2D-SiC/SiC复合材料损伤耦合力学行为

基于轴向和45°偏轴加载实验,分别获得2D-SiC/SiC复合材料在单一轴向应力和复合应力状态下纤维束轴向方向上的拉伸、压缩和面内剪切应力-应变行为,计算分析材料在复合应力状态下的损伤耦合力学行为。结果表明,在45°偏轴拉伸和压缩复合应力状态下材料损伤耦合力学行为的起始应力分别约为40MPa和-100MPa。复合应力状态下材料纤维束轴向方向上的拉伸损伤和面内剪切损伤进程间具有相互促进作用,面内剪切损伤对压缩损伤进程具有促进作用,但是压缩应力分量对面内剪切损伤进程具有明显的抑制作用;上述损伤耦合作用随着应力水平的增加而越发显著。由试件断口电镜扫描结果可知,复合应力状态下材料纤维束轴向方向上3个应力分量对材料内部0°/90°和45°3种取向基体裂纹开裂损伤进程的影响作用,是2D-SiC/SiC复合材料产生损伤耦合力学行为的主要细观损伤机制。     

应力波载荷作用下X70管线钢的应力-应变行为

利用Hopkinson压杆加载装置对国产轧制态X70管线钢进行了冲击压缩实验,研究了其在高速冲击过程中的组织演变和动态应力-应变行为.结果表明:轧制态X70管线钢是以针状铁素体为主的混合组织;在ε≤2.5×103s-1条件下,铁素体板条内形成了大量的位错胞亚晶结构,随着应变率增加,针状铁素体组织显著细化,致使X70管线钢产生了明显的增强增塑现象.     

1.25Cr0.5Mo钢的高温疲劳-蠕变交互作用行为

通过1.25Cr0.5Mo钢高温环境应力控制的疲劳-蠕变交互作用试验,揭示和分析了1.25Cr0.5Mo钢高温疲劳-蠕变交互作用下应力循环特性以及平均应变、非弹性应变范围等参数随温度、加载历史、加载水平的变化规律,在此基础上,利用扫描电镜对试样断口进行了分析。研究表明:高温环境下,材料的应力循环特性依赖于加载水平和加载历史,平均应变、非弹性应变范围等参数依赖于温度、加载水平和加载历史,材料的断裂从以解理断裂为代表的脆性断裂过渡到以韧窝型剪切断裂为代表的延性断裂,为混合型断裂。     

拉压加载下纤维增强铝合金层板疲劳裂纹扩展的压载荷效应与预测模型

基于增量塑性损伤理论与纤维增强金属层板疲劳裂纹扩展唯象方法, 推导出在拉-压循环加载下, 纤维增强金属层板疲劳裂纹扩展速率预测模型。并通过玻璃纤维增强铝合金层板在应力比R=-1,-2的疲劳裂纹扩展实验对预测模型进行验证。结果表明, 纤维增强铝合金层板疲劳裂纹扩展的压载荷效应分为两种情况: 在有效循环应力比R_C>0时, 表现为压载荷对铝合金层所承受残余拉应力的抵消作用; 当R_C<0时, 表现为压载荷抵消残余拉应力后, 对纤维增强铝合金层板金属层的塑性损伤, 对疲劳裂纹扩展存在促进作用。纤维铝合金层板疲劳裂纹扩展的压载荷效应不可忽略, 本文中得出的在拉-压循环加载下疲劳裂纹扩展速率预测模型与实验结果符合较好。     

压缩载荷下碳/环氧复合材料的动力学响应行为

以铺层顺序为[45/0/-45/00-45/90/0]s的新型碳纤维增强改性环氧树脂复合材料为研究对象,采用分离式Hopkinson(SHPB)压杆装置为加载手段,在高速冲击载荷条件下,对复合材料层合板在厚度方向和平面内纵向的动态压缩性能进行实验研究,分别得到在四种不同应变率下的应力一应变关系;并借助SEM对复合材料断口损伤形貌进行表征.结果表明:在高应变率条件下,层合板厚度方向的动态压缩强度及失效应变明显大于平面内加载方向;基体开裂、分层及剪切断裂是复合材料在动态压缩条件下的主要损伤及断裂模式.     

损伤状态下预应力混凝土简支梁的模态挠度和模态刚度试验研究

为快速检测评估不同损伤状态现役混凝土桥梁的承载能力,以某实际高速公路改扩建工程中拆除的16 m跨径预应力混凝土单片简支空心板梁为研究对象,将模态测试技术和静力加卸载试验相结合,探讨实测模态挠度和模态刚度在实际工程中评估现役桥梁承载力的适用性和准确性。设计简支试验梁14个不同损伤程度的静载试验加卸载工况和环境激励模态测试工况,实测简支试验梁的静载挠度和各损伤程度梁体的试验模态参数,预测简支梁在逐级静力荷载下的模态挠度,对比分析不同损伤工况试验梁的荷载-位移曲线切线刚度和模态刚度。结果表明,开裂前试验梁的实测加卸载静挠度与荷载大致成线性关系,开裂后随着梁体损伤程度加重,荷载-位移曲线的线弹性阶段逐渐缩小,非线性阶段逐渐增大,表现出明显的刚度退化趋势。当试验梁处于开裂前较轻损伤状态和开裂后初始加载阶段的较大损伤状态时,实测前两阶振型预测的模态挠度与静载挠度的相对误差基本上不超过10%,模态刚度与静载试验荷载-位移曲线初始刚度的相对误差基本在10%以内,损伤程度低于较大损伤的试验梁模态刚度近似等于梁体的初始切线刚度。开裂前较轻损伤简支梁的模态刚度与设计弯矩切线刚度的相对误差均在10%以内,说明...     

压电层合纤维在动载荷作用下的应力和电势的瞬态响应

利用压电层合纤维层间的连续性条件和外表面的应力边界条件,通过有限Hankel积分变换和Laplace变换求解压电层合纤维的力电耦合的动力学方程,给出了压电层合纤维在动载荷作用下的应力和电势瞬态响应的解析解。从解析表达式和算例,可以得到在径向动载荷下层合压电纤维的应力和电势的瞬态响应历程和实心处动态集中效应的规律。     

循环压缩和冲击下聚氨酯发泡塑料的能量吸收

基于聚氨酯发泡塑料的准静态压缩和落锤冲击试验,分析其在中低应变率下的力学性能和能量吸收性能,得到了该材料的应力-应变曲线和能量吸收图,研究了不同应变率和循环静动态试验对该材料缓冲性能的影响。随着初始应变率由2.56×10-3s-1(准静态)增加至4.01×101s-1、5.08×101s-1和5.68×101s-1,材料的应力和能量吸收明显增大,应变为0.4时动态应力分别比静态应力增加了54.34%、79.35%和114.49%,所吸收的能量分别比静态增加了18.98%、30.09%和65.74%。对同一试样先后进行五次循环准静态压缩或落锤冲击试验,与首次试验相比第二、三、四、五次试验应力和能量吸收明显下降,应变为0.4时静态应力分别下降了18.48%、32.97%、36.59%和39.49%,动态应力分别下降了20.81%、28.48%、34.75%和34.75%,准静态压缩能量吸收分别下降了24.54%、37.50%、40.74%和43.52%,落锤冲击能量吸收分别下降了15.30%、24.20%、30.25%和30.96%。中低应变率下,聚氨酯发泡塑料的应变率效应十分明显,循环准静态压缩和落锤冲击效应同样十分明显。循环试验达到一定次数后,材料缓冲性能基本保持不变,可用此数据作为缓冲包装设计的依据。研究结果对于聚氨酯发泡塑料的合理缓冲包装设计有指导意义。     

ZK60和Al18B4O33w/ZK60高温压缩流变应力行为的研究

为了分析ZK60镁合金和Al18B4O33w/ZK60复合材料的高温热变形行为,研究其高温流变应力与应变速率、变形温度之间的关系和组织情况,确定其应变速率敏感指数m和表观激活能Q.利用Gleeble-1500D热模拟试验机,在变形量为60%和不同温度、不同应变速率的条件下对其进行高温热压缩变形.研究表明:在温度为573～673 K和应变速率为0.001～0.1 s-1范围内,镁合金的应变速率敏感指数m值为0.14,复合材料的m值为0.12;合金的表观激活能Q值为226～254 kJ/mol;复合材料的Q值为254～283 kJ/mol.     

碳-铝正交层板疲劳行为研究

本研究用真空热压法制备了两种铺层的C/AI正交层板(0/90/0)_s及(90/0/90)_s.在MTS NEW810上进行了一系列疲劳损伤及破坏试验.疲劳损伤的行为研究工作包括:以刚度下降为损伤参数对C/AI正交层板进行了降级应力分析,并由此来预计在△S_h以下,正交层板不会发生疲劳损伤累积.研究了C/Al正交层板在同一应力水平而不同应力范围作用下的疲劳响应,发现试样在疲劳损伤时其刚度下降值相近似,即疲劳破坏的门槛值依赖于所施加的应力水平.依据MMC对各种循环载荷的不同响应,基体的疲劳损伤状态在S-N平面上可分为三种不同的区域:无损伤区,损伤累积区和断裂区.利用扫描电镜及金相显微镜分别对其疲劳断口形貌、基体裂纹进行观察,对该正交层板的疲劳破坏行为进行分析及讨论.结果表明:C/Al正交层板的疲劳断口呈脆断型,其中主承力层(0°铺层)断口平齐,偏轴层(90°铺层)断口平齐最差,层间损伤形式有局部分层、界面连续开裂及复合丝之间基体开裂等三种形式;其疲劳破坏主导因素是层间局部严重损伤及主承力层中复合丝大量断裂由于其疲劳裂纹沿垂直于载荷方向迅速扩展,寻找适中的界面结合强度对改善C/Al层板的疲劳性能有很大影响.     

全程径向引伸仪及材料力学性能研究

推荐一种新型的全程径向引伸仪，它能够自动记录全程Ｐ－Δｄ曲线。还介绍了根据全程Ｐ－Δｄ曲线绘制全程真应力－真应变曲线和全程真应力－均匀应应曲线的新方法。同时建立把断裂比能作为拉伸韧性指标，把塑性率作为塑性指标。     

双侧压下混凝土静态受拉与受拉疲劳性能研究

进行了双向侧压作用下混凝土静态受拉与受拉疲劳试验.对静态受拉试验的极限抗拉强度、轴向拉伸应变和侧向压缩应变进行了比较分析,轴向拉伸应变因侧压的存在而快速增长,侧向压缩应变也因轴拉作用而增大,而极限抗拉强度则因侧压影响而降低;对受拉疲劳试验,则得到了S-N方程,应力应变曲线,应变、疲劳变形模量比与疲劳次数关系曲线,其特征表现为三阶段规律;并通过定义的对数线性变换把上述三阶段曲线转换为直线;反之,利用这种线性关系可以求得三阶段曲线关系.同时对静态受拉与受拉疲劳试验的相关物理量进行了比较分析,疲劳寿命和疲劳变形模量也因侧压的影响而有较大幅度的降低.     

纯弯曲梁的应力损伤失效分析和预测

本文提出了梁的弯曲应力损伤失效分析方法,推导了梁弯曲应力损伤基本方程,与Ｋａｃｈａｎｏｖ的材料受载横截面减少定义拉伸损伤变量类似,以梁的弯曲惯性矩减少定义弯曲损伤变量。并且弯曲损伤模型的材料常数可由Ｋａｃｈａｎｏｖ拉伸损伤模型的材料常数确定。并且对应力损伤材料提出了便于工程应用的失效预测方程。     

循环载荷作用下钢纤维混凝土的损伤及演化行为的定量描述

基于对轴向循环压缩载荷作用下钢纤维混凝土损伤行为的试验研究，给出了一种适宜工程应用的钢纤维混凝土损伤程度的定量计算方法，并导出了描述其损伤演化的力学模型。与实验结果的对比表明，理论损伤演化模型较好地反映了实测钢纤维混凝土的损伤演化行为。     

钢纤维混凝土等幅弯曲疲劳加载下的疲劳应变和疲劳模量以及损伤研究

利用已有试验数据,对最大疲劳应变和疲劳残余应变进行拟合,得到疲劳应变演化方程,其相关系数均在0.97以上。考虑到等幅弯曲疲劳加载条件下,疲劳模量与疲劳应变成反比关系,利用对称性,由疲劳应变演化方程得到疲劳模量演化方程,通过拟合试验结果,发现由疲劳模量演化方程表达的拟合曲线与试验曲线吻合很好,其相关系数均在0.99以上。最后,利用疲劳应变与疲劳模量定义损伤变量,得到损伤变量演化曲线,经对比发现,由最大疲劳应变和疲劳残余应变定义的损伤变量演化曲线基本一致,且相差很小;而由疲劳模量定义的损伤变量演化曲线明显大于由疲劳应变定义的损伤变量演化曲线。     

静载和动载下不同龄期混凝土力学特性的试验研究

利用杆径为75mm的SHPB试验装置对5种不同龄期下的混凝土分别进行了冲击压缩试验,系统了解了冲击载荷对不同龄期支护混凝土力学特性的影响。为了进行对比,利用INSTRON系统也进行了相应龄期下的静载压缩试验。试验研究表明：静载下混凝土强度、割线弹性模量随龄期增长而增长,其中强度增长主要集中在龄期7d以前,割线弹性模量增长则集中在龄期14d以后,而峰值应变随龄期增长整体上呈减小的趋势;动载下混凝土强度、峰值应变以及单位体积吸收能随着龄期增长而增长,在各个龄期都表现出对应变率具有一定的敏感性,其中不同龄期混凝土的动态强度随应变率增加呈现指数函数增长趋势。不同龄期的混凝土在动载下以拉伸破坏为主,静载下基本呈现剪切破坏形式。     

混凝土双轴拉压、三轴拉压压变幅疲劳性能研究

利用大型多轴疲劳试验机,进行了拉压双轴和拉压压三轴荷载作用下混凝土两级、三级变幅疲劳试验研究,重点分析了残余应变的变化规律。试验结果表明：混凝土在拉压和拉压压加载工况下的残余应变主要与相对疲劳次数和侧压应力比有关,基本不受加载历程因素的影响。定义相对残余应变为损伤变量,建立了损伤演变方程,并进行了疲劳损伤分析和剩余疲劳寿命预测,为混凝土在多轴变幅疲劳试验研究及疲劳损伤评价提供参考。     

团块缺陷结构对岩石静动力学特性影响的数值模拟分析

基于颗粒流离散元法和PFC^2D程序构建含团块缺陷结构的岩石数值模型试样,指定试样中部1 cm半径范围为团块缺陷,通过0.1倍、1倍和10倍关系改变团块细观力学参数,构建A、B和C三种数值试样类别,分别进行三轴压缩和三轴疲劳试验。通过试样破坏特征、强度特征、团块及周边应力、应变率特征分析缺陷岩石静、动力学特性。试验结果表明,压缩和疲劳荷载下A类试样在团块左右方向应力集中,而上下方向（包括团块内部）为低应力区;C类试样与之相反,B类试样无明显应力集中现象。无论压缩或疲劳荷载,A类试样团块应变率高于四周,C类试样与之相反,B类试样无明显应变率差异化。研究成果揭示：1）岩石内部团块状缺陷结构无论其材料强度高低均劣化岩石抗压强度;2）静动荷载加载过程中含团块缺陷岩石内部表现出应力场不均匀性和应变差异性。     

C/Al复合材料热膨胀与内应力研究

测试了碳纤维正交对称排布(0/90)增强铝基复合材料(x—y)面内热膨胀曲线和热膨胀系数,发现热处理状态对复合材料(x—y)面内热膨胀有影响。本文通过碳纤维正交对称排布增强复合材料内应力的分析,证实了导致热膨胀差异的主要原因是复合材料内部存在残余应力。