流变力学理论在铁路轨道结构力学研究中的应用

本文主要针对轨排-道床结构中存在的流变力学现象,应用流变力学的基本理论与研究方法,探讨轨道结构的力学问题。通过实验研究和系统理论分析,揭示轨排-道床结构的弹性、塑性和粘性等流变力学特性,建立了轨排-道床结构本构关系模型。并与原苏联所建立的轨排-道床结构流变模型进行了对比,说明了所建模型的合理性、正确性。通过此项研究,为进一步探讨铁路轨道结构的力学问题、完善高速铁路轨道结构的设计及养护维修工作打下良好的基础。     

岩体流变特性研究现状及几种较新的力学模型

在综述国内外关于岩体流变特性研究现状的基础上,着重探讨了有关岩体流变试验及流变理论中的若干问题,以及岩体结构面的蠕变特性研究对解决岩石力学实际问题具有很重要的意义,最后提出了岩体流变的传统力学模型以及较新的力学模型。     

铁路道床振动的理论模拟与试验研究

铁路道床的振动是引起轨道几何变形和养护维修费用增长的关键因素．国内外有关连续散粒体道床的振动分析方法与测量方法至今未得到很好解决。作者在前人研究基础上．基于道床锥体受荷假设，并引人道床剪切刚度和剪切阻尼的概念，建立了分析道床振动的五参数模型；在铁路线路上对道床振动进行了现场实测，试验结果与理论分析结果相吻合，从而验证了道床振动分析模型的正确有效性。     

大块非晶合金过冷液相区的超塑性流变行为

大块非晶合金在过冷液相区内较低应变速率变形条件下呈现出牛顿型流变状态,并获得最佳塑性.其流变机制为一种与聚合物体系及无机玻璃相似的动力学行为.由于在超塑性流变过程中非晶相伴随有晶化现象的发生,因此,大块非晶合金的粘滞流变是一种非晶相-晶化相复相结构的变形行为.     

Super304H钢拉伸流变特性的研究

采用电液式万能试验机测试了奥氏体不锈钢Super304H在20～600℃、不同应变率下的流变应力和应变的关系。实验结果表明,应变速率和变形温度的变化强烈地影响Super304H钢的流变应力,在高温下出现明显的动态软化。根据得到的流变应力曲线,拟合出了JC模型和其修正的JC模型中的相关参数。经与实验对比验证,修正的JC本构模型能够很好地描述Super304H钢的动态力学性能,为生产工艺的制定和钢管质量的控制提供了重要的材料参数。     

微合金中碳钢的热压缩变形流变行为研究

为了对冷镦钢的生产过程进行数值模拟分析,优化其生产工艺,在MMT-200热模拟机上进行热压缩变形实验,研究了微合金中碳钢热变形流变应力行为,试验温度为800～950℃,应变速率为0.01～20 s-1.结果表明:真应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大,表现出正的应变速率敏感性;材料热变形过程中伴随着铁素体...     

粘弹性复合材料力学性能的细观研究

利用细观力学的Eshelby等效夹杂方法研究了复合材料的粘弹性问题。通过时间域内的Laplace变换及对应性原理,将问题线性化,预报了颗粒增强复合材料的蠕变本构关系,给出了材料模量随时间、夹杂体积分数的变化规律,并与实验结果对照,吻合较好。      

考虑初始孔隙性的含瓦斯煤岩力学本构关系与损伤演化研究

冲击地压及瓦斯次生灾害更易在深部复杂的地质构造区域发生,其实质是煤岩介质在变化多样的地应力、采动应力与瓦斯共同作用下的力学平衡系统失稳过程,准确描述含瓦斯煤岩受载过程的力学关系是明确煤岩动力灾害孕育与发生机制的根本.考虑原生裂隙对煤岩力学性质的劣化特性,将其定义为初始损伤,理论推导了以孔隙率表征的初始损伤公式,综合考虑初始孔隙率、吸附瓦斯煤岩基质膨胀、瓦斯运移的软化特性及真三向应力状态,构建了基于非均匀性统计理论的含瓦斯煤岩损伤演化方程及力学本构模型,并定性分析了各参量对煤岩力学性质的影响规律.结果表明:当煤岩初始孔隙率越高时,任意截面的裂纹长度、宽度和条数均增加,有效面积减小,局部更易产生应力集中,损伤曲线在峰值损伤量更高及峰后段增长率略降低,反之,当均质度越高时,其峰值点处的损伤值越低,损伤演化越滞后并集中于峰后阶段发展,相应的损伤演化曲线斜率越大;随瓦斯压力升高,煤岩吸附产生的膨胀应力明显增加,吸附参量a、b值同样对膨胀应力具有促进作用;弹性模量和均质度对煤岩强度及峰后应力降模量均呈现为正相关影响,使煤岩冲击危险性增强;初始损伤和较高的瓦斯压力均促进了煤岩中裂隙的发育,降低了煤岩性质的均一性,使强度和峰后应力降模量减小而塑性特征越发显著并促进煤岩软化,这也是高瓦斯煤层冲击地压低于常规指标发生的原因.     

高分子熔体和浓溶液流变性能的研究Ⅰ．具有高斯链限制作用的非线性粘弹性分子理论

根据多重缠结模型和多重蠕动机理，用统计力学和动力学相结合的方法，建立了具有缠结限制作用的非线性粘弹性分子理论，计算了处于多重缠结态高分子链的构象统计，得到了高聚物熔体的粘弹性形变自由能，推导出了４种简单形变方式的应力－应变关系。从理论和实验上证实了非线性粘弹理论的时间效应和形变影响是非相关地相互独立的，得到了高聚物熔体和非线性粘弹性模量和柔量的表达式，当其松弛模量和推迟模量中ｎ＇＝１时，相应模量和柔量表达式分别还原为线性粘弹性的表达式。该理论能较好地预测高聚物熔体的非线性和线性粘弹性力学行为，并成功地预测到η０∝Ｍ￣（３．３～３．７）的经验关系式。     

基于GA优化的7055铝合金Johnson–Cook流变本构建模及其FEA应用

目的 研究7055铝合金高温流变行为,建立高精度流变本构模型和有限元分析（Finite Element Analysis,FEA）仿真模型。方法 基于Gholamzadeh温度修正模型和Evans摩擦修正模型,计算修正7055铝合金热压缩流动应力,以排除试验过程中变形温升和摩擦对流动应力的影响;针对修正后的流动应力构建Johnson–Cook本构模型,依托MATLAB编程采用遍历法优化模型参考条件,并引入遗传算法（Genetic Algorithm,GA）对模型参数进行优化,通过流动应力子程序二次开发实现优化后的模型在商用软件DEFORM中的应用,以预测变形工件的应力应变分布与成形载荷。结果 经温度和摩擦修正的流动应力与试验值相近;采用遍历法优选参考条件后的Johnson–Cook本构模型流动应力预测值与试验值之间的平均相对误差绝对值（Average Absolute Relative Error,AARE）为4.57%,经GA优化后降至3.50%,实现了精度的提升。基于该模型二次开发的DEFORM模拟平台能准确预测成形载荷,预测值与试验值之间的AARE为2.42%。结论构建了具有较高...     

A100超高强度钢的流变应力曲线修正与唯象本构关系

在Gleeble-3500型热模拟试验机上对A100超高强度钢进行热压缩实验,获得了在变形温度为850~1200℃,应变速率为0.001~10s -1 以及变形程度为60%条件下的流变应力曲线,分析热压缩过程中摩擦和温升效应对流变应力的影响,修正了流变应力曲线;并在Arrhenius双曲正弦函数方程的基础上引入应变量参数构建了基于应变量耦合的唯象本构模型。结果表明:随着变形温度的降低或应变速率的增加,摩擦和温升效应对流变应力的影响逐渐显著;所建立的本构模型预测值与实验值的绝对平均相对误差为4.902%,相关系数为0.99,能够用于准确预测不同应变下的流变应力。     

高分子熔体和浓溶液的流变性能研究Ⅱ．具有高斯链缠结限制作用的物料函数及其粘弹性参数确定的新法

从前一报所提出的具有多重缠结限制作用的高分子非线性粘弹性理论出发，推导出了高分子流体的回忆函数、一般化本构方程和多种流场下多种物料函数：①稳态简单剪切流；②稳态单轴拉伸流；③小振幅的振动剪切流。建议了一种从流动曲线来测定物料函数中的粘弹性参数η０、ｎ＇和α的新方法，用该法测定了多种聚合物熔体的粘弹性参数。最后以大量高分子熔体的流变性能实验数据，对所得到的动、静态剪切物料函数进行了验证，证实了我们所提出高分子熔体的非线性粘弹性分子理论同实验能很好的符合。     

HDPE/LDPE/SBS高耐应力开裂复合材料亚微相态-力学性能-流变性能的研究(Ⅱ)

通过HDPE/LDPE/SBS三元复合,可制得高耐开裂聚烯烃高分子合金复合材料.至目前,对本课题所涉及的上述复合材料的加工流变性能的研究尚未见报导.通常研究这一类复合材料时,多半应用幂律型非牛顿指数方程,但是所得到的流变参数很难反映这种复材料流变过程的内在机理,因此本文着重使用JRG流变本构方程来研究HDPE/LDPE/SBS三元复合体系的流变机制,并与幂律方程的结果作了系统的对比,其结果表明,由JRG方程得到3个流变参数ΔE~0、α、β更好地反映了这种复合材料的流变性能,为加工应用这种材料提供了理论依据.其中2~#、10~#样品流变性能最好,4~#、6~#样品同时具有较好的流变加工性和耐环境应力开裂性.     

B92SiQL钢的高温流变行为及变形机制研究

B92SiQL钢因高强度及抗扭转能力在预应力镀锌钢丝领域备受青睐,但热加工参数对其变形行为及性能产生重要影响。本研究对B92SiQL钢进行了变形温度为1 173～1 373 K、应变速率为0.1～20 s^-1的热压缩实验,并基于Zener-Hollomon参数和线性拟合,建立了应变补偿型Arrhenius本构模型。结果表明,流变应力随变形温度的升高或应变速率的降低呈减小趋势,B92SiQL钢的热变形激活能(Q)约为305.865 kJ/mol。该模型得到流变应力预测值与实验值的线性相关系数(R)约为0.994,平均绝对相对误差(AARE)约为2.800%。在较低变形温度下,微观组织中依然存在被拉长的原始晶粒;在1 373 K-0.1 s^-1热变形条件下,B92SiQL钢几乎发生了完全的动态再结晶(DRX),晶粒产生明显粗化;应变速率增大至10 s^-1时,晶粒尺寸明显减小。根据加工硬化率与流变应力曲线确定了B92SiQL钢发生DRX的临界应力和应变,得到临界条件与Z参数呈指数关系。根据传统的Avrami方程建立了B92Si...     

基于人工神经网络的Mg-Zn-Zr-Ce合金热压缩变形研究

为研究含稀土元素铈的镁合金中高温流变行为,利用热模拟试验机对Mg-6Zn-0.5Zr-1.5Ce合金在变形温度523～673 K、应变速率0.001～1 s-1范围内进行热压缩实验.基于真应力真应变实验数据构建了单隐层前馈误差反向传播人工神经网络模型,利用该模型对ZK60-1.5Ce合金的流变应力行为进行预测,并分析了变形温度、应变速率与真应变对流变应力的影响.研究表明:Ce添加可显著细化晶粒;该镁合金的流变应力随变形温度降低和应变速率升高而增加;其流变应力行为可用双曲正弦函数进行描述,依据峰值应力拟合求得该合金的表观激活能为161.13 kJ/mol;变形温度和应变速率对流变应力的影响高于真应变.所建立的人工神经网络模型可以很好地描述该镁合金的流变应力,其预测值与实验数值吻合良好.     

槽形梁上不同轨道结构的降噪效果研究

城市轨道交通桥梁结构噪声问题已受到高度关注.在桥梁减振降噪方面,目前主要采用减振轨道来控制振动能量的传递,以降低桥梁的结构噪声实现降噪的目的.减振措施的设计可针对扣件、轨枕和道床部位,均能实现减振的目的,但目前并没有关于在不同部位采用减振措施时对桥梁结构噪声的影响研究.采用列车-轨道-桥梁相互作用理论和有限元-边界元方...     

岩石流变力学及其工程应用研究的若干进展

喷射混凝土作为初期支护重要组成部分广泛应用于隧道工程。深埋软岩隧道开挖时,喷射混凝土硬化特性及围岩流变效应均于时间有关,使得围岩变形及结构受力错综复杂。基于此,该文建立了考虑喷射混凝土硬化特性与围岩流变效应的耦合解析模型,阐明了流变岩体隧道“支护-围岩”动态演化机制,分析了喷射混凝土设计参数、隧道工程参数及围岩流变特性等对“支护-围岩”动态作用的影响机制,并通过具体实例探讨了不同支护类型的时效支护特性。分析表明：喷射混凝土施作初期刚度较低,在围岩流变特性及开挖空间效应下围岩变形速率大,而喷射混凝土承担荷载较不考虑其硬化特性时要小,对于流变岩体隧道宜采用早强混凝土限制围岩早期变形;围岩流变荷载与喷射混凝土刚度均随时间逐渐增大,不考虑围岩流变效应会低估喷射混凝土对围岩变形控制效果及所承担荷载水平;型钢钢架+喷混支护体系刚度较大有利于限制围岩变形,格栅钢架+喷混支护刚度较小更利于围岩应力释放;隧道支护时机的选择应综合考虑围岩流变效应、支护类型、喷混硬化特性、隧道掘进速率的影响,进一步给出了不同支护类型的支护时机-掘进速度的极限关系曲线。研究成果可为类似隧道工程支护设计、施工提供理论依据。     

分形理论及其在材料非线性力学行为研究中的应用

分形是一门正处于迅速发展中的新学科 ,其影响范围和应用领域也在日益扩大。本文简要介绍了分形的基本概念 ,以及分形应用于材料力学行为研究中的进展情况。     

磁流变胶泥材料的磁控力学行为实验研究

采用主要成分为高粘度线性聚硅氧烷的弹性胶泥为基体,制备了羰基铁粉质量分数为20%,40%和60%的磁流变胶泥。对磁流变胶泥的流变学特性和动态力学特性进行测试,描述了磁流变胶泥的本构关系并识别其参数,分析了磁场、铁粉含量、剪切应变以及剪切频率对粘弹性能的影响。结果表明,磁流变胶泥的本构关系能用Herschel-Bulkley模型进行描述;剪切应力、刚度的磁场可控范围宽(铁粉质量分数为60%的磁流变胶泥剪切应力调节范围16~128kPa,储能模量可调范围0.52~3.28 MPa);随铁粉含量和磁场的增加,剪切应力增大、弹性增加而粘性减小;不同磁场下磁流变胶泥从线性粘弹性区向非线性粘弹性区转变的临界应变值不同,且磁场增大可拓宽线性粘弹性区的范围;在线性粘弹性区磁流变胶泥对0~80Hz频率无依赖性。     

基于Eshelby等效夹杂理论的沥青混合料有效粘弹性质分析

利用Eshelby 等效夹杂理论研究了沥青混合料的单轴压缩蠕变行为。通过时间域内的Laplace 变换将问题线性化, 得到了沥青混合料的蠕变本构关系。开展了不同温度、应力水平条件下沥青砂的单轴压缩蠕变实验, 根据数据拟合了沥青砂四参量流变模型的模型参数。在此基础上, 预测了沥青混合料在不同温度、应力水平下的蠕变曲线, 分析了温度、应力水平对沥青混合料蠕变行为的影响。结果表明:在相同的应力水平下, 沥青混合料的应变和应变率都随温度的升高而增大, 并且在沥青软化点附近发生明显突变;在相同的温度下, 沥青混合料的应变和应变率都随加载应力的增加而增大。