废机油残留物再生剂对老化沥青动态力学性能和组分迁移的影响

目前,再生沥青的研究主要集中在老化沥青性能的恢复上,而对老化后再生沥青性能变化的研究较少。本研究以自制的两种废机油残留物再生剂(REOB1、REOB2)对老化基质沥青进行再生,并对再生沥青进行短期老化(TFOT)和长期老化(PAV)。采用动态剪切流变仪(DSR)和薄层棒状色谱仪(TLC-FID)分析再生沥青及其老化后的动态力学性能和化学组分变化情况。结果表明,两种REOB再生剂均能使老化基质沥青的性能恢复至原样沥青水平,并且REOB2再生剂与老化基质沥青的相容性优于REOB1再生剂;采用CAM模型对沥青复数模量、相位角主曲线进行拟合,并以原样沥青主曲线为参考,对老化与再生沥青拟合数据进行归一化处理,发现两种REOB再生剂均可以恢复老化基质沥青的复数模量和相位角。在二次老化过程中,RA+REOB再生沥青的归一化复模量指标(NCMI)在低频和中频范围内逐渐增大,即使经过长期老化,其复模量仍低于长期老化的基质沥青;而归一化相角指标(NPAI)在中频范围内的下降幅度明显大于低频范围和高频范围内的下降幅度,RA+REOB1再生沥青经过PAV老化后的NPAI低于长期老化后的基质沥青;随着老化程度的加深,RA+REOB再生沥青的化学组分从芳烃组分向胶质迁移,REOB1再生沥青经PAV老化后轻组分损失最大。

压力下软段含量对聚氨酯材料动态力学性能的影响

聚氨酯材料内部存在特有的微相分离结构,受到外力作用时其链段及分子之间会发生相对运动,产生内摩擦,消耗能量,为材料提供阻尼特性。而在水下环境中,静水压力会导致材料表现出与常压不同的动态力学特性,从而影响材料的阻尼性能。针对这一问题,通过两步法工艺合成不同软段含量的聚氨酯材料,对其进行了一系列的结构与热性能表征,同时,通过施加0.5 MPa的预应力进行了常规的压缩力学性能测试与压缩模式下的动态热机械分析,表征材料在压力环境下的静态与动态力学性能。结果表明,软段含量的增加会对聚氨酯的玻璃化转变温度和压缩强度产生规律性的下降影响,同时降低了聚氨酯材料在变温模式下的储能模量参数,而损耗因子的峰值呈现规律性增大,证明了软段含量的增加加强了压力下聚氨酯材料对温度的响应;变频模式下软段含量的增加与变温模式下的变化规律相吻合,即软段含量的增加同样加强了压力下聚氨酯材料对频率的响应,这些规律的揭示为探究压力下不同软段含量聚氨酯材料的温度和频率响应特性,以及为水压下高耗能聚氨酯材料设计提供了有效的理论依据。

季冻影响下路用CFB灰混凝土孔隙特征及动态力学性能研究

通过室内冻融循环试验和SHPB动力学试验,探究冻融循环对CFB灰混凝土孔隙率的影响特征,分析高应变率作用下冻融循环次数和CFB灰掺量对混凝土动态力学性能的影响。根据公路建设季冻灾害与动载扰动的影响规律,分析CFB灰混凝土的路用可行性。研究表明:在冻融循环作用下,CFB灰混凝土的孔隙率与混凝土可承受的冻融循环次数呈对数关系,CFB灰掺量的增加使混凝土密实度提高,孔隙率减小;随着冻融循环次数的增加,混凝土的动态弹性模量、动态抗压强度呈对数减小,动态峰值应变呈对数增加,掺量为20%的CFB灰混凝土具有较强的动态抗压性能;在公路建设中,掺量不大于20%的CFB灰能有效降低混凝土孔隙率、提高动荷载承载力、改善混凝土的抗冻性。研究成果对于探究CFB灰混凝土力学性能、促进CFB灰混凝土在公路建设中的应用具有重要意义。

预浸碳化再生骨料混凝土的动态力学性能研究

为研究再生骨料的预浸碳化处理方式及碳化循环次数对再生混凝土动态力学性能的影响,将强化后的再生骨料100%取代天然骨料制备再生混凝土试件,分别开展静、动态压缩试验。研究结果表明,静态加载时,预浸碳化组的抗压强度随碳化循环次数的增加而增大,而直接碳化组的抗压强度仅在第1次碳化循环后有所提升,继续进行碳化循环对再生混凝土强度的提升效果不明显。动态加载时,预浸碳化组再生混凝土呈现出明显的应变率强化效应,动态抗压强度与动态增加因子均随应变率的增大而提高,相较于普通再生混凝土,再生骨料预浸碳化循环3次后制备的再生混凝土试件动态抗压强度提升了23.8%,而直接碳化组仅提升了5.7%,且动态增加因子与应变率的对数存在良好的线性关系,随应变率的lg10线性增加;当应变率相同时,随着碳化循环次数的增加,动态抗压强度也增大。从能量的角度看,预浸碳化组在高应变率下的比能量吸收值大于低应变率下的比能量吸收值,再次说明了预浸碳化再生骨料混凝土仍具有应变率效应,相同应变率条件下,预浸碳化组的比能量吸收值大于直接碳化组,说明预浸碳化再生骨料提升了再生混凝土的抗冲击性能,且效果优于传统的直接碳化处理。上述研究也为预浸碳化强化再生骨料及再生混凝土在工程结构中的应用提供了可靠的试验结果和理论依据。

TA2/AZ31B/2024Al爆炸焊接复合板界面微观结构特征及其动态力学性能

运用平行法爆炸焊接工艺,开展了TA2/AZ31B/2024Al多层轻质金属板材爆炸焊接实验。通过扫描电镜、电子背散射衍射、分离式霍普金森压杆及三维轮廓扫描等测试技术,对多层爆炸焊接复合板界面微观结构特征、材料物相变化规律、复合板材动态力学性能及材料冲击断口特征开展了系统研究。研究结果表明:焊后多层轻质金属复合板的4个焊接界面均呈现出爆炸焊接特有的波形结构特征,结合界面处无明显缺陷,总体焊接质量良好。结合界面处晶粒发生细化并形成细晶区,1060Al过渡层内晶粒组织由于强塑性变形呈现典型的拉长层状晶粒特征,4个结合界面处均出现明显的变形织构与再结晶织构特征。沿X方向的试样最大动态抗压强度达605 MPa,分层断口界面三维形貌呈现近似水面波纹的独特结构特征。沿Z方向的试样最大动态抗压强度达390 MPa,断口界面三维形貌呈现明显的纤维状韧性断裂特征。

静水压下白砂岩的动态力学性能研究

深部岩石在地下高地应力环境的动态力学性能对深部矿山工程的开展有重要影响,因此,其动态力学性能研究具有重要意义。本文以平顶山某煤矿下白砂岩为研究对象,利用三维霍普金森杆装置开展动态力学试验并采用HJC本构模型的白砂岩进行三维霍普金森杆有限元仿真,研究静水压对白砂岩动态力学性能、能量吸收和损伤的影响。结果表明:白砂岩的峰值应力随着静水压的增加而增加,峰值应变随着静水压的增加而降低;静水压可抑制裂纹的扩展,增强白砂岩的强度;HJC本构模型可以较好地模拟白砂岩的损伤失效。预期结果可为深部岩石动态力学性能的研究提供参考,并为深部岩石工程的实施提供理论基础。

梯度多胞材料的动态力学性能分析与设计研究综述

多胞材料是一种内部含有大量空穴和胞元的结构,具有轻质、高比吸能等特性,广泛应用于航空航天、交通运输和人体防护等碰撞/爆炸防护领域。引入梯度设计可实现多胞材料的有序耗能和载荷调控,满足不同情形和工况下的防护需求。对梯度多胞材料动态力学行为和设计的研究进展进行了综述,着重介绍了梯度多胞材料/结构在抗冲击、抗爆炸和模拟爆炸载荷加载3个方面的应用案例。首先,介绍了梯度多胞材料的分类,较系统地总结了梯度多胞材料在动态加载下的变形特征、冲击波模型、防护性能等方面的研究,阐明了梯度多胞材料的密度/强度梯度与惯性效应存在的竞争机制。其次,以冲击波模型为力学原理指导梯度多胞材料/结构设计,介绍了梯度多胞材料耐撞性反向设计、多种抗爆炸夹芯结构设计、计及弹靶耦合效应的爆炸载荷模拟器设计等策略,实现了最佳防护效果或载荷精准控制,为抗冲击/抗爆炸防护设计和快速评估提供理论基础和技术支撑。最后,展望了梯度多胞材料在极端环境加载、大能量冲击和强非线性载荷调控等需求下冲击防护领域的应用前景。

落锤碰撞载荷下船体板架结构动态力学性能

为研究落锤碰撞冲击下船体板架的动态力学性能,针对2类桁材间距的板架结构设计开展不同撞击速度下碰撞冲击试验。与此同时,为准确开展碰撞问题的数值仿真,进行了不同应变率下的材料静、动态拉伸试验,拟合得到船用高强钢的Cowper-Symonds模型参数并作为仿真输入,得到的落锤仿真结果与试验吻合较好。结果表明,减小桁材间距可有效增加结构刚度,降低最大撞深,但会产生较大的破口。在此基础上,系统分析讨论了桁材间距、锤头宽度对板架动态响应的影响,并给出了较优的桁材间距与锤头宽度之间的比例范围。研究结果对船体结构设计与船舶耐撞性评估具有一定指导意义。

高温后水泥砂浆-花岗岩复合层动态力学性能试验研究

为研究高温后水泥砂浆-花岗岩复合层的动态力学特性,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)设备,以温度和加载速率为可变参数,开展了复合层试件动态压缩试验及静压对比试验。结果表明:动态抗压强度和动态强度增长因子(dynamic intensity factor, DIF)均有显著的应变率效应,应变率低于45 s~(-1)时DIF随温度升高单调减小,高于45 s~(-1)后DIF随温度升高先减小后增大;高温后复合层界面黏结减弱,随着温度升高水泥砂浆和花岗岩破坏形态差异化增大;复合层试件削波耗能特性表现出加载速率低敏感和温度高敏感。峰值应力比和耗能率不随加载速率的改变而发生明显变化,高温后复合层等效波阻抗下降,削波能力得到增强而耗能效果受到削弱;随着温度升高,入射能更多地转化为反射能,透射能及破坏耗能的占比下降。

聚丙烯复合材料动态力学性能及本构表征

为研究聚丙烯(polypropylene,PP)复合材料的动态力学性能,进行了PP-TD20、PP+EPDM-TD20和PP-LGF203种材料在准静态和中应变率下的拉伸力学性能测试试验。试验结果表明,TD20和LGF20的加入分别将PP基体的强度极限提升约1倍和3.2倍,三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)在韧性方面起到显著增强作用,PP-TD20和PP+EPDM-TD20仍表现为韧性,而PP-LGF20改变为脆性材料。3种材料在弹性和塑性阶段均表现出较强的应变率敏感性,刚度、流动应力、屈服强度和强度极限随着应变率的增加而增大。采用修正的ZWT(Zhu-Wang-Tang)模型和修正的J-C(Johnson-Cook)模型构建几种材料的动态本构关系,识别模型参数,拟合的曲线与试验结果基本一致,表明这两种模型能够准确反映材料的动态力学行为。由修正的ZWT模型推广获得三维应力状态下的本构方程,编写VUMAT子程序,数值模拟得到的载荷-位移曲线与试验结果吻合较好,进一步表明了本构关系的有效性。

TC21钛合金的动态力学性能及绝热剪切行为

利用分离式霍普金森压杆对TC21钛合金进行动态压缩实验,分析了其动态力学性能,并观察了其动态压缩后的组织,重点研究了绝热剪切带的演变过程。结果表明,TC21钛合金在动态压缩的过程中,随着应变率的增加,塑性变形阶段可以吸收更多的能量,微孔洞及微裂纹沿着绝热剪切带形成并且扩展长大,最终形成裂纹,导致剪切破坏。TC21钛合金在动态压缩中的变形过程主要以滑移的方式进行,所以在其真应力-真应变曲线中整体表现为硬化现象。TC21钛合金的绝热剪切带在宏观上呈一条明显的白色亮带,在微观组织上绝热剪切带内具有明显的流线状组织。

玄武岩纤维活性粉末混凝土动态力学性能试验研究

为揭示玄武岩纤维活性粉末混凝土(BFRPC)的动态力学性能,针对长度分别为6 mm和12 mm的纤维,分别成型了纤维体积掺量为0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%的玄武岩纤维活性粉末混凝土试件,并采用Φ50mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置进行BFRPC冲击压缩试验,获得BFRPC应力-应变曲线,研究玄武岩纤维体积掺量和冲击应变率对BFRPC动态抗压强度、临界应变、动态强度增长因子、动态弹性模量和韧性的影响。基于BFRPC动态应力-应变曲线和Z-W-T模型,建立BFRPC动态损伤本构模型。研究结果表明:玄武岩纤维的掺入能显著提高活性粉末混凝土(RPC)的抗变形和吸能能力,BFRPC的动态抗压强度等力学性能随着平均应变率的增大而近似线性增长;长度为6 mm的纤维对BFRPC抗冲击性能的提高效果更好,玄武岩纤维最优掺量为0.2%;动态损伤模型计算的应力-应变曲线与试验结果相符,适用于BFRPC抗冲击设计。研究结论为玄武岩纤维活性粉末混凝土的应用提供理论参考。

水围压下粉煤灰混凝土的含水量及动态力学性能分析

为分析水围压下粉煤灰混凝土的含水量及动态力学性能,对不同掺量的粉煤灰混凝土试件进行水围压和应变速率下动态压缩试验,另外对试件在干燥条件下进行压缩试验。文章探讨了混凝土含水量受到粉煤灰掺量及水围压的影响情况,和含水量数据相结合,对混凝土动态强度和应变速率、水围压机粉煤灰掺量之间的关系进行研究。

过氧化物硫化HNBR三元共聚物胶料的动态力学性能

HNBR是一种特殊弹性体,用于汽车、工业和石油天然气等高要求场合。本文评估的三元共聚物类型特别针对改善低温性能,以及在较低的使用温度下提高弹性的能力。本文提出了一种应用这类材料的新型三元共聚物实验设计方法(DOE)。

不同饱和度混凝土动态力学性能

目的:研究混凝土在高应变率与饱和度耦合作用下的动态力学性能。方法:采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验,对不同饱和度混凝土试件进行动态冲击试验,分析混凝土动态σ-ε曲线及动态力学参数的变化规律。结果:不同饱和度混凝土动态σ-ε曲线的形状基本相似;混凝土的动态抗压强度及弹性模量均随着应变率增长呈线性递增,而随着饱和度提高呈线性递减;动态峰值应变随饱和度增大而增大,而与应变率无明显关联性。结论:分析不同饱和度混凝土在高应变率下的动态力学性能,为后期工程设计和质量检测提供理论依据。

辐射改性过氧化物硫化PVMQ弹性体在其固有频率下的动态力学性能

使用最近研发的动态机械耶次利振荡仪(DMYO)评估测试本研究用材料,见图1所示。就像耶次利振荡仪(YO)一样,DMYO可按ASTM D945标准进行试验,该设计是在YO改进的基础上,增加了传感器、电子数据采集和包括自动数据评估的计算机控制系统。美国海军、NASA、通用动力、麦道宇航公司、固特异、BF古德里奇、Edgewood兵工厂和国防部等机构都是这款坚固耐用、功能齐全、准确精密的橡胶件用动态测试仪的用户。

压剪作用下水工沥青混凝土动态力学性能研究

研究水工沥青混凝土在压剪作用下的动态力学性能对保障沥青混凝土心墙坝安全运行具有重要意义。本文采用自主研发的压剪试验装置,通过试验研究水工沥青混凝土不同温度(5℃、15℃)和不同法向应力(1 MPa、2 MPa、3 MPa)下,在不同剪切速率(0.0005 s^(-1)、0.001 s^(-1)、0.005 s^(-1)、0.01 s^(-1))作用时的动态力学性能。结果表明:各试件均呈现明显的斜缝剪切破坏特征,不同法向应力和剪切速率对试件的破坏模式及剪切应力-应变曲线影响程度不同。随着法向应力和剪切速率的增大,剪切强度和剪切模量相应增大。峰值应变随法向应力的减小而增大,但随剪切速率的增大而增大。最后,采用Mohr-Coulomb准则得到了水工沥青混凝土黏聚力c和内摩擦角φ随剪切速率的变化规律。

车用双相高强钢的动态力学性能及本构模型的对比

通过不同应变速率(0.001~500 s^(-1))下的室温拉伸试验,研究了车用HC340/590DP、HC700/980DP双相高强钢的动态力学性能;分别采用Johnson-Cook模型、Swift-Hockett/Sherby模型,以及将Swift-Hockett/Sherby模型引入到Ludwik模型中的修正模型对2种钢的流动应力-应变曲线进行拟合,对比分析3种本构模型的拟合结果。结果表明:随着应变速率的增加,2种钢均表现出增强增塑现象;Johnson-Cook模型、Swift-Hockett/Sherby模型和修正Ludwik模型的拟合度平均值分别为0.950,0.999,0.997;修正Ludwik模型既具有各应变速率间应力耦合的特点,又保持了高拟合精度,可以准确描述车用双相高强钢的动态流变行为。

双掺粉煤灰-矿渣水泥砂浆动态力学性能试验研究

为了研究粉煤灰与矿渣对水泥砂浆动态力学性能的影响,用粉煤灰与矿渣替代40%的胶凝材料,其中矿渣掺量分别为0、10%、20%、30%、40%,采用ϕ50 mm的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置,对各组砂浆进行4种加载气压的冲击压缩试验,并测试砂浆的静态抗压强度。对不同冲击气压下的应力-应变曲线、动态强度增长因子(dynamic increase factor,DIF)和破坏形态进行分析。结果表明:随着矿渣掺量的增加,砂浆的静动态抗压强度均随之增大,掺量为30%~40%时已接近甚至超过对照组砂浆,但动态抗压强度提升幅度有减缓趋势;相同矿渣掺量下,砂浆的动态峰值应力、动态峰值应变、平均应变率和极限韧性均与冲击荷载大小呈正相关,有明显的应变率效应;平均应变率在91.15~158.34 s-1时,掺30%~40%矿渣砂浆的动态抗压强度和DIF均高于对照组;冲击气压越大,砂浆破坏程度越高,掺30%~40%矿渣砂浆的碎块数量更少、尺寸更大。因此掺30%~40%矿渣砂浆具有更优越的抗冲击性能,这为工业废料的合理利用提供了一定参考价值。

油茶果壳制备缓冲包装材料的动态力学性能研究

以油茶果壳为原料,选择不同质量分数的塑化剂、胶黏剂、发泡剂、填料等助剂,制备缓冲包装材料,采用正交试验的方法,利用动态热机械分析仪进行动态力学性能分析,确定最佳工艺条件.结果表明,助剂的质量分数对包装材料的性能影响较大,其最佳工艺条件为:塑化剂、胶黏剂、发泡剂、填料占油茶果壳的质量分数为12%、9%、8%、6%.在最佳工艺条件下,其密度、应变、可恢复形变、蠕变特性等性能均有所提高.