中高应变速率轧制AZ31镁合金板的抗拉强度预测

本文采集了不同轧制温度、应变速率以及压下量等三个工艺参数下中高应变速率轧制的AZ31镁合金抗拉强度的27组样本,通过惯性权重、学习因子的改进和引入变异操作对PSO-BP神经网络进行改进,并与BP、PSO-BP神经网络对比,进行抗拉强度的预测。结果表明:BP神经网络不能预测AZ31镁合金抗拉强度的非线性变化,PSO-BP神经网络和改进的PSO-BP(IPSO-BP)神经网络均能较好地预测AZ31镁合金抗拉强度的非线性变化;这三个模型中IPSO-BP神经网络预测最为准确,相较于PSO-BP神经网络,其平均绝对误差从15.3764降低至3.4288,平均相对误差从5.94%降低至1.32%,均方误差从251.3662降低至20.7199,相关系数从0.7753提高至0.8937;通过Pearson相关性计算判断出应变速率、压下量对抗拉强度的影响均大于轧制温度,而应变速率与抗拉强度呈负相关关系,压下量与抗拉强度呈正相关关系。

颗粒离散元岩石模型的宏细观抗拉强度关联

颗粒离散元数值模型由于具有反映材料宏细观力学特征的天然优势,而被大量学者采用开展岩石力学课题相关研究,但DEM数值模型涉及的跨尺度关联和参数标定问题给研究者带了挑战,且尚未形成获得统一认可的定量分析方法.基于规则排列的圆形颗粒DEM岩石试件拉伸模型,开展细观接触破裂模式与宏观拉伸破坏强度相关性的力学分析,指出岩石试样宏观抗拉强度取决于内部细观接触破裂模式,而细观破裂模式则受到接触抗拉强度、接触抗剪强度、接触法向刚度、接触切向刚度,甚至颗粒大小及排列方式的共同影响.根据理论分析及数值模拟结果提出了4种细观破裂模式及相应宏观抗拉强度理论计算公式,并将公式修正应用于随机颗粒排列的类岩石材料DEM模型,从细观角度揭示了宏观DEM岩石材料拉伸破坏机理,构建了宏细观抗拉强度参数关联.所建立关联公式的合理性得到了大量随机数值模拟结果的有效验证,可为研究者利用颗粒DEM数值模型进行岩石和混凝土等类脆性材料模拟的参数选取及标定工作提供重要的参考依据.

基于IRSM的7075铝合金焊接接头抗拉强度可靠性优化设计

【目的】为提升7075铝合金焊接接头抗拉强度可靠性,提出一种基于IRSM的7075铝合金焊接接头抗拉强度可靠性优化设计方法。【方法】首先,基于有限元理论及焊接试验平台,分别分析主轴力对焊接温度及接头抗拉强度的影响;其次,依据仿真及试验数据,初步构建焊接接头温度及抗拉强度响应面模型,进而构建焊接接头响应面优化模型,利用优化算法重构焊接接头改进响应面模型(Improved response surface model,IRSM),在此基础上,依据接头最优试验样本数据及可靠性优化原理,构建焊接接头可靠性优化模型,利用多目标优化算法及三向主轴力最小化原则完成Pareto最优解筛选;最后,以7075铝合金焊接板材为研究对象,对其开展抗拉强度可靠性优化研究。【结果】研究结果表明,当焊接参数为1500 r/min,140 mm/min时,接头抗拉强度达到最佳的406.5 MPa;经优化后,接头抗拉强度可靠度达到97.5%,同时最大焊接温度下降至302.5℃。【结论】该结论可为7075铝合金焊接接头质量提升提供参考价值。

开敞系统中冻土-混凝土界面抗拉强度试验研究

在寒区桩基工程中,冻土-混凝土界面强度对于桩基础的受力状态有着重要的影响。在开敞系统条件下进行了冻土-混凝土界面区的抗拉强度正交试验,利用极差方差分析法,厘清了界面粗糙度、土样含水率、试验温度及干密度4种试验因素对界面冻结抗拉强度影响的主次顺序。分析试验结果表明,土样含水率的增大、试验温度的降低及接触面粗糙度的提升均可使界面冻结抗拉强度不断提高;存在临界土样含水率,当含水率位于临界含水率两侧时,接触面粗糙度因水分迁移所形成冰膜改变的程度不同,导致接触面粗糙度的增加对界面冻结抗拉强度增幅的影响程度具有不同的规律。

矿山尾砂胶结充填体抗拉强度测试方法研究进展

矿山尾砂胶结充填是实现金属矿绿色开采的重要技术载体,尾砂胶结充填体抗拉力学性能是影响矿山采场充填体整体稳定性以及确保相邻采场安全高效充填采矿的关键要素。科学、准确测量尾砂胶结充填体抗拉强度是确保矿山充填材料强度合理设计的重要环节。尾砂胶结充填材料属于低强度材料,我国尚无针对尾砂胶结充填材料抗拉性能的统一试验方法或测试标准。系统回顾了矿山充填材料抗拉强度测试方法的应用情况,并指出了当前借鉴混凝土、岩土工程等领域抗拉强度测试方法存在的问题。从抗拉强度直接拉伸测试方法、抗拉强度间接拉伸测试方法和适用于尾砂胶结充填材料的抗拉强度测试方法创新3个方面介绍了最新的测试方法研究应用进展。首先系统梳理总结了4种直接拉伸测试方法及其应用场景,然后研究分析了3种间接拉伸测试方法及其应用条件,并对比分析了两大类不同测试方法的优缺点。在研究分析上述测试方法的基础上,并考虑尾砂胶结充填材料的力学特性,创新发明了一种“工字型”尾砂胶结充填体抗拉强度测试法,研发了相应的压-拉转换装置,实现了用单轴压缩的方式开展胶结充填体试样直接拉伸测试。经中国和加拿大相关矿山和研究机构验证,该方法是适用于矿山尾砂胶结充填材料抗拉性能测试的科学方法,目前已被国际矿业咨询机构—Paterson&Cooke公司、加拿大2家矿业公司、中国3家矿业公司采用,可为国内外金属矿山充填采矿研究与设计提供参考与技术支撑。

船舶用AH32钢常温抗拉强度测量结果不确定度评定

开展船舶用AH32钢抗拉强度测量结果的不确定度评定,对规范试验过程和合理使用抗拉强度数据具有重要意义,也可为其他船舶用钢抗拉强度不确定度分析提供参考。对船舶用AH32钢的拉伸试验测量结果不确定度进行评定及分析,依据GB/T 228.1—2021相关要求开展拉伸试验及不确定度评价,合理地确定相关不确定度来源,对材料性能做出适当评价具有可操作性。在某些质量可靠性高的不确定度分析中,引入拉伸速率不确定度,识别不确定度分量的影响程度,可以使不确定度评价具有规范性和针对性。

土体抗拉强度试验研究方法的综述

土体抗拉强度比抗压和抗剪强度数值更小,因此时常被忽略,造成理论及试验的落后。文中系统归纳了土体抗拉强度的间接和直接方法,对比分析了现有试验方法的优缺点,结果表明:(1)土体抗拉强度的单轴拉伸方法按照力的加载方向可以分为垂直法和水平法,而垂直法中土样破坏前上半部分的重量会影响试验的准确性;(2)常用的土样固定方式有粘结、锚固、摩擦力和夹持,它们各有优势,但夹持较前三者更便捷和可操作。最后,提出水平单轴拉伸试验的后续仍需优化的问题。如制样脱模中土样的损耗、土样受拉段应力分布差,无法适用于大骨料砾质土、土样固定方式繁琐、土样与平台间的摩擦力难以消除等。

仿木材料抗拉强度与应力-应变曲线试验研究

仿木材料是以氯氧镁水泥为基体,植物纤维为增强体,并添加柠檬酸、酒石酸、六偏磷酸钠搅拌均匀后经高压静置固化成型的无机胶凝材料,为研究其抗拉强度和抗拉本构关系,制作了30个试件进行轴心受拉试验,共采集到22个试件的有效数据。结果表明:仿木材料的轴心抗拉强度为7.98 MPa,变异系数为0.121,抗拉弹性模量为3600 MPa,变异系数为0.089,轴心拉力作用下,材料达到峰值应力后应力迅速下降,试件脆性破坏;根据应力、应变测试结果,拟合得到了材料的轴心抗拉本构关系,可供材料非弹性应用时参考。

重塑黏土抗拉强度试验研究与验证

黏土的抗拉强度是决定土质边坡稳定的重要因素之一。由于土体的碎散性,使得黏土抗拉强度的研究一直进展较为缓慢。基于自行设计研发的直接拉伸试验装置对重塑黏土进行单轴拉伸试验,开展含水率和拉伸速率对重塑黏土抗拉强度影响规律的研究,并使用离散元方法对试验结果进行了验证。试验结果表明:(1)当拉伸速率等其他条件不变时,随着含水率的增加,重塑黏土的抗拉强度呈现出先增大再减小的趋势,峰值抗拉强度出现在最优含水率附近;(2)当含水率等其他条件不变时,随着拉伸速率的增加,重塑黏土的抗拉强度逐渐增大;(3)在试验含水率范围(18%~24%)内,重塑黏土在试验过程中发生塑性变形,并在达到峰值拉伸强度后表现出软化的破坏规律;(4)使用离散元模拟方法对上述试验得到的结果进行对比分析,重塑黏土的抗拉强度变化与试验结果一致,验证了本文方法的正确性。研究成果可用于土质边坡的稳定性分析以及边坡防护的计算和设计。

合肥红砂岩点荷载强度及其与抗压和抗拉强度的关系

点荷载试验是获取岩石强度的快捷方法之一。为了分析合肥地区典型红砂岩点荷载强度与抗压和抗拉强度的关系,对合肥地区的红砂岩,分别开展了干燥和饱水的状态下的点荷载、单轴抗压及巴西劈裂试验。探讨砂岩点荷载计算方法中贯入深度及修正指数m对点荷载强度值的影响,获得了点荷载强度与抗压、抗拉强度的换算关系。试验结果表明:考虑贯入深度与不考虑贯入深度两种计算模式变异系数皆小于0.3,不考虑贯入深度的计算模式数据指标更稳定;修正指数的取值对修正后的点荷载强度值I′s(50)C、I s(50)C影响很小,实际应用中可采用0.45作为修正指数;点荷载两种计算模式的软化系数相近,考虑贯入深度影响的软化系数比不考虑贯入深度的软化系数小;相同岩石的点荷载强度、抗压及抗拉强度软化系数差别不大,有良好的相关性;获得了砂岩点荷载强度与其拉压、抗拉强度转换系数范围,可为合肥地区工程应用提供参考。

基于幂律方程的PBT/A3/AP体系抗拉强度分析

为解决3,3-双(叠氮甲基)氧杂环丁烷/四氢呋喃共聚醚(Poly(3,3′-Bis(azidomethyl)oxetane-co-Tetrahydrofuran),PBT)固体推进剂力学性能预估难的问题,分析PBT/双(2,2-二硝基丙醇)缩乙醛/双(2,2-二硝基丙醇)缩甲醛等质量比混合物(A3)/高氯酸铵(Ammonium Perchlorate,AP)体系的拉伸断裂行为,建立描述该体系抗拉强度的幂律方程,并获得界面相、分散相、连续相对抗拉强度的影响规律。实验结果表明:随着氧化剂粒径减小,体积分数增加,推进剂弹性模量、抗拉强度均升高。界面相作用对推进剂抗拉强度起主导作用,数值上与v_(f)^(2)/r(v_(f)为体积分数,r为氧化剂粒径)正相关。当氧化剂粒径小于100μm时,界面相的主导作用越发明显。分散相的作用随着氧化剂粒径的增大而增大,数值上与v_(f)r^(5)正相关。当粒径大于100μm时,分散相的作用开始变得明显;当粒径大于150μm时,分散相的作用已经接近界面相的作用,这时颗粒间的相互作用不可忽略。相对而言,连续相对推进剂抗拉强度的贡献较小,数值上与(1-v_(f))^(5)正相关,与界面相相比几乎可以忽略不计。建立的PBT/A3/AP体系抗拉强度幂律方程拟合结果与实验结果吻合度高(R^(2)>0.99),可以为推进剂配方设计提供理论指导,缩短推进剂配方研制周期,降低人力和物力成本。

密度和含水率对重组竹顺纹抗拉强度的影响

【目的】探究不同密度和含水率下重组竹顺纹抗拉强度的变化规律,提出重组竹顺纹抗拉强度与密度、含水率的相关模型,为推进重组竹在工程中的应用提供依据。【方法】参考ASTM D143—14《木材无疵小试样的标准试验方法》,选取不同密度(1.1、1.2、1.3 g·cm^(-3))和含水率(4%、8%、12%、16%、20%)的重组竹试件进行正交抗拉试验,分析重组竹顺纹抗拉的主要破坏形态;采用线性模型和抛物线模型拟合重组竹顺纹抗拉强度随密度的变化规律,采用线性模型和ASTM模型拟合重组竹顺纹抗拉强度随含水率的变化规律,提出重组竹顺纹抗拉强度在密度和含水率双因素影响下的耦合模型。【结果】重组竹顺纹抗拉的主要破坏形态为平口破坏和斜口破坏,重组竹密度越大,平口破坏概率越大;重组竹含水率越大,斜口破坏概率越大。基于试验研究和数据拟合提出重组竹顺纹抗拉强度的单因素影响模型和双因素耦合模型,理论结果与试验结果吻合良好。【结论】在本研究密度范围内,重组竹顺纹抗拉强度随密度增加而增大、随含水率升高而减小。线性组合模型和ASTM组合模型均能较好预测重组竹顺纹抗拉强度在密度和含水率双因素影响下的理论值,线性组合模型计算更为简便,在实际预测中建议直接使用线性组合模型。

高温处理对玄武岩纤维抗拉强度和结构的影响

本工作选取山东某地的玄武岩矿石为原料,制备了连续玄武岩纤维,并在空气气氛条件下,对玄武岩纤维进行200~900℃的高温热处理。采用多种现代分析测试手段,研究了热处理温度对玄武岩纤维的抗拉强度、表面形貌、微观结构及析晶行为的影响。结果表明:随着热处理温度的升高,纤维的抗拉强度呈近线性下降趋势;纤维表面出现沿轴向裂纹分布的缺陷且数量增多,损伤程度增大;纤维内部单元无序化程度增加,结构逐渐解聚;800℃热处理后,主要析晶相为辉石相与磁铁矿相,900℃热处理后出现赤铁矿相。

基于能量法的多孔材料抗拉强度预测模型

将多孔材料缺陷简化为空心球,运用弹性力学的基本知识,基于能量法建立不同缺陷含量的多孔材料与材料基质极限应变能密度之间的关系,结合多孔材料的破坏假定和最大拉应力准则,推导了不同缺陷含量的多孔材料的抗拉强度。采用孔径结构影响系数来考虑孔径分布的影响,对抗拉强度预测模型进行修正。预测模型与试验结果和经典的多孔材料强度预测模型进行对比,并分析了泊松比和孔径分布对其影响规律。结果表明:建立的抗拉强度预测模型的预测值和试验结果吻合较好。不考虑孔径分布影响时,文中模型与经典模型有良好的一致性;泊松比对抗强度的影响随着孔隙率的增大而增大。抗拉强度同时受到总孔隙率和孔径分布的影响,随孔隙率的增大而减小;孔隙率一定时,小孔径含量越多,抗拉强度越大。

基于巴西劈裂试验的碎屑冰抗拉强度及影响因素研究

为了研究山岳冰川冰的抗拉强度特性,制备了150个不同碎屑含量(0、5%、10%、15%和20%)的重塑冰样,采用巴西劈裂试验研究了不同温度(-3℃、-5℃、-10℃、-15℃和-20℃)和不同加载速率(0.04 mm·s^(-1)和0.1 mm·s^(-1))条件下的冰的抗拉强度。结果表明:冰样沿着加载方向启裂、扩展而产生贯通破坏,破裂面的性状与碎屑含量和温度有关,碎屑含量越高、温度越低则冰的脆性越强。纯冰的抗拉强度随着温度的升高而线性减小;碎屑冰的抗拉强度则随温度的升高呈先上升后下降的规律,且在-10℃左右时达到最大值;冰的抗拉强度随着碎屑含量的增加而增大,碎屑含量20%的冰的抗拉强度可达纯冰的1.82倍;温度较低、碎屑含量较少时,加载速率越大则抗拉强度越高。该成果为揭示山岳冰川冰的拉裂破坏和成灾机理提供了理论基础。

基于MARS的岩石抗拉强度预测模型

将无损检测技术与机器学习相结合,通过建立预测模型来快速确定岩石抗拉强度已经成为热门研究方向之一。为了建立预测模型,提出一种基于多元自适应回归样条(MARS)的数据驱动建模技术,用于岩石抗拉强度预测。共收集了80组试验数据,包括施密特回弹数、干密度、点荷载强度指数以及巴西抗拉强度。所有数据被随机分为2个部分,其中70%的数据用于训练模型,剩余30%的数据用于测试模型性能。同时开发了人工神经网络、支持向量机和决策树3种数据驱动模型。选择了4种常用的模型性能评价指标,分别为均方根误差、平均绝对误差、相关系数和决定系数,以此来对所开发模型的预测性能进行比较。结果表明:所开发的智能模型均能够提供较高的预测精度,其中MARS模型性能优于其他3种模型,支持向量机和人工神经网络模型次之,决策树模型相对较差。值得一提的是,MARS模型能够通过方差分析来评估每个变量的相对重要性。研究成果有助于快速确定岩石抗拉强度。

聚乙烯醇纤维再生混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应研究

为研究聚乙烯醇(PVA)纤维再生混凝土劈裂抗拉强度的尺寸效应,以5种再生骨料取代率、5种PVA纤维掺量、3种试件尺寸为变量,对81个立方体试件进行劈裂抗拉试验。结果表明:随着骨料取代率的提高,再生混凝土劈裂抗拉强度先增加后降低,25%再生骨料取代率下再生混凝土劈裂抗拉强度及尺寸效应度表现最佳;PVA纤维可降低再生混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应,随着PVA纤维掺量的提高,其尺寸效应先减小后增大,0.1%PVA纤维掺量最优;基于试验数据,给出了试件劈裂抗拉强度的效应律计算式,可进行各种尺寸规格试块的劈裂抗拉强度计算。

巴西劈裂下全尾砂胶结充填体抗拉强度特征研究

研究充填体抗拉强度对维护采场稳定具有重大参考价值。充填体的破坏过程也是能量耗散的过程,养护龄期、分层数等因素直接影响充填体的强度大小及能量耗散。以全尾砂为骨料,制备一组质量浓度为78%,灰砂比分别为1∶4、1∶6、1∶8,养护龄期分别为3 d、7 d、14 d、28 d的胶结充填体进行巴西劈裂实验,分析了养护龄期与分层数对充填体强度、能量耗散及破坏规律的影响。结果表明:灰砂比一定时,不同分层的充填体的强度随养护龄期呈正相关关系;养护龄期一定时,强度与灰砂比呈正相关关系,分层会形成结构弱面,降低充填体强度。巴西劈裂过程中充填体的能量耗散随养护龄期的增长而增大,与强度变化特征一致;室内实验结果可以看出,充填体裂纹起裂点大多位于充填体中心点处,在破坏时主裂纹伴随无数微裂纹从中心点处开始萌生、扩展直至贯穿整个充填体,呈不规则形状向加载直径上扩散。不同分层充填体裂纹扩展较为连贯,部分充填体出现了分层界面局部错动的情况,断裂特征多为中心断裂与偏心断裂的复合式断裂。研究结果可为充填采矿设计、实际矿山充填提供理论支持。

激光照射花岗岩抗拉强度及孔隙分布研究

激光辅助破岩技术有助于提高超硬、超深地层资源的开采效率。采用控制变量法开展了激光热裂花岗岩试验,分析了温度、射孔参数、比能、热裂效能、抗拉强度和孔隙分布等变化规律。结果表明,激光照射下花岗岩表面温度超过1000℃;花岗岩射孔直径、深度和射孔速率随照射参数呈非线性变化,最大射孔直径、深度和速率分别为10.0mm、12.0mm和2.70mm/s;花岗岩最大比能和热裂效能分别为87.8kJ/cm^(3)和39.5kJ/cm^(3)。激光照射后花岗岩单轴破坏模式为脆性破坏,抗拉强度最大降幅为74.11%。激光照射导致岩石内部中小孔隙连通形成大孔隙,并最终导致岩石断裂。

PVA纤维长度对水泥基复合材料抗拉强度的影响

为了研究PVA纤维长度对水泥基复合材料抗拉强度的影响,采用6 mm、9 mm和18 mm的PVA纤维结合新疆本地沙漠砂与粉煤灰制备PVA-沙漠砂水泥基复合材料,于恒温条件养护28 d后测试其抗拉强度并与普通混凝土试件进行对比。由试验得出:添加PVA纤维的水泥基复合材料相比于普通混凝土试件其抗拉强度显著提高;随着纤维长度的增加,PVA-沙漠砂水泥基复合材料的流动度和抗拉强度逐渐降低。