准静态压缩下“EPE/瓦楞纸板”缓冲系统能量吸收的研究

本研究主要探讨了发泡类材料与瓦楞纸板的共同缓冲作用。本研究将“EPE/瓦楞纸板”看作缓冲包装系统,并对其进行准静态压缩试验,得到材料的应力-应变曲线和能量吸收图,探究环境温度、EPE密度、EPE厚度对缓冲包装系统力学性能、能量吸收性能的影响。在应变为0.6时,组合缓冲系统(EPE_3、EPE_5)标准化能量(W/Es)吸收分别为0.2266、0.2024,较对照组EPE(W/Es=0.1835)增加了23.5%、10.3%;应变为0.6时,随着温度由-20℃增加至23℃、40℃,EPE_3吸收的标准化能量明显减小,EPE_3吸收的能量分别减少17.7%、20.9%,而EPE_5吸收的能量分别减少11.8%、19.9%;在上述应变状态下,EPE密度为24g/cm3的试样组合缓冲系统(EPE_3、EPE_5)具有最高的标准化能量吸收,分别为0.1916、0.1745;EPE厚度为30mm、40mm、50mm的组合材料(EPE_3、EPE_5)能量吸收曲线(W/Es-ε)重合度较高。瓦楞纸板在组合缓冲系统(EPE_3、EPE_5)中的缓冲作用不可被忽略;温度升高,组合缓冲系统的能量吸收会减少;EPE密度对组合缓冲系统力学性能有影响且存在“阈值效应”。EPE厚度对组合缓冲系统的力学性能影响不显著,增加EPE厚度会导致能量吸收曲线(W/Es-σ/Es)趋于平滑,使得最佳吸能点难以辨识。

挤压态Mg-Al-Mn-(0.2Sr)镁合金的准静态压缩变形行为

采用准静态压缩实验研究了挤压态Mg-Al-Mn-(0.2Sr)镁合金在0.0001~0.33 s^(-1)应变速率范围内的变形行为。结果表明:挤压态Mg-Al-Mn-(0.2Sr)镁合金的流变应力响应行为具有一定的应变速率相关性,具体表现为流变应力随加载应变速率的增加呈现先降低,后增加,再降低的演变趋势。在压缩变形过程中,两种镁合金试样均产生了较为明显的动态应变时效(DSA)。产生DSA所需的临界应变随加载应变速率的增加而增加,且应力-应变曲线的锯齿类型具有强的应变速率相关性。添加Sr元素降低了镁合金沿径向压缩的流变应力,但对DSA行为具有一定的促进作用。相同应变速率下,挤压态Mg-Al-Mn-0.2Sr镁合金产生DSA的临界应变明显较小,且锯齿幅值略大。此外,Sr元素对孪生也具有一定的抑制作用,导致挤压态Mg-Al-Mn-0.2Sr镁合金的孪晶界出现不同程度的扭曲。

基于光纤光栅传感技术的深部巷道围岩状态精准表征

巷道围岩的变形和破坏是制约煤炭安全、高效生产的主要因素之一,精准的巷道围岩变形和破坏监测对确保煤炭资源安全开采具有重要意义,但传统监测技术难以满足目前巷道围岩精确监测的要求。为探索巷道围岩监测新的方法,针对采动影响下深部巷道围岩变形精准表征难题,结合淮北矿区杨柳煤矿1034工作面回采巷道工程地质条件,利用准分布式光纤光栅(FBG)传感技术,开展工作面回采过程中的巷道深浅部围岩动态变形特征实验研究。研究结果表明:回风巷两帮光纤应变变化存在较大差异,实体煤侧沿水平方向发生拉伸变形,煤柱侧因采动影响局部产生压缩变形且实体煤侧变形量是煤柱侧的两倍;随着工作面逐渐靠近监测位置,巷道围岩变形预演剧烈。工作面回采超前支承压力对于巷道围岩深部的影响越来越弱,围岩产生的应变也越来越小,应变峰值集中在孔深3~4 m;光纤光栅的应变分布与地层岩性相互对应,在弹性模量较小、岩性较软的泥岩中,光纤处于拉伸状态应变值较大,在弹性模量较大、硬度较高的细砂岩中,光纤处于压缩状态应变值较小。准分布式光纤传感技术能够实现在工作面回采过程中巷道围岩变形全过程监测,为深部巷道变形破坏的精准表征提供依据。研究成果可为后续巷道围岩状态感知提供参考与借鉴。

周向约束对木材压缩吸能特性的影响

通过准静态压缩试验,考察轻木、泡桐、杉木、毛白杨4种木材在周向约束条件时,顺纹和横纹的压缩力学行为、破坏形态、吸能特性,并利用t检验分析其差异显著性。结果表明:①周向约束木材的顺纹压缩应力-应变曲线仍表现为“三阶段”特征,周向约束可抑制木材剪切扩展、大幅屈曲变形等非稳态破坏,曲线平台阶段应力基本与破坏强度持平。②泡桐、杉木、毛白杨顺纹压缩的吸能能力、平台阶段平稳性显著提高,其单位体积吸能值分别提高了15.51%、53.02%、48.15%,理想吸能率增大了35.93%、24.24%、86.00%。③周向约束木材的径向与弦向压缩力学行为、吸能特性相似,木材压头侧边纤维受试样中部拉伸和剪切作用发生竖向剥离,并沿压缩方向产生裂纹。④与无约束压缩相比,周向约束轻木、泡桐横纹压缩应力-应变曲线形状无明显变化,径向压缩单位体积吸能值分别提高了325.51%、182.60%,弦向压缩单位体积吸能值分别提高了430.57%、255.66%;杉木、毛白杨周向约束时横纹压缩应力-应变曲线变为无平台区的“两阶段”形式,理想吸能率均显著降低。

树脂准静态拉伸黏弹性本构拟合与数值模拟

利用电子万能试验机开展了室温拉伸试验,在0.000667s^(-1)、0.003333s^(-1)、0.005333s^(-1)应变率下,研究树脂材料在准静态拉伸下的力学行为。试验结果表明,树脂材料(树脂质量:固化剂质量=3.7:1)在低应变率下的拉伸力学性能是率相关的,随应变率的升高,给定应变下的应力逐渐增大。扫描电镜(SEM)分析表明,随着应变率的升高,脆性断裂形貌特征越来越明显。采用广义非线性ZWT(朱-王-唐)本构模型描述树脂材料低应变下的拉伸力学行为,并由试验数据拟合得出一维、三维本构参数。将试验数据代入ABAQUS软件,模拟了不同应变率下的准静态拉伸试验,仿真结果与试验比较相符。

L245无缝钢管在4MPa氢气环境下的氢脆敏感性研究

为了考察低钢级管线钢在中压氢气环境下的氢脆敏感性,采用光滑和缺口试样慢拉伸试验方法,结合宏观和微观断口表征与分析,研究了L245钢在空气和4 MPa氢气中的氢脆敏感性。结果表明:L245钢光滑试样在4 MPa氢气中慢拉伸的抗拉强度、断面收缩率和延伸率的损失率分别为5.2%、4.8%和-0.1%,而缺口试样在4 MPa氢气中慢拉伸的抗拉强度、断面收缩率和拉伸位移的损失率分别达到19.1%、45.6%、15.4%,即发生了氢脆。L245钢光滑试样在空气介质中的慢拉伸断裂方式为韧性断裂;开缺口后起裂源开始于缺口位置,然后以准解理断裂的方式向内部扩展,加速试样断裂过程,但整体仍然表现为韧性断裂。相比之下,当L245钢光滑试样在4 MPa氢气环境中时,会在颈缩位置产生裂纹源;开缺口后,从缺口位置向内部产生的准解理断裂区域显著增加,使得断裂过程急剧加快,而心部则发生了氢致韧断。开缺口后L245钢在4 MPa氢气中的断裂方式为准解理断裂与氢致韧断相结合。

闭孔EVA泡沫类静态缓冲性能的研究

目的研究密度与应变率对闭孔EVA泡沫材料类静态缓冲性能的影响规律。方法基于包装用缓冲材料静态压缩试验法和能量吸收图法,对密度为80、95、106、124和180 kg/m^(3)的闭孔EVA泡沫试样在不同应变率下进行类静态压缩试验,得到应力-应变曲线,基于此进一步处理得到相应的单位体积能量吸收、能量吸收效率、缓冲系数和最大比吸能等曲线,同时绘制试样类静态压缩过程中的能量吸收图。结果闭孔EVA泡沫材料的密度越高,密实化应变越小,最大单位体积能量吸收越大;在压缩应变相同时,应变率越大,应力、单位体积能量吸收、能量吸收效率、最大比吸能越大;得到了5种密度闭孔EVA泡沫材料的本构方程和闭孔EVA泡沫材料的能量吸收图及其斜率与应变率的关系式;通过分析密实化应变与相对密度的关系,得到相关拟合公式。结论密度与应变率对闭孔EVA泡沫材料的缓冲性能有着非常大的影响,在一定的应力水平下会有一个最佳的密度使得刚好能吸收完能量,并保护产品不破损,该最佳密度受应变率的影响,因此可以通过能量吸收图进行相关的缓冲包装优化设计。

木材压缩吸能特性的尺寸与形状效应

【目的】解析试样尺寸和形状对木材压缩吸能特性的影响,指导木材压缩吸能特性的科学测试和评价。【方法】通过准静态大变形压缩试验,分别考察了毛白杨、杉木、泡桐和轻木4种木材,在不同截面尺寸(20 mm×20 mm、50 mm×50 mm)、不同截面形状(圆形Φ20 mm、方形20 mm×20 mm)下的压缩力学响应和吸能特性,并通过t检验分析其差异显著性。【结果】(1)木材“三段式”压缩应力–应变曲线不受试样尺寸和形状影响。(2)木材顺纹压缩破坏强度尺寸效应显著,强度随试样尺寸增大而减小,泡桐和轻木的顺纹压缩强度由小尺寸试样的30.94和14.56 MPa,分别减小至大尺寸试样的26.06和13.37 MPa,尺寸效应系数分别为0.84和0.92;木材横纹压缩强度、顺纹和横纹的破坏特征与吸能特性无明显尺寸效应。(3)木材顺纹压缩强度形状效应显著,圆形试样强度低于方形试样,形状效应系数为0.88~0.93;木材压缩破坏特征和吸能特性的形状效应与树种特性相关,杉木、泡桐和轻木的破坏模式以及吸能特性均不受形状影响;毛白杨吸能性能形状效应显著,圆形试样吸能性能优于方形试样。(4)木材密度越大,其尺寸和形状效应越明显。【结论】低密度轻软木材的吸能特性无尺寸和形状效应,建议采用取材易、加工简便、耗材少、成本低的小尺寸方形试样进行压缩吸能测评。

不同锚固参数岩体破裂变形特征研究

为探究在不同锚固参数条件下锚杆对深部巷道围岩拉剪复合破裂的控制作用,通过对准平面应变条件下不同锚固参数锚固体试件展开单侧临空加载试验,对比分析了不同锚固间距与锚固角度条件下锚固体拉剪破裂演化及变形特征。研究表明,水平锚固与倾斜锚固2种锚固方式均可有效提升试件的抗变形能力,对试件的变形破坏有明显抑制作用;水平锚固可以有效抑制试件张拉破裂,并在一定范围内随锚杆间距的减小抑制作用逐渐提升;倾斜锚固对试件剪切破裂抑制作用更加明显,且在倾斜锚固过程中存在最优锚固角度。此次试验为进一步展开研究提供了理论参考。

全珊瑚海水混凝土静动态力学性能与数值模拟

采用试验和三维随机骨料细观模型,研究了全珊瑚海水混凝土(CASC)在高温前后的静动态力学性能、抗侵彻和防爆性能.结果表明:添加剑麻纤维能有效改善CASC的脆性;随着温度的提高,CASC的残余抗压强度先增后减;经历高温后CASC的静动态力学性能明显降低,温度越高,高温弱化效应越明显.提出了描述CASC高温后受压应力-应变关系的两段式方程.建立了一种适用于CASC的三维随机骨料细观模型,数值模拟结果与试验结果较为吻合.

水泥砂浆石在准一维应变下的动态力学性能研究

以改进的SHPB被动围压试验方法 ,研究了水泥砂浆石在准一维应变下的动态力学响应。分析讨论了试验结果与围压套筒材料性质、几何尺寸等的关系。得到了水泥砂浆石的动态泊松比、动态杨氏模量、动态压缩强度。分析了试验中的摩擦力效应及其对围压下轴向应力应变关系的影响 ,完成了对材料弹性常数的修正。

三种控制方式在GB/T228.1-2010中的正确应用

为了满足GB/T 228.1-2010中方法 A对拉伸速率的要求,阐述了应变控制、应力控制和位移控制三种控制方式对金属材料拉伸性能的影响,提出了一种考虑了系统柔度的准应变速率控制方法,即用准应变全程位移自动控制间接实现对试样的应变速率控制。采用准应变速率控制方法时,无论测试何种金属材料、何种尺寸试样,试验人员仅需输入试样尺寸和估计的弹性模量,由程序自动计算出系统柔度和各阶段拉伸速率,即可对整个试验过程进行自动控制,使不同试验机得出的试验结果真正具有可比性。

准平面应变条件下泥砂岩变形局部化的试验研究

自行研制了准平面应变试验装置,利用该装置在不同加载速度和不同含水率条件下对重庆红色泥砂岩的变形局部化进行了试验研究,并利用弹性波方法测定了变形局部化的起动时间。结果表明,在平面应变条件下,泥砂岩的局部化带倾角与加载速率之间存在类对数关系,研究结果也证明了局部化起动时间受加载速度与含水率的影响较大。

准静态应变率下的煤岩非线性力学特性

为研究开挖扰动下煤岩的非线性力学特征,利用MTS815伺服刚性试验机对芙蓉白皎煤矿煤岩进行10-5~10-2s-1准静态应变率下的单轴压缩试验,分析准静态应变率下煤岩的应力-应变曲线、抗压强度、弹性模量、泊松比等力学特性的变化规律,基于煤岩显著的非线性力学特征,修正并验证黏弹性损伤本构模型的合理性。研究表明:①煤岩单轴压缩荷载作用下具有明显的压密、线弹性、塑性屈服、峰后破坏4个阶段;煤岩力学特性应变率相关性突出,随着应变率的增加,压密阶段缩短,线弹性阶段增长,屈服阶段应力强化特征及峰后破坏阶段应力软化特征趋于明显;②由于原生裂隙的闭合和扩展,煤岩受载作用下,各阶段均呈现显著的非线性力学特征,随着应变率的增加,压密阶段和线弹性阶段表现出的明显非线性特征呈减弱趋势;③准静态应变率10-5~10-2s-1范围内,抗压强度随应变率增加由8.83MPa增加至12.57MPa,增长率42.35%;弹性模量随应变率增加总体呈现先增加后减小的变化趋势,在10-5~10-4s-1应变率区间,弹性模量由1644MPa增加至1825MPa,随后在10-4~10-2s-1应变率区间内减小,变化趋势发生明显转折;泊松比在准静态应变率下随应变率增加而呈现逐渐减小的变化趋势,从1.53下降到0.71,减小53.59%;整个准静态应变率范畴下,煤岩的力学特征参数(抗压强度、弹性模量、泊松比)均表现出显著的非线性变化趋势,均在临界应变率10-3s-1附近发生转折。④利用一个损伤体和一个Maxwell模型并联方式,综合考虑准静态应变率下煤岩的非线性变化特征后,引入材料常数a对胡克定律进行修正,推导得出准静态应变率下煤岩的非线性损伤演化本构方程,并结合煤岩单轴压缩试验对其合理性进行验证。

原状和重塑海洋粘土经历动载后的静强度衰减

根据海洋粉质粘土原状和重塑土样的动三轴试验结果 ,比较和分析了两种土样应力、应变、孔隙水压力和不排水抗剪强度行为 ,得到了土样的静不排水抗剪强度衰减与波浪荷载作用下土样产生的动应变以及平均累积孔压之间的关系。并将波浪荷载作用使土样内孔压升高 ,有效应力降低 ,形成拟超固结现象的理论 ,应用到土样不排水抗剪强度衰减与平均累积孔压之间关系的分析 ;同时与重塑土样的超固结静态剪切试验结果进行比较 ,得到了土样在波浪荷载作用后的归一化不排水抗剪强度与拟超固结比之间的关系式。建议以少量原状土样 ,配合大量重塑土样的动三轴试验结果 。

Mg-4.3Li-1.08Y-5.83Zn合金的微观组织与塑性不稳定性研究

采用常压铸造及热挤压方法制备Mg-4.3Li-1.08Y-5.83Zn变形合金,通过光学显微镜、扫面电子显微镜、能谱和X射线衍射分析以及拉伸实验,研究合金的微观组织和变形行为及其力学性能变化。研究结果表明:Mg-4.3Li-1.08Y-5.83Zn合金的微观组织中形成了I-Mg_3YZn_6准晶相和W-Mg_3Y_2Zn_3及Mg_(0.97)Zn_(0.03)第2相,从而使合金的屈服强度和抗拉强度大幅度提高;在1×10^(-5)~1×10^(-2)s^(-1)应变率范围内,该合金产生了明显的塑性不稳定行为,随着应变率提高,动态应变时效机制主导的塑性不稳定性是使合金的屈服强度和抗拉强度表现为负的应变率敏感性的根本原因。

准一维应变下Al_2O_3陶瓷动态压缩失效的实验研究

为了考察Al2O3陶瓷准一维应变下的力学性能,采用LY12铝套筒和45钢套筒对陶瓷试样进行了环向约束,在准静态和动态下分别进行了压缩实验,得到了材料的应力-应变曲线。实验结果表明,Al2O3陶瓷的轴向压缩强度基本上随围压的增大而增大,动态压缩加载下的轴向压缩强度随应变率增大而增大。Al2O3陶瓷在准一维应变下的破坏形式为裂纹破坏,准静态的脆性失效行为可以用Mohr-Coulomb失效准则来描述。

一种新的本构模型及参数标定

在现行本构模型研究的基础上,建立了一种全新本构模型,它可以描述4种行为特征:弹性-弹塑性-软化、弹性-弹塑性-硬化、理想弹塑性、弹脆性;其模型参数只有4个,现行模型只是该模型的特例(如:邓肯-张模型),介绍了模型参数的决定方法,其决定的依据是:模型所描述的行为特征与实测数据之间相关度最优;分析了岩土体破坏后区特征,提出岩土体破坏后区行为可以定义为视应力-视应变特征。并以实例对该模型进行了说明,结果表明,该模型可以描述岩土体的行为特征,并对虚内键模型、弹簧模型和离散单元法等具有借鉴作用。

材料在准一维应变下被动围压的SHPB试验方法

本文提出了改进的 SHPB被动围压试验方法 ,可用于研究材料在准一维应变下的动态力学响应 .分析中计及了试样的径向变形 ,并讨论了试验结果与围压套筒材料性质、几何尺寸等的关系 ,从而可进一步推得材料的动态泊松比 ν2 、动态杨氏模量E2 、动态剪切模量 G以及动态压缩强度 Y.又分析了试验中的摩擦力效应及其对围压下轴向应力应变关系的影响 ,完成了对材料弹性常数的修正 .

三种含能材料力学行为应变率效应的实验研究

利用分离式霍普金森杆和万能材料试验机对复合固体推进剂(CSP)、高聚物粘接炸药(PBX)和B炸药(Comp.B)三种材料进行了高应变率和准静态压缩实验,得到了常温常压下,不同应变率的材料应力 应变曲线,对这三种材料本构行为的应变率效应进行了研究。