基于近场动力学方法的多孔材料单轴拉伸断裂韧性研究

基于近场动力学方法模拟了单刃缺口多孔材料的单轴拉伸试验,通过与文献数据对比验证了数值模拟方法的有效性,对孔隙率为3%～15%的多孔材料进行模拟,得到了其断裂韧性的变化规律,并分析了其增韧机理.结果表明：在单轴拉伸作用下,多孔材料的断裂韧性随着孔隙率的增加先增大后减小,在孔隙率为12%时达到峰值;在单轴拉伸过程中,局部孔隙吸引导致的主裂纹偏转和次裂纹萌生是多孔材料断裂韧性提升的主要原因.     

纤维水泥基复合材料轴向直接拉伸试验保证措施研究

直接拉伸试验是获得材料单轴拉伸应力-应变曲线的唯一可行方法,初始偏心是影响单轴拉伸试验结果的关键问题。结合外夹式和粘贴式单轴拉伸试验优点,设计上端球铰连接,下端球铰和销钉共同作用的试验装置,此装置能有效消除试件安装时的初始偏心,并具有轻微偏心的自调节功能,适用于具有应变硬化特征的高韧性、高延性、高能量吸收能力的纤维水泥基复合材料的轴向拉伸试验。对不同厚度UHTCC宽板进行轴向拉伸试验,研究其基本力学参数及应力应变特性。     

重庆红砂岩单轴直接拉伸蠕变特性试验研究

 以重庆市典型的红砂岩为研究对象,应用自行设计加工的岩石单轴直接拉伸装置进行该红砂岩的单轴直接拉伸蠕变试验。基于试验结果,研究红砂岩在单轴直接拉伸作用下的轴向蠕变、侧向蠕变以及卸荷蠕变规律,并探讨红砂岩蠕变断裂特征。最后,应用改进的非线性西原蠕变模型分别对该红砂岩的轴向、侧向蠕变试验曲线进行辨识,基于Levenberg-Marquardt(LM)优化算法的Matlab编程获得改进西原模型的材料参数。蠕变模型与试验结果比较,显示蠕变模型在该红砂岩直接拉伸蠕变中的适用性。研究成果丰富了重庆市红砂岩蠕变资料,对该地区进行大型岩土工程具有积极的指导意义。     

岩石直接拉伸试验装置及方法

岩石直接拉伸(单轴拉伸)试验是测试岩石抗拉强度、拉伸变形模量最准确的方法。为解决目前直接拉伸试验装置结构复杂、无法避免弯扭的问题,提出采用等边角铝作为对中粘接装置,芳纶纤维绳与两个吊环组合作为拉伸装置。针对岩样直径在不同高度处和不同方向上的差异,提出垫纸条的对中粘接方法。在铝棒的侧面粘贴6个应变片,多次拉伸试验测出铝棒偏心距e最大为0.24 mm,最小仅为0.04 mm,验证了该对中粘接装置及方法在开展直接拉伸试验方面有很好的效果。开展了2个岩样的拉伸试验,测试出岩石较准确的拉伸力学参数。该套装置具有结构简单、制作成本低的优点,适合于在岩石直接拉伸试验中推广应用。     

高密度聚乙烯力学性能试验研究

在两种低温条件下对高密度聚乙烯(PE100)进行了单轴拉伸试验,材料的拉伸屈服强度与最大拉伸强度相等,随着温度的降低,材料的拉伸屈服强度和弹性模量增大,拉伸屈服应变和拉伸断裂应变减小,温度的降低使得材料的延性变差.在动态(冲击)压缩试验中,材料随着应变率的增大,压缩名义屈服应力线性增大,压缩名义屈服应变总体上减小,弹性...     

碳纤维树脂复合材料拉应力作用下导电性研究

在考虑CF含量和基体材料类型因素的基础上,通过单轴拉伸实验对碳纤维树脂复合材料的拉伸力学性能,导电性能及材料单轴拉伸应力与体积电阻率之间的关系进行了研究,得到了一些有意义的结论。     

碳纤维增强树脂基复合材料拉应力作用下导电性研究

在考虑CF含量,基体材料类型因素的基础上,能过单轴拉伸实验对碳纤维树脂复合材料的拉伸力学性能,导电性能及材料单轴拉伸应力与体积电阻率之间关系进行了研究,得到了一些有意义的结论。     

Bi_2Te_3纳米薄膜单轴拉伸的分子动力学模拟

Bi2Te3及其合金是目前室温附近发展最为成熟、性能最好的一类热电材料,在热电制冷及温差发电方面具有广阔的应用前景。具有纳米结构的Bi2Te3纳米薄膜材料是当前研究的热点,其力学性能是热电材料研究者较为关心的问题。依据Bi2Te3多体势函数利用分子动力学方法对Bi2Te3单晶块体沿c轴方向进行单轴拉伸模拟。拉伸之前对系统进行弛豫,考察了弛豫过程中系统能量、温度和初始应力的变化。根据原子构型发现在此方向上拉伸过程中薄膜沿着晶体中结合力较弱的Te1-Te1层断开。分析了拉伸过程中的应力-应变和能量变化曲线。模拟不同温度下的拉伸,研究了温度效应对其力学性能的影响。     

三维内置裂隙倾角对类岩石材料拉伸力学 性能和断裂特征的影响

 采用试验手段研究单轴拉伸条件下内置三维裂隙倾角对类岩石砂浆材料力学特性及断裂特征的影响。试验中配制物理力学性能与砂岩接近的砂浆材料,研制三维裂隙空间定位装置,同时改进传统岩石材料直接拉伸试验方法,研制黏结轴拉试验装置。试验结果发现,含裂隙砂浆试件的单轴拉伸受力变形过程分为4个阶段：缺陷张开阶段、弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和破坏阶段,其中弹性阶段所占比例最高,突发性破坏阶段是拉伸破坏和压缩破坏最明显的区别。裂隙倾角a 的改变对砂浆材料力学性能影响很大,随着a 增大(0°＜a＜90° ,试件峰值强度sP逐渐降低,a = 45°左右时,sP变化幅度最大。在拉伸荷载作用下,内置裂隙长轴前缘附近先后产生包裹状翼裂纹和次生裂纹,在短轴附近产生扭结区,裂隙的张拉扩展导致试件最终断裂。裂隙倾角a 的改变影响裂隙扩展的轨迹和试件破坏后的形态。     

岩石单轴拉伸破坏过程的数值模拟

用三维梁–颗粒模型BPM3D(Beam-Particle Model in Three Dimensions)对岩石材料在单轴拉伸条件下的力学性质和破坏过程进行了数值模拟。梁–颗粒模型是在离散单元法基础上,结合有限单元法中的网格模型提出的用于模拟岩石类材料损伤破坏过程的数值模型。模型中材料在细观层次上被离散为颗粒单元集合体,相邻颗粒单元由有限单元法中的弹脆性梁单元联结。梁单元的力学性质按韦伯(Weibull)分布随机赋值,以模拟岩石材料力学参数的空间变异性。材料内部裂纹通过断开梁单元来模拟。通过自动生成的非均质材料模型对岩石材料的破坏机理进行研究。岩石在单轴拉伸状态下破坏过程细观数值模拟结果显示,岩石材料宏观破坏是由于其内部细观裂纹产生、扩展、连接的结果。数值模拟结果与实验结果的对比分析表明了模型的适用性。根据数值模拟结果对岩石材料的破坏机理进行了探讨。     

砂岩直接拉伸蠕变特性及 Burgers 模型的改进与应用

应用自行研制的岩石直接拉伸装置对红砂岩进行了单轴直接拉伸蠕变试验,试验结果表明,在低应力状态下砂岩的直接拉伸蠕变由衰减蠕变和稳态蠕变组成,高应力状态下砂岩直接拉伸出现历时较短的加速蠕变阶段。在对蠕变特性分析的基础上对 Burgers 蠕变模型进行了改进,引入了一个非线性黏塑性体,并基于 BFGS 算法对拉伸作用下蠕变试验结果进行直接拟合。结果表明,基于 BFGS 算法的改进 Burgers 蠕变模型理论曲线与试验曲线吻合效果较好,引入模型的非线性黏塑性体其黏性系数 η _N 的初始值较大（ 10¹⁹ 以上）,该非线性黏塑性体在砂岩的加速蠕变阶段起到主导作用;改进 Burgers 模型不仅可以描述砂岩直接拉伸状态下的衰减蠕变和稳态蠕变阶段,而且可很好地描述砂岩加速蠕变过程。     

岩石类材料动态强度准则

岩石类材料的强度具有明显的应变率效应。首先分析了材料的单轴动态强度特性,提出了一个简单的强度公式,可以统一描述准静态到动态的单轴强度特性。随后,基于统一强度准则开展多轴动态强度研究,在双对数坐标系下,不同应变率下的子午面强度包线近似平行,材料摩擦、静水压力、中主应力效应几乎不受应变率变化的影响。由此建立动态坐标系,将统一强度准则拓展至考虑应变率效应。基于所得的准则,将单轴压缩、拉伸应力状态代入,强度准则可以描述与单轴试验相似的强度规律。最后,采用混凝土试验对强度准则进行了验证。该强度准则基于动态强度特性建立,参数物理意义明确,可以为动态响应分析提供理论基础。     

2种岩石直接拉压作用下的力学性能试验研究

 利用Instron1342液压伺服机对2种典型硬岩和软岩试样进行单轴试验,包括单轴压缩试验和直接拉伸试验,研究这两种岩石在直接拉压作用下的力学性能,对比2种岩石的单轴抗压强度和单轴拉伸强度。试验过程中监测岩石试样的轴向应变和水平应变,并记录岩石试样的声发射特征,得到2种岩石在单轴拉压下的应力–应变曲线和声发射计数率曲线,对比2种岩石在单轴拉压下的声发射变化规律。试验发现,直接拉伸下2种岩石在加载初期较大范围内基本无声发射事件发生,直到破坏前声发射事件数才突然增大。讨论2种岩石在不同加载模式下的弹性模量和泊松比变化关系,发现单轴压缩下,硬岩的弹性模量随载荷变化先增大而后趋于稳定,当载荷超过单轴抗压强度的80%时又变小;而单轴拉伸下,硬岩的弹性模量初始较大,随后随着载荷增大而逐渐减小。单轴压缩下2种岩石的泊松比为0.2～0.3,而单轴拉伸下岩石的泊松比很小,几乎可以忽略。比较2种岩石的破坏角、内摩擦角以及黏聚力,讨论2种岩石在直接拉压作用下的不同破坏模式。利用三维表面形貌扫描仪对直接拉伸试样的破坏断面进行三维扫描,得到破坏面细观结构图和裂纹面表面粗糙度曲线。     

单轴拉伸荷载对混凝土渗透性的影响规律研究

研究了拉伸荷载下混凝土渗透性测试方法的可靠性。单轴拉伸荷载通过碟簧及应力传愂器迚行恒载控制，开发出了在荷载状态下测试混凝土中氯离子扩散系数的装置。将加载一定荷载的混凝土试件采用“NEL法”迚行在线渗透性测试，实现了持续荷载下混凝土渗透性的测试。     

绕丝加固预紧力控制装置研究

针对预应力钢丝绳加固技术中预应力的控制难度较大、控制装置复杂以及加固过程繁琐等问题。研发了一套预应力控制装置并详细介绍了该装置控制预应力的研究方法,研究过程中对多组直径为5 mm钢丝绳进行了拉伸试验。结果表明:在保证钢丝绳长度一定的条件下,该装置的预应力值控制较为准确,整体预应力值变化均匀。在此基础上,进行了基于实测弹性模量的钢丝绳理论预应力值计算,并对其进行了合理的系数修正。与试验结果对比表明,该套装置控制预应力较为准确。     

球墨铸铁管道橡胶密封圈材料常数的标定

T型橡胶密封圈是球墨铸铁管道T型接口的重要部件,对密封圈进行有限元分析时需要橡胶材料的穆尼材料常数。因此对组成T型橡胶密封圈的2种硬度橡胶材料进行单轴拉伸和平面拉伸试验,并用ABAQUS材料评估功能计算得出穆尼材料常数,为橡胶密封圈的有限元分析奠定了基础。     

高延性偏高岭土-粉煤灰基地聚合物的制备及拉伸性能

在水玻璃和氢氧化钠配制而成的碱激发剂作用下,以粉煤灰为主要原材料,偏高岭土为辅助材料,共同制备了高延性偏高岭土-粉煤灰基地聚合物(MFA-EGC),并研究了其单轴拉伸性能.结果表明:MFA-EGC试件经单轴拉伸后具有良好的多缝开裂特性,裂缝分布均匀,裂缝间距为2～5mm,残余裂缝平均宽度约为25μm;最优配比试件3,7,28d抗拉强度分别为3.2,3.7,3.8MPa,极限拉伸应变可高达6.8%,6.4%,5.2%,初裂强度分别为1.4,1.5,1.9MPa;3种因素对MFA-EGC试件抗拉性能的影响程度依次为养护温度偏高岭土掺量PVA纤维掺量.通过三点弯曲和单裂缝拉伸试验计算出的MFA-EGC应变硬化性能(PSH)指数与由单轴拉伸试验得到的极限拉伸应变变化趋势相吻合,由此很好地解释了这一材料的高延性机理.     

循环荷载下黏性土单轴拉伸特性试验研究

为研究循环荷载对黏性土单轴拉伸特性的影响规律,利用自主研发的新型土工单轴拉伸试验仪对3种不同循环荷载作用下黏性土的单轴拉伸特性进行了试验研究。研究结果表明:不同循环荷载作用下,黏性土单轴拉伸的应力-变形关系曲线均产生滞回圈;3种循环荷载作用产生滞回圈的形状、面积及位置不完全相同;3种循环荷载作用均对黏性土的单轴抗拉强度及峰值位移产生影响,但影响程度不同;3种循环荷载作用所产生滞回圈的卸载模量均大于再加载模量,且二者均大于同等应力下的初始加载模量。     

建筑织物膜材的单轴和双轴拉伸材性试验研究

以PVDF膜材为试验对象,进行了织物膜材的单轴和双轴拉伸的材性试验研究,测定和对比了试验模材在单向和双向应力状态下的弹性常数。试验发现,当荷载在15%极限强度范围内时,膜材应力-应变关系基本呈线性,建议膜材经向弹性模量约取950MPa,纬向约为700MPa。另外还进行了织物膜材在单轴拉伸状态下的焊缝强度试验,测定和对比了不同焊接方式和宽度的焊缝强度,建议单面对接焊缝宽度不应小于50mm,搭接不应小于30mm。     

拉伸条件下锚杆对含表面裂隙类岩石试样加固效应试验研究

选用改性橡胶粉–水泥砂浆来模拟真实岩石,用玻璃纤维增强塑料作为锚杆材料,研究锚杆对三维表面裂隙岩体的加固止裂效果。结果表明,锚杆提高了裂隙岩体的变形模量和单轴抗拉强度,变形模量随锚固角的增大而增大,而单轴拉伸随锚固角的增大先增大后减小,当锚固角β=45°时,锚杆对单轴抗拉强度的提高幅度最大;锚杆通过其抗滑移和抗剪切性能使裂隙岩体避免发生脆性破坏,并且在预置裂隙起裂之后存在不同程度的残余强度;单轴拉伸条件下加锚或无锚裂隙试件的破坏均以预置裂纹尖端为突破口产生翼裂纹,其扩展方向大致与轴向拉应力方向垂直。当锚固角小于某个临界值时,会有次生裂纹产生;拉伸条件下,含裂隙试件的破坏机制是张拉型裂纹的贯通作用。