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。     

10CrNiMo高强钢的低周疲劳特性

采用圆形横截面光滑试样,通过轴向不同应变幅控制的低周疲劳试验,研究了10CrNiMo高强钢的低周疲劳特性,包括循环应力-应变行为、应变-寿命特点、循环应力响应及其力学滞后现象,给出了相应的疲劳参数、循环软硬化特性及应变滞后规律.对裂纹扩展方向及试样疲劳断口的观察表明:裂纹扩展面与轴向力呈现多角度关系,裂纹萌生于试样表面,沿断口周边分布,且具有多源性;疲劳裂纹主要以锐化——钝化机制扩展.     

含碳量对Cr15—Ni25合金高温低周疲劳性能的影响

本文对含碳0.009、0.099、0.16Wt％的Cr15-Ni25合金高温低周疲劳性能进行了研究,疲劳波形为保持1min单向拉一拉疲劳。实验结果表明,材料的高温低周疲劳性能不仅与含碳量有关,而且同碳化物分布状态有关,材料的高温低周疲劳性能受晶界强度和晶内强度两部分控制,只有二者强度同时提高,才能提高材料的高温抗疲劳性能。     

球团矿抗压强度指标对含粉率及高炉生产的影响分析

通过对球团矿的含粉率、强度指标的统计发现,外购球团矿强度提高可以减少运输、倒运过程中的含粉率。此外,球团矿强度及强度均匀性提高有利于改善球团矿在高炉内的还原后强度。     

块石对充填体强度特性及损伤演化的影响

块石胶结充填体中块石含量是决定承载能力的关键因素,在RMT-150C材料试验机上进行不同块石含量的尾砂胶结充填体单轴压缩试验,研究块石对充填体不同承载阶段变化规律的影响。对比应力-应变关系曲线,发现块石的加入有利于提高充填体抗压强度,延迟应力峰值出现。利用试验测试结果得到损伤本构模型表达式和损伤演化方程表达式。分析损伤变量-应变关系曲线可知,块石的加入有利于减缓损伤变量的增长速率,并对提高残余承载能力具有显著效果。     

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。     

回火温度对高碳钢断裂韧性的影响

研究了回火温度对高碳钢断裂韧性及其他力学性能的影响。利用紧凑拉伸试样测量其平面应变断裂韧度,扫描电镜(SEM)观察回火后的组织演变规律及断裂韧度试样断口形貌。结果表明:随着回火温度的升高,马氏体逐渐分解消失,从过饱和α固溶体中析出的碳化物数量逐渐增多并发生聚集长大,强度和硬度下降,塑性、断裂韧性和冲击韧性上升。位错强化和固溶强化作用减弱是试验钢强度降低、韧性升高的主要原因。     

采空区煤矸石浆体充填技术研究进展与展望

通过开展不同循环次数的循环加卸载转单调加载试验,结合声发射和CT扫描技术,揭示了近疲劳强度循环荷载作用下泥质石英粉砂岩的细观破裂演化规律、裂隙扩展特征与强度变化机制. 结果表明：（1）泥质石英粉砂岩的损伤应力小于疲劳强度,可称损伤应力与疲劳强度之间的应力水平为近疲劳强度. （2）随着循环次数增加,粉砂岩峰值强度先小幅下降后持续增加最终趋于稳定,当一次循环后轴向（体积）变形从压缩（膨胀）转为几乎不变时,可认为粉砂岩的强度从劣化转为强化. （3）单调加载阶段应力接近峰值强度时,粉砂岩中、低频区的声发射信号大幅增加,可将其视为岩石受压破坏的先兆. （4）当循环次数较低时,循环过程中粉砂岩的弱胶结结构断裂,有效承载面积减小,转单调加载后岩石破裂尺度增大、内部裂纹局部集中,发生劣化,呈单斜面剪切破坏. （5）当循环次数较高时,循环过程中粉砂岩胶结强度增加、细观结构更为致密与均匀,有效承载面积增大,岩石内部在泊松效应的影响下持续产生横向拉应力,转单调加载后岩石裂隙尺寸、裂隙密度和破碎程度降低,发生强化,呈张拉–剪切的复合裂隙网络.

     

脱硫石膏含水量对微波加热升温特性的影响

采用微波加热技术,研究了脱硫石膏中含水量对其升温特性的影响。结果表明,在微波加热的条件下,含水量25%的脱硫石膏比含水量20%和0%的脱硫石膏最终加热温度更高,升温过程分为快速升温阶段和温度平衡阶段。在配加无烟煤和磁铁矿的脱硫石膏混合物料中,含水量过多或过少都会阻碍高温区内温度的继续升高。脱硫石膏中含水会影响混合料中无烟煤的微波选择性加热和热点的产生,脱硫石膏中的含水量越少,无烟煤越早燃烧。当脱硫石膏含水量为20%时,无烟煤和热点不同时的升温会降低升温速率突然变化的可能性,防止热失控的产生,产生更好的升温效果。     

帘线钢盘条生产中表面氧化铁皮的控制

通过加热实验、轧制实验、冷却实验及温度场模拟的研究,分析线材表面氧化铁皮与各影响因素间的对应关系,进而改进生产工艺,使帘线钢表面氧化层平均厚度减小52%左右,稳定在6.0μm左右,最大厚度≤10.0μm,取得良好的效果.