块石胶结充填体组成材料的力学特性

目前,国内外对于块石胶结充填体组成材料力学特性的研究较少,而材料的力学特性在一定程度上影响充填效果的好坏.基于目前的研究成果,借助室内单轴抗压、抗拉试验,得到块石胶结充填体各组成材料的应力-应变关系曲线、载荷-时间关系曲线.结果表明:3种组成材料强度差异性大;骨料试件的强度远远大于尾砂充填体试件与骨料-尾砂试件;骨料试件与骨料-尾砂试件峰后应力跌落较快,表现为脆性特征;尾砂充填体试件在到达峰值应力后下滑迟缓,说明其具有一定残余强度;尾砂充填体试件与骨料试件在单轴荷载的条件下具有初始压密、线弹性变形、塑性变形和失稳破坏4个阶段.     

散体介质下水平矿柱顶板失稳控制研究

松散介质下水平矿柱的进路充填回采,顶板厚度与接顶面积是影响进路顶板稳定的关键因素,为解决这些因素带来的安全隐患,实现最大矿量回收,以凤凰山铜矿-240 m水平矿柱为相似原型,利用相似材料模型试验方法,研究了水平矿柱在群桩梁、单纯梁和拱梁3种结构下回采时进路顶板的破坏方式和变形变化规律。试验结果显示3种结构顶板临界安全厚度为纯梁最厚、群桩梁次之、拱梁最薄,纯梁与群柱梁顶板失稳最终模式均为两侧剪断下沉,拱梁结构为中间对折破坏,表明采用有效的失稳控制技术可提高进路顶板稳定性,并得出加速蠕变变形阶段为顶板失稳破坏阶段,最终提出群桩-拱梁联合应用的顶板失稳控制技术。     

扩散蠕变理论的基础问题研究

Nabarro-Herring蠕变模型一直被认为是解释合金高温扩散蠕变的经典理论模型。然而,在20世纪末,Ruano等在分析当时几乎所有已知合金高温低应力条件下的蠕变试验数据后发现,按Nabarro-Herring扩散蠕变模型计算的蠕变速率数据与实验结果吻合度都很不理想,有的甚至相差1×103倍。研究认为,由于Nabarro-Herring扩散蠕变模型仅仅考虑了几乎不可能存在的空位扩散流,忽略了不均匀力化学势场导致的原子扩散流,因此在定量处理多晶材料的高温低应力蠕变数据时有很大偏差。在高温低应力条件下,由于位错、晶界等非平衡缺陷的存在,实际晶体材料中原子的力化学势并非处处相等,因此导致原子扩散流的产生,材料发生扩散蠕变。多晶材料高温低应力条件下的扩散蠕变可以认为是静水应力作用下的体积蠕变和非静水应力作用下的形状蠕变的叠加。本研究将重新审视Nabarro-Herring扩散蠕变模型的理论基础,初步建立能够合理解释多晶材料高温蠕变时晶界形成无沉淀区的定性模型,为有关问题的解决提供新的思路。     

纯镍的高温塑性变形行为及本构方程

利用Gleeble-3800热模拟试验机,采用正交实验的方法,进行了单道次压缩试验,研究了纯镍N6板材在不同变形温度和不同应变速率条件下的大变形量热变形行为。结果显示,纯镍N6板坯在大的应变量条件下,出现了稳态流变之后,流变应力再升高的现象;在应变速率一定的条件下,流变应力随变形温度的升高而降低;在相同的变形温度条件下,流变应力随应变速率的增大而增大。说明流变应力与变形温度和应变速率的关系敏感。在变形速率为40 s-1时,流变应力曲线失稳,呈波浪形,说明在较大的应变速率条件下,纯镍N6板材呈现明显的流变失稳特征。并对实验测得的数据进行线性回归,得出双曲正弦函数形式本构方程中的材料参数,将材料参数对应变进行二次拟合,建立了纯镍N6板坯热变形过程中流变应力与变形温度、应变速率及应变的本构关系。经验证,所建立的本构关系能够很好地反应纯镍N6板坯的实际热变形行为特征。     

单轴压缩下充填体损伤本构模型研究

为了揭示充填体材料在单轴荷载下的损伤机理,首先对充填体材料在单轴荷载下的应力—应变曲线进行分析,再以损伤变量作为影响充填体材料力学特性的内变量,基于统计损伤理论、最大拉应力准则和应变等效假说,推导了充填体材料在单轴荷载下的经典损伤本构模型.由于充填体试件在初始阶段存在压密过程,提出了压密系数并将其引入到经典损伤本构模型...     

40%SiCp/Al复合材料热变形行为及热加工图

采用Glebble-1500D热模拟试验机,在350～500℃变形温度、0.01～10.00 s^-1应变速率条件下进行等温压缩变形,研究40%Si Cp/Al复合材料(体积分数)的热加工性能。通过热变形真应力-真应变曲线分析复合材料的热变形规律,建立材料本构方程,利用动态材料模型计算出应变速率敏感指数和功率耗散效率系数,绘制出功率耗散图、失稳图及二维加工图。结果表明,应变速率和变形温度显著影响流变应力,应变速率一定时,变形温度升高,流变应力减小;在相同的变形温度下,随应变速率的增加,流变应力也随之升高。根据加工图可知,在高温高应变速率条件下,材料的功率耗散效率系数大,说明该变形区域发生了组织转变;应变对失稳区域和加工区域影响不大,功率耗散效率系数随应变的增加而增大。40%Si Cp/Al复合材料建议热加工条件为变形温度436～491℃,应变速率0.04～9.97 s^-1。     

0.07C-0.85Mn-0.16S-0.05Bi钢的热变形行为

采用MMS-200热力模拟试验机,在变形温度950 ～1200℃以及变形速率0.01～10 s-1条件下对0.07C-0.85Mn-0.16S-0.05Bi钢进行一系列热压缩实验.结果 表明,实验钢的流变应力曲线呈现明显的动态再结晶特征,并且流变应力随变形温度的提升或者应变速率的下降而降低.根据不同变形条件下的峰值应力,由Arrhenius模型构建了峰值应力下的本构方程,计算实验钢热变形激活能Q并基于动态材料模型绘制真应变为0.1、0.3、0.5、0.7的热加工图.研究分析了实验钢在不同应变下的失稳区域和合理热加工区域,随着应变的增大,失稳区均出现在高速率变形区,且由低温高速率区向高温高速率区转变.最佳热加工参数为变形温度1020～1200℃、变形速率0.01～0.3 s-1.     

0.07C-0.85Mn-0.16S-0.05Bi钢的热变形行为

采用MMS-200热力模拟试验机,在变形温度950 ～1200℃以及变形速率0.01～10 s-1条件下对0.07C-0.85Mn-0.16S-0.05Bi钢进行一系列热压缩实验.结果 表明,实验钢的流变应力曲线呈现明显的动态再结晶特征,并且流变应力随变形温度的提升或者应变速率的下降而降低.根据不同变形条件下的峰值应力,由Arrhenius模型构建了峰值应力下的本构方程,计算实验钢热变形激活能Q并基于动态材料模型绘制真应变为0.1、0.3、0.5、0.7的热加工图.研究分析了实验钢在不同应变下的失稳区域和合理热加工区域,随着应变的增大,失稳区均出现在高速率变形区,且由低温高速率区向高温高速率区转变.最佳热加工参数为变形温度1020～1200℃、变形速率0.01～0.3 s-1.     

0.07C-0.85Mn-0.16S-0.05Bi钢的热变形行为

采用MMS-200热力模拟试验机,在变形温度950 ～1200℃以及变形速率0.01～10 s-1条件下对0.07C-0.85Mn-0.16S-0.05Bi钢进行一系列热压缩实验.结果 表明,实验钢的流变应力曲线呈现明显的动态再结晶特征,并且流变应力随变形温度的提升或者应变速率的下降而降低.根据不同变形条件下的峰值应力,由Arrhenius模型构建了峰值应力下的本构方程,计算实验钢热变形激活能Q并基于动态材料模型绘制真应变为0.1、0.3、0.5、0.7的热加工图.研究分析了实验钢在不同应变下的失稳区域和合理热加工区域,随着应变的增大,失稳区均出现在高速率变形区,且由低温高速率区向高温高速率区转变.最佳热加工参数为变形温度1020～1200℃、变形速率0.01～0.3 s-1.     

430m~2带式烧结机台车塌腰分析与改进

针对带式烧结机台车的塌腰现象,以430 m~2带式烧结机为例,对烧结机台车塌腰的原因进行了研究。基于fluent软件对烧结矿烧结过程进行模拟,联合workbench中的热分析和结构分析模块进行流固热耦合,得到可靠的台车温度场分布及压力分布。分析台车在单纯的机械载荷和温度载荷作用下的变形及应力分布;针对台车所用材料QT500建立蠕变模型,对台车进行蠕变分析。结果表明,台车在单纯机械载荷和温度载荷作用下产生的变形在弹性变形范围内,是可逆的;台车塌腰现象主要与台车材料的蠕变相关,在蠕变分析中,台车产生了13mm左右的下挠变形。针对台车塌腰现象,设计了拱形台车,仿真结果表明,拱形台车可以降低55.6%的下挠变形,为延长台车寿命提供了理论基础。     

循环荷载下岩石材料力学特性研究进展

工程实际中的岩体常常受到地质构造运动、工程施工及次生应力场等循环荷载作用,表现出与单调荷载不同的力学特性.为了更好地研究循环荷载作用下岩石材料的力学特性,对强度特征、变形特征及破坏特征3个方面进行了总结分析,同时对现有研究的局限性提出了几点建议:在更宽频率范围内研究频率对循环力学特性的影响,从而得出更为准确的结论;将现...     

石膏种类对富水充填材料凝结硬化性能与机理的影响

针对富水充填材料的凝结性能受石膏种类影响的问题,采用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱等微观实验,分析富水充填材料硬化体的组成,探讨二水石膏和半水石膏对富水充填材料性能影响的机理.结果表明:以硫铝酸盐水泥-石膏-石灰为主的富水充填材料体系中,为保证正常的凝结硬化,石膏应为二水石膏;如以半水石膏为原材料,在7 d龄期时仍不具有强度;二水石膏充足时生成的钙矾石晶体呈细针状,二水石膏不足时生成的钙矾石晶体为六棱短柱状;富水充填材料的强度主要来源于硫铝酸盐水泥-石膏-石灰反应生成的钙矾石,而不是水泥自身水化的水化硫铝酸钙、铝胶和氢氧化钙.      

A model for the oxide growth stress and its effect on the creep of metals

A mathematical model is developed for the effect of the oxide growth stress upon the high temperature deformation of metal. The growth stress is modeled as a volumetric strain calculated from a modified Pilling-Bedworth ratio. The model is three-dimensional and allows the metal and the oxide scale to undergo both elastic and creep deformation during oxidation. The problems of oxidizing a flat plate, a solid rod, and a curved plate are formulated and solved. Experimental results for these geometries in the Ni-NiO system at 1000 °C are well predicted, both with and without an external load. The creep properties and the stress distribution in the NiO scale are calculated.     

Tensile instability in creep damaging solids

Tensile instability in creep damaging bars subject to geometrical and/or material non-uniformities is investigated for the constant load and constant stress tests provided the longwavelength approximation is maintained. The constitutive model employed in the study is valid for the moderate stress-elevated temperature regime which is dominated by completely creep constrained cavity growth. Two definitions of instability are used to study initial rates of imperfection growth and imperfection growth through failure. The first is concerned with the immediate response to a disturbance (stability in the small) while the second is related to a loss of correspondence between increments of perturbed and unperturbed field variables. A linearized stability analysis based on the first definition reveals that, like the pure viscous creep case, the deformation is unstable however, in contrast to viscous creep, the characteristic time for neck growth is much shorter. A nonlinear analysis based on the second definition associates the onset of instability with fracture occurring at a finite area but infinite local section strain. Histories of strain and area differences reveal the tendency for a highly localized neck to form, however this is countered by stability loss (fracture) at a finite area.     

碳酸盐溶液中富水充填材料的腐蚀及劣化机理

为了研究碳酸根离子对富水充填材料的影响,通过强度检测、扫描电镜观察、X射线衍射分析和红外光谱测试,分析富水充填材料在碳酸钠溶液中浸泡后的宏观及微观结构变化,并对其腐蚀及劣化机理进行探讨.富水充填材料在质量分数为10%的碳酸钠溶液中浸泡后,抗压强度随浸泡时间延长大幅度降低,浸泡90 d后抗压强度比标养28 d抗压强度降低72.5%,浸泡28 d后出现泥化现象.X射线衍射图谱显示,富水充填材料在质量分数为10%的碳酸钠溶液中浸泡后有碳硫硅钙石生成,且随浸泡时间延长碳硫硅钙石的生成量增大.红外光谱结果未发现[AlO₆]存在,证实在碳酸钠溶液中富水充填材料硬化体中钙矾石急剧减少,转变为烂泥状的碳硫硅钙石;碳硫硅钙石作为无胶结力物质,会对富水充填材料硬化体造成严重破坏,表明碳酸盐溶液对富水充填材料具有腐蚀作用.      

龙首矿充填体悬臂结构的稳定性分析与评价

安全是矿山生产中极其重要的一环,充填体悬臂结构是龙首矿进路回采中十分常见的安全隐患形式,由于自重和深部地应力的作用,容易发生崩塌破坏现象。根据龙首矿实际情况,其充填体悬臂结构失稳破坏主要有崩落式和拉裂—坠落式2种形式。基于悬臂梁理论,建立进路人工假顶悬臂和充填围岩悬臂力学计算模型,通过理论计算悬臂极限长度、数值模拟验证和稳定性系数K并进行综合评价,以保障矿山安全生产。结果表明：充填体悬臂的稳定性受顶部裂缝深度比和实际长度的影响,其极限长度与数值模拟结果基本一致。同时,稳定性系数Ｋ能够有效统计不同裂缝条件下充填体悬臂状态,判断充填体悬臂顶部裂缝深度比情况。因此,悬臂极限长度和稳定性系数Ｋ能够有效评价龙首矿充填体悬臂的稳定性,实际应用简单,计算结果与现场调查情况基本吻合,对于潜在的充填体悬臂结构安全隐患能起到及时预警的效果。     

A model for the oxide growth stress and its effect on the creep of metals

A mathematical model is developed for the effect of the oxide growth stress upon the high temperature deformation of metal. The growth stress is modeled as a volumetric strain calculated from a modified Pilling-Bedworth ratio. The model is three-dimensional and allows the metal and the oxide scale to undergo both elastic and creep deformation during oxidation. The problems of oxidizing a flat plate, a solid rod, and a curved plate are formulated and solved. Experimental results for these geometries in the Ni-NiO system at 1000 °C are well predicted, both with and without an external load. The creep properties and the stress distribution in the NiO scale are calculated.     

混合粗骨料配比对充填体强度及浆体流动性能的影响规律

为缓解金川龙首矿棒磨砂产量不足和充填成本上升带来的压力,提升充填体的稳定性,对金川龙首矿棒磨砂、废石混合粗骨料与固结粉的充填特性进行了研究。选择-5 mm棒磨砂和-12 mm废石混合新型固结粉作为充填材料,在灰砂比为1∶4的基础上,开展充填体强度测试和浆体流变性、流动性及泌水率试验,分析混合骨料配比对其充填综合性能的影响规律,从而提出最佳配比参数。结果表明：随着废石掺量的增加,充填体3 d强度出现略微下降,7 d和28 d强度呈现小幅增长的趋势;浆体屈服应力随废石掺量的增加而增大,黏度系数不断减小,当废石掺量小于35%时,浆体屈服应力均小于150 Pa;充填浆体塌落度和扩展度随废石掺量的增加而急剧减小,塌落度为27~29 cm,能够满足自流输送的要求;浆体泌水率为9%~12%,随着废石掺量的增加泌水率减少,有利于提升浆体的抗离析性;混合粗骨料中废石最佳掺量为30%,最佳质量浓度为82%~83%,在该参数条件下充填体各项指标均能满足金川龙首矿充填质量标准,对于提升矿区充填体稳定性和降低充填成本具有重要意义。     

高水速凝材料在宁东矿区充填开采中的应用

宁东矿区是国家规划的13个亿吨级大型煤炭基地之一,同时也是国内少有的百亿吨级整装煤田。煤炭是我国的主要能源之一,但是在资源开采中为了提高经济效益,易形成采空区,产生地表沉陷等问题。为了减少地表沉陷,会使用煤柱在采空区进行支撑,但会造成大量煤炭的损失,不符合国家的可持续发展战略。在考虑了相关地质条件后,为了避免地表沉陷和造成煤炭损失,采用充填开采的方式开采煤炭资源,并用高水材料来代替煤柱,提高充填堆积体的整体强度和空间刚度,增强充填体对巷道顶部的支撑能力,降低了煤矿在掘采过程中巷间煤柱失稳的概率;同时,采用高水材料代替煤柱进行填充,提高煤炭资源的利用效率。     

Cyclic creep and cyclic deformation of high-strength spring steels and the evaluation of the sag effect: Part I. Cyclic plastic deformation behavior

The cyclic creep and cyclic plastic deformation behavior of two commercial suspension spring steels of high hardness levels, namely, SAE 9259 and SAE 5160, were studied under different testing conditions of cyclic peak stress and cyclic stress ratio. The experimental results indicate that both the cyclic stress ratio and cyclic peak stress have strong, but complicated, effects on the cyclic creep and cyclic plastic deformation behavior of these materials. It has also been found that the addition of silicon can increase the resistance of these steels to cyclic creep and cyclic plastic deformation, although the extent of this increase is also related to other cyclic deformation conditions. A transition in the relationship between the total plastic strain range and the cyclic stress ratio (R) has been detected at approximately R=0.5. The mechanism of such a transition is explained by the operation of cross-slip during the unloading process of cycling. Moreover, a cyclic softening behavior of these spring steels in the quench-tempered condition was also detected and is attributed to the activation and reorganization of obstacle dislocations introduced into the steels during the process of martensitic transformation. More importantly, this study has indicated that parameters such as the cyclic creep strain, the cyclic creep rate in the secondary creep stage, and the total cyclic plastic strain range can better reflect, and should be used to depict and characterize, the sag behavior of spring steels as well as other materials. Finally, the effect of silicon on sag behavior, in comparison with the results from the Bauschinger-effect test, has also been discussed through the influence of Si on carbide formation and distribution.