CRCP混凝土温度松弛应力分析

根据混凝土徐变的表达式 ,求得了连续配筋混凝土路面 ( CRCP)松弛系数的计算表达式 ,根据 CRCP混凝土弹性温度应力计算结果 ,通过积分得到了年温度线性变化和正弦曲线变化两种情况下松弛应力的计算公式 ,并进行了数值分析 ,最后给出了松弛修正系数 ,用于修正弹性应力的计算结果。

基于分数阶导数沥青路面松弛应力强度因子分析

应用分数阶导数理论建立了沥青混凝土分数阶导数粘弹性应力强度因子本构方程,考虑沥青混凝土面层的松弛特性,对称荷载、非对称荷载和温度荷载的作用,通过数值计算的方法分析带反射裂缝沥青路面应力强度因子的松弛效应。结果表明:1)裂缝尖端应力强度因子KⅠ和KⅡ初始值随着荷载变形的大小而变化,初始形变值越大,松弛应力强度因子越大,初始形变对张开型应力强度因子KⅠ影响较大;KⅠ、KⅡ应力强度因子随时间的松弛程度可达30%以上;2)相同时间内温度降低越大,应力强度因子松弛趋势越明显;温降越大,Ⅰ型应力强度因子越大,松弛初始值越大,温降对KⅡ影响不太明显,说明温降越大越容易产生Ⅰ型裂缝。

边坡植物根系松弛应力实验研究

通过柳树根系的松弛实验,对松弛应力与加载时间的关系进行了研究,发现松弛应力与加载时间存在接近对数函数的曲线关系,根据实验推导的函数关系式可以求出任意加载时间对应的松弛应力;通过回归计算和推导,发现松弛应力与加载时间的函数关系式中的各系数与初应力存在一定关系,因此可以应用初应力和加载时间计算松弛应力,而初应力可以通过简单实验测得;利用推导的公式可以很快地估算单个根系的松弛应力;与实际加载的松弛应力曲线相比较,推导公式计算的松弛应力大于实际的松弛应力。

喷丸残余应力对TC4钛合金疲劳寿命的影响及其松弛行为

喷丸强化残余应力场可以提高钛合金材料的疲劳寿命,但在工作载荷作用下,残余应力场会发生松弛,对于喷丸残余应力对TC4钛合金疲劳寿命影响及残余应力本身的松弛行为研究较少。为研究喷丸残余应力对疲劳寿命的影响以及残余应力变化松弛规律,以TC4钛合金试件为研究对象建立疲劳寿命仿真模型,分析不同喷丸残余应力场下疲劳寿命的变化规律及其影响,开展疲劳寿命试验,对仿真模型结果进行验证。在此基础上以载荷水平和循环次数为因素,对残余应力松弛的影响规律进行试验研究。结果表明:不同喷丸强度的残余压应力大小对TC4钛合金疲劳寿命在一定范围内具有较大影响,残余压应力过小或者过大都会对钛合金疲劳寿命产生负面影响,表面残余压应力为−750 MPa时疲劳寿命大幅度提升;随着循环次数的增加,残余应力会逐渐发生松弛,尤其是当循环次数达到10^(4)次时,残余应力会明显松弛,应力松弛量平均约为23.64%,之后逐渐趋于稳定状态,残余应力也会随着载荷强度的增加逐渐发生松弛,且松弛量不断增大。研究结果可为喷丸残余应力的松弛变化规律研究及工程中提高TC4钛合金使用性能、合理高效的预估疲劳寿命提供借鉴参考。

应力松弛下滑环组合密封性能研究

结合钻井过程中的高温高压工况和橡胶材料的应力松弛特性,利用有限元分析中压力渗透加载方式对旋转组合密封进行双侧加压,分析了流体压力、井下温度对组合密封主密封面的影响。结合有限元分析结果,提取橡胶密封的变形矩阵,并基于热弹流理论建立了旋转形式的滑环组合密封的数值分析模型。数值求解获得了应力松弛下不同的井下温度、粗糙度时的油膜厚度和油膜压力分布,然后通过密封试验分析了泄漏率、摩擦力矩和转速的关系。结果表明:考虑应力松弛后,介质压力越大接触压力越大,此时不易泄漏,不过摩擦力会有所增加;随着温度的升高,接触应力与介质压力几乎相当,此时泄漏量会有所增加,而温升还会引起黏度的降低,使得黏性摩擦力下降;粗糙度增加,导致油膜厚度增大以及膜压减小,进而引起泄漏增幅较快,而摩擦力略有减小;泄漏率和摩擦力随主轴转速增加。

计及硅橡胶应力松弛的电缆接头界面压力演变仿真研究

高压电缆中间接头的电气性能与其硅橡胶-交联聚乙烯界面压力的大小密切相关。为探究实际电缆接头界面压力的演变规律,开展了考虑老化过程中硅橡胶应力松弛现象的220 kV电缆中间接头界面压力仿真研究。首先综合电缆接头处物理场特点建立有限元模型,确定了电缆中间接头硅橡胶-交联聚乙烯界面的初始压力分布情况;其次通过力学理论计算的解析解以及预置压力传感器的实测结果对有限元分析结果进行验证;之后结合硅橡胶的热机械老化实验结果,提出一种将老化过程中硅橡胶应力松弛转化为过盈量变化的方法,得到了考虑老化过程中应力松弛与弹性模量变化的多参量有限元分析方法,并成功应用于电缆中间接头绝缘硅橡胶-交联聚乙烯界面压力的分析。分析认为,硅橡胶的老化同时导致应力松弛和弹性模量增大。综合考虑弹性模量和应力松弛的仿真结果表明:对中间接头硅橡胶在100℃、125℃、150℃下分别经过2040 h、1680 h、1200 h热机械老化后,界面压力从0.156 MPa分别下降到0.129 MPa、0.125 MPa、0.107 MPa。这说明应力松弛对于界面压力的影响更显著,界面压力随着老化时间的增加而下降,同时温度升高会显著加快中间接头界面压力的衰减过程。该文研究结果可为提升电缆中间接头设计与运行可靠性提供理论依据。

基于应力松弛效应的黏弹性煤层地应力分布模型及在突出煤层中的应用

地应力是控制煤矿瓦斯动力灾害的核心因素,现有地应力模型主要基于弹性煤岩体属性而建立,而对于黏弹性煤层介质不适用,需要建立适合煤层属性的地应力分布模型。煤层尤其是构造煤呈现显著的蠕变和应力松弛特性,基于此,构建了黏弹性煤层分数阶麦克斯韦应力松弛数学模型,对扩展伊顿模型中构造应力项改进为黏弹性煤层的应力松弛项,建立了黏弹性煤层地应力分布模型。结果表明,在地质时间尺度内,煤层黏弹性对差应力有显著影响,煤体蠕变和应力松弛程度随黏性系数和分数阶因子的增加而增加;并随弹性模量下降,泊松比、构造比及瓦斯压力增加,煤层应力特征表现为静水压力状态分布趋势,其中弹性模量和泊松比对垂直主应力与水平应力之间差异贡献较大,构造比对水平应力之间差异贡献较大,瓦斯压力对3个主应力贡献相等,应力松弛效应可改变最大、最小水平主应力相对大小及降低应力各向异性。基于临界应力模型,在不同地应力状态下同样获得了摩擦因数降低及瓦斯压力升高的煤层趋近静水压力分布。构造煤力学属性更有利于在地质时间尺度中趋向于静水压力状态。运用地应力模型验证了现场实测结果,并对构造煤瓦斯富集和渗透率降低提出了新的认识。

3D打印硅橡胶泡沫的压缩力学及长时应力松弛行为研究

以3D打印硅泡沫为研究对象,通过对其压缩应力应变曲线和原位压缩图像的分析,解释了不同压缩应变下的力学响应行为。结果表明:随打印层数增加,压缩平台高度降低而平台宽度增加,这与硅泡沫的应力“长柱”效应有关。进一步选用了层数为12层的3D打印硅泡沫,对其在机械-温度场作用下的应力松弛行为进行分析,发现机械作用和温度对应力松弛的增大有耦合作用,在50%压缩应变和353.15 K温度下其载荷保持率为0.89,在所有试样中最低。最后通过时温等效原理对3D打印硅泡沫的长时应力松弛行为进行了预测。结果表明:在298.15 K温度下,当硅泡沫处于密实化阶段时,其载荷保持率下降最快。但相较于无序泡沫,打印泡沫的长时应力松弛更低,以1年的时长为例,3D打印硅泡沫的载荷保持率为0.87,无序发泡硅泡沫的载荷保持率为0.82,这可能得益于其均匀的压缩应力分布。这项研究为理解和预测3D打印硅泡沫在不同压缩应变的长时应力松弛性能提供了参考。

7050铝合金试样尺寸对淬火后时效应力松弛率的影响

通过有限元仿真和实验验证方法,研究了7050铝合金在4 h和165℃条件下时效过程中不同倍数H形试样的应力松弛行为。结果表明,模拟结果与实验结果吻合性较好,误差在8.81%以内;尺寸效应主要通过几何特征和淬火应力对时效应力松弛率产生影响;在实验范围内,若不考虑初始应力的影响,试样的倍数对时效应力松弛率不构成影响。在实际淬火应力下,A、B、C、D和H点的应力松弛率随试样倍数增大呈对数增加,E、F和G点则在0.44倍试样时出现应力松弛率的极大值,主要原因是试样在0.2~1.5倍区间时淬火应力随试样尺寸发生变化,影响了应力松弛过程;当试样在1.5~5倍区间时,淬火应力趋于稳定,使得时效过程的应力松弛率趋于稳定,尺寸效应减弱。

CNTs/Al复合材料应力松弛时效特性及建模研究

针对新一代航空航天用轻量化壁板结构用高比模量、比强度碳纳米管增强铝基复合材料(CNTs/Al)成形需求,研究了CNTs/Al应力松弛时效变形强化行为及其形性协同预测建模。在130℃条件下,对CNTs/AA2024开展了涵盖弹塑性初始加载条件(215 MPa、390 MPa和4%、6%)的应力松弛时效强化系列实验。结果表明,CNTs/AA2024的应力松弛曲线呈现较短的初始变速率松弛阶段(2.5 h)和稳定速率松弛阶段;进入塑性阶段后,应力松弛量未明显提高,可能来源于CNTs对位错移动的阻碍作用。在390 MPa初始应力下,材料的屈服强度随时间延长而提高,在5 h左右达到峰值时效,屈服强度为485 MPa,至16 h未出现明显过时效。在相同时效时间下,CNTs/AA2024屈服强度随着初始应力的提高而增加;塑性加载阶段,屈服强度提升效果更为明显(576 MPa),主要是由于加工硬化和位错诱导析出强化的协同作用。进一步的,建立了针对CNTs/AA2024应力松弛时效的统一本构模型,实现了其应力松弛变形、时效强化以及关键微观变量的协同预测。

多级冷压合与高温蠕变应力松弛TC4钛合金微观组织演变机理研究

采用多级冷压合与高温蠕变应力松弛成形工艺制备TC4钛合金薄壁构件,研究了不同蠕变工艺参数对微观组织的影响规律。通过光学显微镜和电子背散射衍射技术分析了晶粒尺寸及取向、位错密度和裂纹萌生扩展。结果表明,在低塑性变形条件下,较高的蠕变温度可以促进α相晶粒长大。然而在大塑性变形条件下,微观组织受到蠕变温度和塑性变形共同影响。较高的温度加快位错回复,引起位错密度降低,从而减小了晶粒生长的驱动力,最终导致在较高的蠕变温度下α相晶粒反而更小。与600℃蠕变工艺相比,750℃蠕变后的TC4板材出现更多的裂纹,可能是β相粗化所致。

GH4169合金的中温应力松弛行为与蠕变本构方程的修正

对GH4169合金开展了温度为450~550℃、时间为600 h、初始应力为800 MPa的应力松弛试验,分析了其应力松弛行为,利用三次延迟函数拟合出应力与时间的关系;引入槛应力对Arrhenius蠕变本构模型进行修正,采用未修正和修正后的模型模拟了应力松弛曲线,并与试验结果进行对比。结果表明:GH4169合金在应力松弛试验后的剩余应力随温度的升高呈先减小后增大的趋势,450,500,550℃下的应力松弛量分别约为12,18,15 MPa。构建的三次延迟函数可以准确描述GH4169合金应力与时间的关系,拟合相关系数均大于0.999。基于引入槛应力修正的Arrhenius模型模拟得到的GH4169合金中温应力松弛曲线与试验结果吻合较好,最大相对误差为0.02%,而基于未修正Arrhenius模型模拟得到的500℃和550℃应力松弛结曲线与试验结果偏差较大,最大相对误差为0.1%。修正Arrhenius模型可以更好地预测GH4169合金的中温应力松弛行为。

应力松弛丝素凝胶支架基于力学传导和骨免疫调节促进骨再生的作用与机制研究

目的天然骨ECM与骨再生微环境在力学上呈现黏弹性,且具有较快应力松弛。而黏弹性在体内外调节细胞应答与骨再生的机制尚不清楚。本课题通过构建应力松弛可控的SF冷冻凝胶,旨在探究应力松弛通过调控骨免疫微环境促进骨再生的作用及其调节巨噬细胞极化与免疫应答的力生物学机制。方法利用冷冻相变法构建黏弹性可调的SF冷冻凝胶,以模拟骨再生力学微环境;通过构建大鼠股骨髁缺损模型,考察应力松弛SF凝胶的促骨再生效应;体内sc RNA-seq并结合细胞/分子生物学技术揭示应力松弛效应促进骨再生的机制及介导巨噬细胞极化的力转导机制。结果通过冷冻相变法可成功构建黏弹性可控的大孔径丝素冷冻凝胶,在骨缺损修复中证实快速应力松弛SF凝胶显著促进骨再生。体内sc RNA-seq结果表明,相比于纯弹性与慢松弛SF凝胶,快松弛凝胶在骨修复前期(10 d左右)诱导了更高比例的Mrc1+/CD163+的促再生型巨噬细胞。体外实验进一步证实,应力松弛通过Piezo1-YAP途径调节组蛋白乙酰化修饰,进而调控巨噬细胞促再生型极化。结论骨修复材料的黏弹性与应力松弛效应对骨再生至关重要。其可通过调节巨噬细胞介导的免疫微环境促进骨再生。尤为重要的是,巨噬细胞膜上的力感应蛋白Piezo1通过感知凝胶应力松弛,促进下游YAP激活与核转位,进而调节组蛋白乙酰化修饰,最终向再生型极化以参与骨再生。

基于半胱氨酸氧化修饰蛋白质组学研究高压处理对冷藏滩羊肉应力松弛特性的影响

通过半胱氨酸(Cys)氧化修饰蛋白质组学探究不同高压处理(200 MPa/500 MPa、18℃、15 min)滩羊(4℃冷藏1、3、7 d)肌肉蛋白半胱氨酸的氧化修饰与应力松弛特性之间的相关性。结果表明:200 MPa和500 MPa高压处理的肌肉硬度和弹性显著高于对照(NT)组(P<0.05);高压处理组应力松弛特性指标普遍高于NT组,贮藏期间,500 MPa高压处理组羰基含量显著高于200 MPa高压处理组,而总巯基含量显著低于200 MPa高压处理组(P<0.05);半胱氨酸氧化修饰蛋白质组学分析结果显示,3组样本中共鉴定出388个显著差异氧化位点(significantly differential oxidation sites,SDOS),其中,15个SDOS与至少1个应力松弛特性指标呈显著相关性(P<0.05、P<0.01),这些位点涉及肌联蛋白(Cys32705、Cys29171、Cys26405、Cys32358)、伴肌动蛋白(Cys5628)、肌球蛋白结合蛋白H(Cys481)、肌球蛋白重链8(Cys403)、膜联蛋白(Cys292)、肌球蛋白重链11(Cys701)、L-乳酸脱氢酶(Cys315)、糖原磷酸化酶(Cys496)、磷酸葡萄糖变位酶1(Cys407、Cys134)、丙酮酸激酶(Cys510)及钙转运ATP酶(Cys651)。综上所述,高压处理可诱导结构蛋白的部分氧化位点发生氧化修饰,使蛋白变性和聚集,进而降低蛋白本身的降解程度,诱导滩羊肉贮藏期间的硬度增加。

基质应力松弛对3D图案化类肿瘤组织形成的影响

目的3D类肿瘤组织模型对于体外肿瘤研究具有重要意义。然而现有的类肿瘤组织模型多为球状体,不能对体内肿瘤组织复杂形貌进行精准模拟。因此,本研究将通过具有应力松弛特性的3D微空腔调控特定几何形貌的类肿瘤组织形成,揭示基质应力松弛对图案化类肿瘤组织形成的影响,实现3D图案化类肿瘤组织的体外高通量、标准化制备。方法通过软刻蚀技术结合双凝胶原位拼接策略,构建具有特定几何形貌的海藻酸钠(Alg)水凝胶基微空腔;通过Alg分子量,调节应力松弛速度;进而改变细胞基质间与细胞-细胞间相互作用力,实现类肿瘤组织对微空腔形貌的精准复刻。结果成功构建了形貌、大小可控的Alg水凝胶基微空腔,实现微空腔在横向50~500μm和纵向50~80μm的精准调控;200和75 k Da的Alg实现了应力松弛时间(τ1/2)从1710 s到392 s的变化;应力松弛快的微空腔促进整合素蛋白激活,使细胞-基质作用力远大于钙黏蛋白介导的细胞-细胞作用力,大量细胞黏附至腔壁与底部,阻碍3D图案化微组织形成,反之较慢松弛特性的微空腔促进其形成。结论Alg水凝胶基微空腔的应力松弛特性会影响类肿瘤组织的几何形貌,只有分子量为200 k Da的Alg构建的应力松弛慢的微空腔可用于高通量、标准化、图案化的类肿瘤组织构建。

不同变形条件下锰铜合金的应力松弛特性及数值仿真

计算机运算能力的提升为有限元仿真分析提供支撑,可更高效地求解较复杂的结构及非线性问题。文中基于有限元仿真分析技术,针对锰铜合金复杂的力学特性进行仿真计算,分别采用Prony级数本构模型和并联流变本构模型对锰铜合金进行不同变形条件下的应力松弛实验仿真。通过提取应力松弛实验数据将其转化为相应模型参数并进行有限元仿真计算,获得可准确描述锰铜合金非线性力学特性的仿真模型参数。通过对比仿真和实验结果可知,并联流变模型能够更加准确地表征锰铜合金的应力松弛行为,在不同初始应变条件下,仿真结果和相应工况下的实验结果相对误差小于1%。并联流变模型比Prony级数模型更适用于锰铜合金在复杂工况下的仿真计算。

EVA/CR TPV的压缩应力松弛及其可逆回复行为

采用动态硫化法制备了基于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)/氯丁橡胶(CR)的热塑性硫化胶(TPV),并对其力学行为、微观结构、压缩应力松弛、可逆回复行为以及EVA/CR质量比对可逆回复不同阶段应力松弛行为的影响进行了研究。结果表明:EVA/CR TPV的压缩应力松弛行为主要受EVA相影响,CR分散相对压缩应力松弛行为的影响较小;提高热处理温度或延长热处理时间,均可显著提高TPV压缩应力松弛可逆回复程度,且当温度在EVA熔点附近时,TPV应力松弛的可逆回复程度接近100%。

基于微观结构非均匀性理解非晶态聚苯乙烯的应力松弛行为

研究了非晶态聚苯乙烯材料应力松弛行为与其固有微观结构非均匀性之间的关联,从基本Maxwell黏弹性模型出发,到三参量扩展指数方程,讨论了变形单元特征时间的分布本质及聚合物应力松弛过程中的链段效应.结果表明,非晶态聚苯乙烯应力松弛行为呈现典型非指数特征,单一特征时间的指数衰减形式与有限特征时间的有限谱方法均无法合理描述聚苯乙烯应力松弛行为,这是由于非晶态聚合物微观结构非均匀性所导致的特征时间谱连续分布.此外,本文进一步探究了物理老化导致的应力松弛行为变化,老化导致体系向更稳定能量状态迁移,变形单元难以激活,因而导致应力松弛过程慢化,特征时间延长.

不同盐含量对猪皮明胶凝胶品质特性和应力松弛的影响

为探究不同浓度NaCl对明胶凝胶性质的影响,以猪皮明胶溶液(质量分数10%)为原料,分别在0.0、0.5、1.0 mol/L的NaCl浓度下制备明胶凝胶,分析凝胶化过程中三螺旋占比及凝胶的质构特性、持水性、水分分布状态和微观结构等理化指标,并对凝胶进行应力松弛特性分析。结果表明:随着NaCl浓度的增加,胶黏性、咀嚼性显著降低;NaCl浓度为1.0 mol/L时,明胶的硬度从对照组的3.15 kg下降到2.24 kg,NaCl浓度的增加会限制明胶溶液中三螺旋的形成;随着NaCl浓度的增加,明胶凝胶显示出更松散的网络结构,网络密度减小,孔径增大,持水性显著降低;不同盐含量下明胶凝胶的应力松弛行为差异较大,采用三元Maxwell模型拟合应力松弛测试结果时,1.0 mol/L NaCl组的明胶凝胶平衡弹性模量相比对照组降低53%;当采用CONTIN方法拟合应力松弛测试结果时,凝胶的弛豫峰分布重现性较差。综上,NaCl浓度的提高会减少明胶凝胶中三螺旋的形成,从而导致松散的网络结构,最终削弱明胶的机械性能和持水能力,明胶机械性能的下降与应力松弛测试结果相符。

应力松弛速率可调的ECM及其对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响

目的天然细胞外基质(ECM)通常表现出动态的力学性能,尤其是其黏弹性表现出时间依赖性响应行为,极大地影响了细胞命运。通过仿生构建弹性模量相同而应力松弛速率可调控的复合水凝胶作为ECM,可探究ECM的黏弹性力学线索影响骨髓间充质干细胞(MSCs)成骨分化行为的力学生物学机制。方法本工作通过调节仿生ECM中两种动态共价键,即硼酸酯键与亚胺键的相对比例,即可实现控制该ECM的弹性模量相同而应力松弛速率不同(设置不同ECM的半应力松弛时间在2~200 s),以此为工具来研究水凝胶的应力松弛速率对MSCs成骨分化行为的影响规律及机制。结果具有较快应力松弛速率的ECM,即当ECM的半应力松弛时间为10 s时,更有利于促进MSCs成骨分化行为。结论应力松弛速率可调的ECM,由于动态亚胺键与动态硼酸酯键的能量耗散速率不同,进而影响MSCs的细胞膜表面整合素聚集、肌动蛋白收缩以及细胞体积扩增,TRPV4激活和体积扩增之间的相互反馈控制了RUNX2的核定位,从而实现对MSCs的成骨分化调控。综上所述,本研究为构建基于动态共价键的黏弹性可调ECM提供了一种新策略,对于系统研究ECM物理特性影响干细胞命运的力学生物学机制具有重要的参考价值。