基于动态蠕变试验的沥青混合料黏弹性分析

基于沥青混合料Burgers模型的黏弹性理论,通过动态蠕变试验进行AC-20黏弹性分析,得到不同温度及应力下的混合料变形特征曲线及Burgers模型4个参数的变化规律．结果表明：在同一温度下,随应力水平增加,永久变形随之增大,稳定期永久应变发展速率增大且破坏期提前到来,Burgers模型参数中E1、E2增大,η1、η2减小;在同一应力水平下,永久变形会随温度升高而增大,同时E1、E2减小,η1,η2增大．因此应力及温度对沥青混合料黏性及弹性影响程度不同,随着应力增加,弹性增强而黏性降低;随温度升高,则弹性降低而黏性增加,该结论与路面实际使用状况一致．     

GAP-ETPE基高能固体推进剂的蠕变性能

为研究GAP-ETPE基固体推进剂的蠕变性能,通过压延工艺制备了GAP-ETPE/Al/RDX/AP/GAPA高能固体推进剂,分析了加载应力、环境温度对推进剂蠕变性质的影响;使用Matlab软件对GAP-ETPE基推进剂在不同加载应力、不同环境温度下的数据进行拟合,对其长期蠕变行为进行预测。结果表明,推进剂的蠕变应变、残余应变随加载应力和温度的增加而增大,室温及1.4MPa加载应力下蠕变应变为4.9%;56℃及0.5MPa加载应力下蠕变应变为4.0%;恒定蠕变速率随加载应力增加显著增大,但是在加工温度附近出现了极值点;对比发现GAP-ETPE基推进剂的抗蠕变性能优于常见的热固性推进剂;广义的Kelvin模型对各组蠕变数据的拟合程度达到0.995以上,能够很好地描述GAP-ETPE基推进剂的蠕变行为;建立的蠕变柔量主曲线将考察时间扩展到10^8.1s,可用于GAP-ETPE基推进剂蠕变性能的长期预测及实际应用。     

热力耦合作用下浇注式沥青混凝土三轴蠕变特性研究

为了深入研究浇注式沥青混凝土沥青混合料在温度、应力耦合作用下的三轴蠕变特性,采用MTS815试验机开展了不同温度、不同应力水平和不同围压条件下的三轴蠕变试验,获取了相应的蠕变曲线,并将改进的Burgers模型推广到三维形式,用来描述浇注式沥青混凝土的蠕变本构关系。研究结果表明：浇注式沥青混凝土蠕变曲线的第一阶段不明显,这反映出其内部空隙率较低;蠕变变形值随温度升高和偏应力水平增大而明显增大,这反映出高温重载共同作用是浇注式沥青混凝土路面出现车辙的决定性因素;蠕变变形随围压增大略有减小,围压对蠕变变形有抑制作用,三轴蠕变试验获得的蠕变规律较之单轴蠕变试验更能反映实际受力过程中的变形规律,三维的改进Burgers模型能够准确反映热力耦合作用下浇注式沥青混凝土的蠕变特性。     

PE100燃气管材的非线性蠕变行为及其本构模型研究

对PE100燃气管材开展不同应力水平（2.4~9.6 MPa）下的常温蠕变测试,结果显示应力不超过5.4 MPa时,材料的蠕变柔量与应力水平无关,呈现出线性黏弹性行为,当应力高于5.4 MPa时,材料发生非线性黏弹性蠕变。基于单积分型非线性黏弹性本构理论,采用Findley模型对蠕变行为进行分析,并与Struik经验模型进行比较。结果表明,Findley模型和Struik模型均能较好地描述PE100管材的蠕变行为,但对高应力下的非线性蠕变行为,Findley模型比Struik模型描述得更准确。     

聚合物基复合材料变参蠕变模型

将标准三元件黏弹模型中的黏壶扩展为广义黏壶,认为黏滞系数是时间的函数,构造出一种变参三元件模型,求解了其本构方程及蠕变应变。运用最小二乘原理,建立了该模型参数的确定方法。理论分析了该模型适合描述聚合物基复合材料前两个阶段的蠕变行为。开展了连续纤维增强FRP单向板在应力水平为30%恒定荷载下的蠕变实验,并通过实验数据的分析,验证了该模型的正确性。     

固体推进剂药柱立式贮存的蠕变效应

为研究立式贮存固体推进剂药柱经长期自重载荷的蠕变效应,开展了推进剂在不同应力水平下的蠕变试验,根据试验结果拟合了推进剂恒温定应力蠕变本构方程,并与哑铃型试件ABAQUS模拟计算结果进行了相互验证;开展了发动机固化降温和重力联合载荷下的模拟计算分析,并对发动机立式贮存损伤其关键点及关键路径损伤进行了计算。结果表明,试验结果验证了Norton本构方程用于发动机蠕变分析的可行性;模拟计算分析表明发动机药柱整体有下沉的趋势,前后人工脱粘层均有不同程度的缝隙张开,前人工脱粘层附近张开最大,后人工脱粘层附近张开最小,轴向位移方向指向头部,药柱最大径向位移发生在中孔处;药柱中孔处应力要高于其他部位,药柱前翼锥段处应力最大,其蠕变损伤为0.49%;模拟计算结果与实际存储环境下拆卸发动机的结果相一致。     

含卸压孔煤岩蠕变特性数值模拟研究

随着煤炭开采深度的增加，煤岩体赋存条件变得更加复杂，冲击地压事故频发，严重影响了煤炭的安全高效开采。大直径钻孔卸压是治理冲击地压的有效方法之一，为了研究含卸压孔煤岩的蠕变特性，基于FLAC^3D数值模拟软件，采用Burgers蠕变本构模型开展了煤岩蠕变数值模拟研究，对比分析了单轴压缩条件下完整试样与含卸压孔试样在不同应力水平下的蠕变特性，结果表明：蠕变曲线全面反映了数值模型的瞬时弹性变形、减速蠕变和等速蠕变的演化阶段；卸压孔为煤岩体提供了变形补偿空间，减少了巷道的变形量；在合理的卸压孔尺寸范围内，卸压孔直径越大，其可为煤岩提供的变形空间越大，越有利于减小冲击地压。工程应用结果显示，卸压后的巷道变形量为同时期未卸压巷道变形量的70%左右。研究成果可为煤矿巷道的长期稳定和冲击地压解危提供参考。     

一个胶凝原油的蠕变模型

为了研究胶凝原油的启动屈服过程,确定胶凝原油的蠕变模型至关重要。基于不同剪应力下胶凝原油的蠕变特性,建立了具有黏性流的黏弹性固体流变模型来描述胶凝原油的黏弹流变特性,通过试验验证该模型能精确描述胶凝原油的黏弹性蠕变过程;若施加的剪应力高于胶凝原油的塑性屈服应力,胶凝原油的蠕变将从稳定流变阶段很快达到加速流变阶段,表现为典型的黏弹塑性特征,将非线性黏塑性体和具有黏性流的黏弹性固体流变模型串联起来得到一个非线性黏弹塑性剪切流变模型,该模型能充分反映胶凝原油的加速剪切蠕变过程,并与试验结果吻合的较好。     

玻纤增强阻燃PBT长期弯曲蠕变行为预测

采用万能电子拉力机测试了不同应力下玻纤增强阻燃PBT(PBT-RG301)的短期蠕变数据,并采用时间应力等效原理、Burgers模型以及Findley指数定律预测了长期蠕变行为.结果发现:依据时间应力等效原理可预测10000h后体系的蠕变数值,在4000s实验时间内Burgers模型和Findley指数定律均可很好的拟合实验结果,但Burgers模型预测的长期蠕变数据高于Findley指数定律和时间应力等效原理预测数值,实验时间14h的跟踪数据也证实了该结果.     

用于胶凝原油蠕变描述的一种垂直移位因子

描述胶凝原油的屈服破坏过程中的非线性黏弹性蠕变行为,必须同时考虑应力、时间和温度等参数。引入时间-温度-应力等效原理描述胶凝原油蠕变特性,在进行移位叠合的过程中,除考虑水平移位外,同时引入一种胶凝原油垂直移位因子,并给出其表达式。对不同温度下形成结构的胶凝原油进行剪切蠕变实验,并用黏弹性损伤模型对蠕变柔量主曲线进行描述。结果表明:等应力移位过程中的垂直移位可忽略,而等温移位过程中的垂直修正不可忽略,且对蠕变柔量主曲线的获得有很大影响;拟合曲线与实验数据吻合很好。     

水射流出口压力对HTPB推进剂冲击安全性的影响

基于临界起爆判据Pnτ=K,通过对高压水射流出口压力的合理选择,研究HTPB推进剂发生冲蚀破碎过程中的安全性。依据水射流的冲击理论和推进剂的力学特性,得出最低出口压力,并讨论其对推进剂冲击安全性的影响。建立以水锤压力为危险源的飞片冲击模型,以临界起爆压力衡量水锤压力在SDT过程中的安全性。结果表明,在任何出口压力下,水锤压力对于SDT过程中的安全性无影响;而当出口压力达到100MPa时,在滞止压力作用下的温升变化异常,推进剂内部温度已接近临界温度,具有较大的危险性。通过评判两个阶段对HTPB推进剂的冲击安全性,确定出口压力的安全区间为60～100MPa。     

不同开挖方法下的膨胀围岩隧道蠕变数值分析

以广西宜河高速公路隧道工程为研究背景，利用Matlab数值分析软件对蠕变数据进行拟合，得出合适的蠕变模型为广义开尔文模型；并通过广义开尔文模型的蠕变公式与ANSYS有限元软件隐式蠕变的第三蠕变公式换算，确定蠕变模型参数。在此基础上，对膨胀围岩隧道进行全断面开挖法、CD法、台阶法和双侧壁导坑法数值模拟，研究其开挖过程的时变力学特性。结果表明：膨胀围岩隧道施工力学性态具有时变效应，围岩的变形随时间增加，但在第4天基本趋于稳定；开挖方式对膨胀围岩的时效力学性态有较大影响，一次性开挖岩壁面积越大，膨胀围岩的应力、应变及蠕变变化越大；四种开挖方式中，双侧壁导坑法受力形式最佳、蠕变量最小，为最优开挖方法。     

不同含水率黔东南板岩蠕变试验及本构模型研究

为了解板岩的长期力学特性,对取自黔东南地区的板岩进行了不同含水率下的分级加卸载蠕变试验.结果表明:浸泡时间越长,含水率越高,板岩的软化损伤越严重,强度和弹性模量下降幅度越大;含水率越高,稳态蠕变率越大,且随应力增大呈幂函数增大特征;瞬时变形模量随应力增大呈先增大后减小变化特征,随含水率增大呈线性降低的变化特征,黏弹性应...     

高频空化冲击作用下HTPB固体推进剂的细观损伤机制

为研究高频空化冲击作用下的HTPB复合固体推进剂热力耦合行为及细观损伤机制,提出一种考虑颗粒/基体间实际界面相的三维全级配HTPB固体推进剂细观模型构筑方法,区别于在颗粒/基体界面间嵌入虚拟内聚力界面单元的传统细观模型,进一步建立起空化微射流冲击作用下的固体推进剂热力耦合细观力学模型,分析了细观尺度上的固体推进剂破碎规律、损伤行为、局部应力应变和温度分布情况。结果表明,空化微射流作用在AP颗粒上后,导致AP颗粒直接破裂,随着冲击程度的增加,AP颗粒与HTPB基体间界面层受到冲击作用而破裂;固体推进剂在空化微射流冲击后的最大应力值为34.27MPa、应变值为1.314;应力波传递过程由于受到AP颗粒、Al颗粒和界面相的阻碍作用而发生传递路径的改变;空化冲击固体推进剂过程的最大温度值由于断裂能、内能和摩擦能的逐渐累积而呈现出逐步增长的变化特征,且最大温度值为24.59℃,在距离空化微射流较远位置的固体推进剂由于传热系数较低而无明显温升。     

全尾砂充填体蠕变性能试验及数值模拟研究

通过室内充填体试件单轴蠕变试验研究了充填体蠕变特性,采用Burgers模型对单轴蠕变试验结果进行了拟合。基于拟合结果利用FLAC~(3D)软件中的Burgers模型模拟研究了充填体三轴蠕变特性。结果表明:在单轴应力作用下,充填体表现出显著的蠕变特性,轴向应变随轴压的增加而增加。Burgers可以较好地描述不同加载应力时的充填体蠕变特性,拟合精度较高。单轴蠕变模拟结果与试验曲线吻合较好,三轴蠕变模拟结果表明围压对充填体蠕变特性影响显著,蠕变变形和应变速率随围压的增加而减小。     

胶凝原油的黏弹性流变模型

流变模型是工程计算的基础。为了研究胶凝原油的启动屈服过程,确定胶凝原油的黏弹性流变模型至关重要。经典的黏弹性固体模型（如标准线性体）和黏弹性流体模型（Burgers模型）,在蠕变初期不能精确拟合胶凝原油的蠕变实验曲线,分数指数模型在蠕变的后半段存在偏差。根据胶凝原油的蠕变和松弛特性,由Maxwell体和具有分数阶导数的类Kelvin体组合建立了具有黏性流的黏弹性固体模型,利用Laplace变换和反演推导得到了该模型的蠕变柔量表达式。实验结果显示,该模型能精确描述胶凝原油的蠕变过程,而且直观易懂、应用方便、物理概念清晰。     

基于材料基因工程的AP/Al/HTPB推进剂单轴拉伸性能及脱湿过程计算

为克服传统"经验型"材料研发模式和"唯象法"构建材料计算模型的不足,构建了一种基于材料基因工程的复合固体推进剂单轴拉伸性能预估方法;以高氯酸铵/铝/端羟基聚丁二烯(AP/Al/HTPB)推进剂为例,将填料堆积微结构定义为材料基因之一,建立了可反映推进剂配方的填料微结构最小代表性单元,分别确定了决定填料、基体、填料-基体界面力学性能的材料基因,并建立了材料基因与推进剂单轴拉伸性能之间的构效关系,获得了单轴拉伸条件下推进剂内部的损伤演变规律及应力—应变响应。结果表明,AP/Al/HTPB推进剂的应力—应变曲线可分为弹性段、黏弹性段和损伤段3个阶段;基体的黏弹性形变和填料脱湿会导致推进剂黏弹性模量下降;应变大于15.37%时,脱湿首先发生在粗粒径颗粒上方,随后以先快速、后平稳的趋势沿粗颗粒周向扩展;应变大于21.19%时,中等粒径颗粒开始脱湿;在0～25%的应变范围内细颗粒与基体始终黏接完好。     

聚碳酸酯的应力松弛实验及数据处理分析

以黏弹性力学理论为基础,选用广义Maxwell模型作为聚碳酸酯(PC)黏弹性的力学模型。在120℃温度场下以不同的初始应变进行应力松弛试验,得到应力松弛过程中作用力与时间的实验数据。利用ABAQUS软件拟合得出不同初始应变下的黏弹性模型的prony参数,再结合Origin软件优化得出广义Maxwell黏弹性模型在参考温度为120℃时的普适prony级数参数,来供ABAQUS调用分析,为有限元仿真分析奠定理论基础。     

HTPB推进剂疲劳特性试验研究

针对HTPB推进剂开展了不同加载应力和加载频率下的疲劳试验,并结合红外热成像系统实时监测疲劳试验中材料的表面温升,分析疲劳损伤对HTPB推进剂力学性能的影响。结果表明,随着循环次数的增加,HTPB推进剂应力—应变曲线滞回圈逐渐右移,表明峰值点和谷点的应变都在不断增加,疲劳峰值应变呈现三阶段的发展规律:初始变形阶段、稳定发展阶段和加速阶段;非弹性效应会造成不可逆的热力学现象,产生的能量绝大部分以黏性耗散的形式释放,是造成推进剂温度变化的主要原因;HTPB推进剂的初始弹性模量、屈服应力和最大抗拉强度随循环加载次数越多衰减越大,微观层面上主要是由于疲劳过程中颗粒与基体粘结界面出现"脱湿"现象,逐渐形成微孔洞和微裂纹,最终发展汇聚成宏观裂纹而失效。     

一种压力容器常用钢疲劳及疲劳蠕变寿命预测方法

基于应变能密度理论,并以半寿命等效应变能密度作为控制参量,提出一种新的应力控制寿命预测方法。该方法不仅考虑了疲劳诱导的累积塑性损伤,同时考虑了循环蠕变和静蠕变诱导的延性耗竭损伤。通过三种低合金钢室温及高温、连续疲劳及带保载时间的疲劳蠕变试验验证,预测效果都较好,寿命预测精度基本在±2倍比例因子以内,且能定量反映疲劳、循环蠕变和静蠕变对材料损伤的贡献,此方法适用于应力控制模式不同条件下的疲劳及疲劳蠕变交互作用寿命预测。