异,得到了模型参数随应变率变化的非线性关系。对比模型预测结果和试验结果,验证了非线性拟合本构模型的有效性和合理性,同时该模型可预测低应变率下（准静态）的应力应变曲线。结果表明,PE?HD焊接区域的弹性模量和屈服应力优于管材,但差别不明显。     

冲击荷载作用下掺橡胶颗粒自密实混凝土的力学性能

为探究掺橡胶颗粒自密实混凝土(SCC)在冲击荷载下的力学特性,采用?75 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验方法,对比分析了不同橡胶颗粒掺量SCC的冲击压缩破坏模式及其应力–应变关系,并基于应变等价性假说和统计损伤理论建立了其动态力学本构模型。结果表明:橡胶颗粒的掺入增强了SCC抵抗不同应变率条件下的破坏作用;SCC的动态强度增长因子DIF随应变率的增加而显著增大,且随橡胶掺量的增加,DIF的增长率提高;在应变率相同时,橡胶颗粒对SCC动态强度的增强效果大于普通混凝土;掺橡胶颗粒SCC弹性模量的应变率相关性不明显,但在所调查的应变率范围内,SCC弹性模量有一定的增加,橡胶掺量为0、10%、20%和30%时,其各自的平均弹性模量比静态弹性模量分别提高了35.1%、39.7%、53.3%和57.7%;所建立的本构模型与试验结果吻合较好。     

高密度聚乙烯结构发泡塑料拉伸本构关系的研究

为了提高高密度聚乙烯（PE-HD）结构发泡工程的长期稳定性,在Sherwood-Frost模型的基础上,建立了包括应变率和密度的PE-HD结构发泡材料的本构关系,依据发泡塑料的拉伸应力-应变曲线,用数值方法拟合了该模型中的相关参数。验证结果表明,提出的本构方程能反映材料的应力-应变关系。     

高强型水泥乳化沥青砂浆抗压强度的计算公式

为建立高强型水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)抗压强度的计算公式,采用万能材料试验机对不同配合比的CA砂浆进行了应力-应变压缩试验,研究了砂灰比(mS/mC)对CA砂浆抗压强度的影响,推导了CA砂浆抗压强度与组成配比的定量关系.结果 表明,在一定mS/mC范围内,砂对CA砂浆抗压强度的影响较小;CA砂浆的强度主要取决于水泥沥青胶凝材料和胶凝材料与砂的界面性能;依据水泥基材料的细观力学理论,建立了CA砂浆抗压强度与配合比参数的数学模型,经与相关文献中的数据进行验证,所建模型具有良好的普适性.     

温度对胎面材料压缩力学性能影响规律研究

环境温度对轮胎胎面材料力学性能有重要影响,它直接影响接地性能。为获取不同温度下胎面橡胶材料的压缩力学性能,进行了准静态单轴压缩实验。基于此,获取不同温度、不同速度下的应力-应变关系,揭示温度及应变率对其压缩力学性能的影响规律。采用Mooney-Rivlin本构模型来表征胎面橡胶压缩荷载下的力学行为。结果表明,在低应变率时应变率的影响不明显;在20-90℃温度范围内,随着温度的升高,橡胶压缩模量减小。Mooney-Rivlin本构模型拟合与实验结果相符,它为不同温度下胎面橡胶压缩性能分析奠定理论基础。     

含沥青路面再生骨料的自密实混凝土损伤本构关系

为了研究沥青路面再生骨料(RAP)掺量对RAP自密实混凝土(SCC)力学性能的影响,采用单轴压缩方法研究RAP掺量为0%、30%、60%、90%和100%(质量分数)的自密实混凝土的应力-应变关系和韧性指数。基于应变等价假说和统计损伤理论建立单轴压缩本构关系模型,探讨了RAP掺量与损伤变量和损伤速率之间的关系。结果表明,随着RAP掺量的增加,试件峰值应力和弹性模量下降,峰值应变和韧性指数增加,所建立的损伤本构关系可以较好地描述不同RAP掺量下自密实混凝土的应力-应变关系。在应变小于0.002时,掺入RAP的自密实混凝土损伤变量值大于基准自密实混凝土,且随着RAP掺量的增大其损伤值越大;当应变大于0.002时,掺入RAP自密实混凝土的损伤变量值低于基准自密实混凝土,且随RAP掺量增大不断减小。随着RAP掺量增大,RAP自密实混凝土损伤速率不断下降,且损伤速率呈先增大后减小的趋势。     

有限变形下的橡胶材料非线性高弹-粘弹性本构模型

本文基于唯象学原理提出了一种适用于橡胶材料在有限应变条件下的非线性高弹-粘弹性本构模型,该模型将应力拆分为两部分：第一部分基于Yeoh模型计算得到的高弹性应力;第二部分由Boltzmann叠加原理计算得到的带有率依赖性的粘弹性应力。该本构模型中应变依赖性的高弹性应力通过修正Zener模型中的非线性弹簧表示,时间及应变依赖性的粘弹性应力通过修正Zener模型中的非线性Maxwell模型表示。利用提出的高弹-粘弹性本构模型模拟不同应变条件下的拉伸、回复、应力松弛及多步松弛在内的复杂加载过程,并与实验值对比,结果表现出良好的吻合性,说明该本构模型的合理、可靠。     

BFRP筋与玄武岩纤维再生混凝土粘结性能

为了研究玄武岩纤维再生混凝土与BFRP筋的粘结性能,通过42个试件的中心拉拔试验,研究再生粗骨料取代率、BFRP筋的直径以及筋材的表面特征对其的影响。试验结果表明:随着再生骨料取代率的增加,峰值极限粘结应力逐渐降低,峰值滑移量呈现先减小后增大的趋势;随着BFRP筋直径的增大,粘结应力逐渐增大,与峰值粘结应力对应的峰值滑移量逐渐增大,但整体的变化范围很小;筋材的表面状况对玄武岩纤维再生混凝土与BFRP筋的粘结性能影响很大。分别采用改进BPE模型、CMR模型及连续曲线模型的计算值与实验值比较分析其极限粘结应力,依据试验结果采用非线性回归分析得出粘结-滑移本构关系模型,该模型的计算值与实验值吻合较好。     

静水压下白砂岩的动态力学性能研究

深部岩石在地下高地应力环境的动态力学性能对深部矿山工程的开展有重要影响,因此,其动态力学性能研究具有重要意义。本文以平顶山某煤矿下白砂岩为研究对象,利用三维霍普金森杆装置开展动态力学试验并采用HJC本构模型的白砂岩进行三维霍普金森杆有限元仿真,研究静水压对白砂岩动态力学性能、能量吸收和损伤的影响。结果表明：白砂岩的峰值应力随着静水压的增加而增加,峰值应变随着静水压的增加而降低;静水压可抑制裂纹的扩展,增强白砂岩的强度;HJC本构模型可以较好地模拟白砂岩的损伤失效。预期结果可为深部岩石动态力学性能的研究提供参考,并为深部岩石工程的实施提供理论基础。     

水泥乳化沥青砂浆峰值应变的试验研究

采用万能材料试验机对不同配合比的水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)进行了单轴压缩试验,研究了结构组成对CA砂浆峰值应变的影响,并进一步建立了峰值应变与抗压强度的定量关系.结果表明,峰值应变随A/C、W/C的减小而减小,A/C的变化改变了CA砂浆的结构特性,W/C的不同则影响了内部能量的释放过程.CA砂浆的峰值应变与抗压强度的平方根成正比,且符合林大炎方程,结合峰值应变的理论计算及CA砂浆充填层的实际受力状态,估算了充填层发生伤损破坏时的几何尺寸变化.     

一种新形式非线性钢纤维混凝土本构关系

通过对钢纤维体积率分别为0%、0.75%、1.5%、3%、4.5%、6%的钢纤维混凝土材料准静态力学性能试验,得到同一应变率下,不同钢纤维含量钢纤维混凝土的应力-应变关系曲线。基于唯象学理论并由试验结果可知:随着纤维含量的增加,钢纤维混凝土材料的峰值应变、峰值应力都随之提高,达到峰值应力后出现应力的应变软化现象。以此试验结果为基础,提出了一种依赖于应变和钢纤维相关函数的新形式非线性本构关系,并通过对试验曲线的三步逐次最小二乘优选模拟,得到了相应的材料参数。结果表明,该本构关系对试验数据的模拟效果较好。