高温花岗岩热冲击后力学特性及损伤演化规律研究

为研究高温造成的热损伤对花岗岩在不同应力阶段声发射特征及破裂机制的影响,本文对25、200、400和600 ℃热损伤花岗岩开展了单轴压缩试验并进行了实时声发射监测,分析了不同应力阶段热损伤花岗岩峰值频率、上升时间/振幅-平均频率（RA-AF）数据分布特征以及能量集中度相似文献   

充填体宏细观多尺度温度-强度耦合特性研究

尾砂胶结排放技术作为尾砂处置利用的一种新形式,主要应用在干旱少雨的地方,充填体长时间暴露于高温环境中,围绕这一特点,针对尾砂胶结充填体开展了多尺度温度-强度耦合特性研究。研究结果表明：水化反应早期,高温养护能够促进胶凝材料水化反应,从而提高充填体强度,但对充填体后期强度会造成负面影响;高温养护对充填体早期和后期的水化产物量呈现出不同的影响,但并不会影响水化产物的种类。水化产物的增加会使得充填体的结构更致密、颗粒之间的联结更为牢靠,细观上表现为SEM图像呈现出的结构更为紧凑,宏观上则表现为强度的提升和孔隙率的降低。     

高温花岗岩热冲击后力学特性及损伤演化规律研究

在干热型地热资源开发过程中,高温岩石面临遇水冷却引起的热冲击损伤问题。为了研究高温花岗岩在热冲击作用后的力学特性和损伤演化规律,开展了25～600 ℃范围内不同温度热冲击作用下花岗岩试件的单轴压缩试验,获得了热冲击花岗岩试件的应力?应变关系;提出了一种考虑初始热冲击损伤与加载期间试件微元破裂损伤相结合的热?力耦合损伤本构模型,并对统计损伤本构模型的相关参数进行了理论求解;考虑热冲击损伤引起的孔隙结构劣化效应,引入压密系数对热冲击花岗岩的本构关系进行了修正;通过试验应力?应变曲线对模型的有效性进行了对比和验证,讨论了温度水平对热冲击花岗岩单轴压缩损伤演化规律的影响。研究结果表明,随着热冲击温度的升高,花岗岩试件的初始热损伤不断增大,应力?应变曲线具有明显的非线性压密阶段;引入压密系数修正的统计损伤本构模型能够更加准确地表征热冲击花岗岩在初始加载阶段的非线性压密特征;在热冲击温度较低时,损伤变量演化曲线上升较为陡峭,随着热冲击温度的升高,曲线上升速率逐渐变缓并由非线性向线性转变。      

循环动力扰动下花岗岩细观损伤特性试验研究

为研究循环动力扰动下岩石细观损伤特性,本文选取花岗岩为研究对象,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)进行循环冲击试验,并结合核磁共振系统(NMR),得到了循环动力扰动后花岗岩孔隙度、横向弛豫时间T₂谱分布以及核磁共振图像(MRI).试验结果表明:在岩石弹性极限范围内,动力扰动结束后,岩石材料孔隙度降低;初始与最终横向弛豫时间T₂缩短,循环扰动过程促使了小孔隙生成,大孔隙尺寸与数量减小;孔隙度降低不意味着所有类型孔隙的数量均减少,相反小孔隙数量是增加的,大孔隙数量减少是动力扰动后花岗岩孔隙度降低的根本原因.     

循环荷载下花岗岩应力门槛值的细观能量演化及岩爆倾向性

为研究三轴循环加卸载条件下三山岛花岗岩细观能量演化规律,采用颗粒流理论确定了花岗岩的应力门槛值(起裂应力σci、损伤应力σcd和峰值强度σf),研究了应力门槛值对应的边界能、应变能(线性接触应变能和平行黏结应变能)、耗散能(摩擦能和阻尼能)、动能随围压变化的规律,并从能量角度建立了岩爆倾向性评价指标Wx.结果表明:三山岛花岗岩不同围压下相应的σci/σf位于37. 0%～44. 8%区间,σcd/σf位于81. 2%～89. 0%区间,随着围压的增大,起裂边界能、应变能和耗散能呈线性关系增加,损伤(峰值)边界能、应变能和耗散能呈指数关系增加;其中耗散能受围压影响最为敏感,增幅倍数最大,其次是边界能,最后为应变能.围压对起裂应变能比例影响不大,损伤和峰值应变能比例随围压增大缓慢减小,峰值应变能比例下降幅度最大.基于岩爆倾向性评价指标Wx可知,当围压在20 MPa内,三山岛花岗岩岩爆倾向性相对较小;当围压达到30 MPa时岩爆倾向性开始迅速增加.研究成果为岩爆倾向性的评价提供了新的参考指标,进一步为井下岩体工程的稳定性研究提供了新思路.     

循环荷载下花岗岩应力门槛值的细观能量演化及岩爆倾向性

为研究三轴循环加卸载条件下三山岛花岗岩细观能量演化规律, 采用颗粒流理论确定了花岗岩的应力门槛值(起裂应力σ_ci、损伤应力σ_cd和峰值强度σ_f), 研究了应力门槛值对应的边界能、应变能(线性接触应变能和平行黏结应变能)、耗散能(摩擦能和阻尼能)、动能随围压变化的规律, 并从能量角度建立了岩爆倾向性评价指标W_x. 结果表明: 三山岛花岗岩不同围压下相应的σ_ci/σ_f位于37.0%~44.8%区间, σ_cd/σ_f位于81.2%~89.0%区间, 随着围压的增大, 起裂边界能、应变能和耗散能呈线性关系增加, 损伤(峰值)边界能、应变能和耗散能呈指数关系增加; 其中耗散能受围压影响最为敏感, 增幅倍数最大, 其次是边界能, 最后为应变能. 围压对起裂应变能比例影响不大, 损伤和峰值应变能比例随围压增大缓慢减小, 峰值应变能比例下降幅度最大. 基于岩爆倾向性评价指标W_x可知, 当围压在20 MPa内, 三山岛花岗岩岩爆倾向性相对较小; 当围压达到30 MPa时岩爆倾向性开始迅速增加. 研究成果为岩爆倾向性的评价提供了新的参考指标, 进一步为井下岩体工程的稳定性研究提供了新思路.      

温度冲击对花岗岩动态拉伸力学性能的影响

在特定情况下,岩体工程中的岩石会经历温度快速变化（温度冲击）,因此研究温度冲击对岩石的影响对实际工程中岩体的稳定性分析有重要意义。通过将花岗岩试件加热至3种高温（200,400,600 ℃）,并采用3种方法冷却,研究了温度冲击对花岗岩物理性质的影响;使用分离式霍普金森压杆研究了温度冲击对花岗岩动态拉伸特性的影响,发现其动态拉伸强度随加热温度和冷却速率的增大而减小;使用高速摄影仪记录试件拉伸破坏时的裂纹形态,结合碎块形态,分析温度冲击对花岗岩的损伤程度,得出200 ℃加热条件下花岗岩不产生温度冲击,而在400 ℃和600 ℃加热条件下,花岗岩损伤程度随加热温度和冷却速率的增大而增大。     

铸造温度对铝中含氢量影响规律的研究

通过测试溜槽中不同温度下铝熔体中氢含量,发现铝中氢含量随着铸造温度升高而升高,每升高1℃,铝中氢含量约升高0．013mL／100gAl;铸造开始时铝中氢含量高于铸造过程铝中氢含量。     

非均质岩石单轴压缩下损伤演化规律数值模拟研究

岩石在单轴压缩直至破坏的过程较快,无法通过肉眼观察裂纹扩展形态,为定量分析花岗岩在单轴压缩下损伤演化规律,利用数值模拟软件模拟非均质花岗岩单轴加载过程,通过模拟模型在不同时步下破坏单元数量,基于有效承载面积的损伤变量理论,计算岩石的损伤变量,进而对非均质花岗岩损伤规律研究。研究结果表明：（1）花岗岩在数值模拟单轴压缩下,会产生共轭破坏（“X”型破裂）,其裂纹最初产生的裂纹是由右上到左下的斜向裂纹,其次产生由左上到右下的斜向裂纹,最终形成“X”型共轭破裂;（2）在压缩与弹性阶段数值模拟损伤变量增加较少,在裂纹发展阶段数值模拟损伤变量开始以平均增幅为0.003 5缓慢增加,在峰后破坏阶段数值模拟损伤变量以平均增幅为0.035激增,与岩石时间与应力的曲线变化有很好的一致性。研究结果可对后续非均质岩石表面与内部裂纹发展相关性提供新的研究途径,进而为岩石破坏预警监测提供新的研究途径。     

回火温度对55SiMnVB钢循环应力-应变行为的影响

研究了55SiMnVB钢淬火回火状态的应力-应变行为。结果表明:在280～520℃回火温度范围内呈应变软化,软化程度随回火温度而异,高于400℃回火,动态屈服强度随回火上升呈线性地下降。     

冲击荷载作用下热处理花岗岩动态力学特性研究

为研究冲击速度和热处理温度对黑云母花岗岩动态力学特性的影响,利用改进的霍普金森压杆系统对25~800 ℃共9个温度等级的热处理试样分别进行3种弹速下的冲击压缩试验。试验结果表明：随着冲击速度的增加,25~700 ℃热处理试样的应力—应变曲线由“Ⅱ型”转变为“Ⅰ型”,而800 ℃热处理试样均表现出“Ⅰ型”应力—应变曲线特征。同一温度热处理下试块的峰值应力、应变和平均应变均随动荷载的升高而增大。相同的冲击速度下,300 ℃热处理试样的动力学性能有所改善,500 ℃后试样的动力学性能开始逐渐劣化。同一温度热处理试样的破碎程度随冲击速度的增加而增加;相同冲击速度下,热处理试样的破碎程度随温度的升高先减弱后增强。     

A1-Si-Cu合金低温力学性能的研究

主要以Al-Si-Cu合金为研究对象,研究了低温变化对锶变质后的Al-Si-Cu合金组织及性能的影响。变质处理后的Al-si-Cu合金的抗拉强度和屈服强度随温度的降低均升高,同时伸长率和断面收缩率随温度的降低也略有上升。通过对Al-si-Cu合金金相观察,加入Sr元素后,合金的组织得到显著细化。变质后的Al-si-Cu合金在低温下具有更好的力学性能。     

Mo-Nb合金单晶的高温力学性能

研究了晶向为111Mo-Nb合金单晶的高温力学性能。实验结果表明,随着少量溶质原子Nb的加入,Mo-Nb合金单晶的高温强度获得了明显的提高。在1873K和Nb含量在0～6%范围内时(文中合金元素Nb含量均为质量百分比,下同),Nb含量每增大1%,材料的高温屈服强度就增加约16～25MPa,当Nb含量在0～3%范围内时,随着Nb含量的增加,塑性急剧下降,而在3%～6%范围内时其下降幅度趋于平缓;同时,随着Nb浓度的增大,更多的Nb溶质原子增大了原子间扩散阻力,使材料高温稳态蠕变率减小,大大提高了材料的高温抗蠕变性能;在1773K/10MPa时Mo-Nb合金单晶的稳态蠕变率较纯Mo单晶的降低了3～4个数量级,分析认为其蠕变机制为扩散蠕变。     

细晶W-Cu合金的高温拉伸力学行为与组织演变

研究了平均晶粒度在0.5μm以下细晶W-40Cu和W-50Cu合金在200~800℃范围内的高温拉伸力学行为,并结合SEM断口形貌分析了材料在高温状态下的断裂形式及其组织变化规律。结果表明:W-Cu合金拉伸强度随温度升高而迅速降低,其延伸率在室温至400℃温度区间时变化不大;当温度大于400℃时,合金延伸率迅速上升。拉伸断口特征表明:在室温条件下,细晶W-Cu合金的断裂主要包括W晶粒的沿晶断裂与Cu相的延性撕裂;温度在400℃时,Cu相开始软化,但合金材料受铜的"中温脆性"影响而使得材料的断裂延伸率变化不大;当温度达到800℃时,材料的断裂方式主要受Cu相的影响而表现出很好的延性断裂。     

Co/Ni比对93W-Co-Ni钨合金烧结温度及力学性能的影响

以Co、Ni作黏结剂,选择不同Co/Ni比,用粉末冶金法制备出HRC硬度在30⁴3之间的93W-Co-Ni钨合金。采用光学金相、扫描电镜对合金组织形貌进行表征,采用准静态拉伸试验对合金的抗拉强度及延伸率进行测试,采用洛氏硬度计对合金硬度进行测定。结果表明:随着Co/Ni比增加,合金的烧结温度逐渐增加,其抗拉强度与延伸率急剧降低,而硬度先增加之后趋于稳定;当Co/Ni≥1.0时,合金抗拉强度很低,延伸率≤1%;当Co/Ni≥4时,其HRC硬度值稳定在4143之间的93W-Co-Ni钨合金。采用光学金相、扫描电镜对合金组织形貌进行表征,采用准静态拉伸试验对合金的抗拉强度及延伸率进行测试,采用洛氏硬度计对合金硬度进行测定。结果表明:随着Co/Ni比增加,合金的烧结温度逐渐增加,其抗拉强度与延伸率急剧降低,而硬度先增加之后趋于稳定;当Co/Ni≥1.0时,合金抗拉强度很低,延伸率≤1%;当Co/Ni≥4时,其HRC硬度值稳定在41⁴3之间,明显高于一般的W-Ni-Fe合金,这主要与Co对W基体的润湿性较差及两者之间易形成脆性化合物Co7W6有关。     

加温拉伸条件TiCp—AlNp／Al复合材料组织与力学性能

主要研究了加温拉伸下TiCp—AlNp/Al复合材料组织与力学性能,具体探讨了温度对此复合材料屈服强度的影响,并结合不同温度拉伸断口的形貌来讨论复合材料的断裂机制;基于实验数据和电镜观察,讨论了复合材料塑性与拉伸温度的关系,分析了自生相颗粒TiC和AIN在加温拉伸的过程中强化基体的微观机制。     

淬火温度对Q-P钢组织和性能的影响

 采用盐浴的方法模拟Q-P钢的热处理工艺,对钢的组织和性能进行分析和研究。其结果表明,淬火配分组织主要为板条马氏体和残留奥氏体,并随淬火温度升高马氏体含量降低,奥氏体含量升高,从而降低钢的强度,提高塑性,拉伸断口呈现典型的韧窝状形貌,当淬火温度为250℃时,得到最高的强塑积为26224MPa·%。     

中碳钢相变行为对高温力学特性影响的研究

 采用DT1000热膨胀仪和Gleeble1500热模拟试验机,对含钒和不含钒的两种中碳钢的相变行为以及在相变过程中屈服强度和弹性模量的变化规律进行了研究。结果表明：随温度降低及奥氏体向低温相转变百分数的增加,钢的屈服应力急剧提高。含钒钢因相变开始温度低,其屈服应力快速增加的温度较低。弹性模量在相变时产生剧烈变化,并在铁素体＋珠光体转变过程中出现波峰和波谷。     

双相区固溶温度对Ti-55531合金组织和力学性能的影响

通过对Ti-55531合金在双相区不同温度(730~830℃)固溶2 h空冷后,经相同的时效工艺(600℃/6 h/空冷(AC))处理;再结合扫描电子显微镜(SEM)和拉伸试验等分析方法,系统研究了双相区不同固溶温度对该合金组织和力学性能的影响规律。结果表明,随固溶温度的升高,等轴αp含量降低,尺寸减小;后续时效析出的αs含量增多,形态也有显著变化,由全短棒状向短棒状+针状、针状+长片状、全长片状的顺序转变。固溶温度从730℃升高到780℃,塑性较好的αp含量减少导致合金塑性降低,αs含量增加导致合金强度提高;固溶温度从780℃升高到800℃,αs含量继续增多导致合金强度上升,适量的长片状αs促进了合金塑性提高;固溶温度从800℃升高到相变点830℃,过多的长片状αs导致合金强度和塑性都显著下降。合金的强塑性匹配较好时对应的固溶温度为780~800℃。合金的断裂方式都是以微孔聚集型为主、含解理撕裂和沿晶开裂的混合断裂机制,且随固溶温度的增加,合金塑性断裂机制减小,脆性断裂机制增加。     

Influence of Mo Content on Microstructure and Mechanical Properties of Fire-Resistant Construction Steel

In order to ensure fire-resistant property of the steel under the condition of the least molybdenum content,effects of molybdenum on microstructure and properties of the fire-resistant construction steel,specially on high temperature strength were investigated.The results show that the room temperature and high temperature strength of the steel is enhanced due to increased Mo content but the impact toughness deteriorates at the same time.The fraction of bainite in the microstructure increases with increasing Mo content while the fractions of polygonal ferrite and pearlite decrease.Comparing with the steel of adding Nb alone,it was obvious that combined addition of Mo and Nb could provide better effect in high temperature strengthening.Addition of 0.25mass% Mo in the steel containing Nb could meet fire-resistant requirements of the construction steel and provide better economical effectiveness.