低应变率冲击荷载下节理花岗岩的动力响应规律

岩体中节理面的存在是引起冲击应力波衰减的主要原因,会造成爆炸能量的衰减及降低爆破效果。为探讨低应变率下不同节理倾角花岗岩在冲击荷载作用下的动态力学性质、应力波传递规律和能量传递规律,利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)试验装置对低应变率下3种不同冲击气压、4种不同倾角的节理花岗岩进行冲击试验。结果表明:(1)在含节理的岩样中,其峰值应力随节理倾角的增大呈下降趋势,随冲击荷载的增大呈上升趋势;(2)透射系数随节理倾角的增加先增大后减小,随冲击荷载的增大先减小后增大;(3)能量传递系数随节理倾角的增加先增高后降低,完整岩样、节理倾角θ=0º和45º的岩样,其能量传递系数都随着冲击荷载的增大而减小,而节理倾角θ=15º和30º的岩样,其能量传递系数随着冲击荷载的增大先减小后增大。

低应变率荷载作用下梯度泡沫铝力学性能研究

泡沫铝在工作状态下受到偶然低速荷载冲击作用会降低其吸能特性。本工作研究了匀质和梯度泡沫铝的准静态力学性能,测试了不同应变率(4×10^(-4)s^(-1)、3×10^(-3)s^(-1)、1×10^(-2)s^(-1))下梯度泡沫铝的压缩性能变化规律,同时采用X射线计算机断层扫描(X-CT)测定其压缩变形失效模式,探明了应变率及相对密度对梯度泡沫铝压缩吸能的影响规律。实验结果表明:在低速荷载作用下,匀质泡沫铝沿壁厚最薄弱区域开始变形,直至破坏;梯度泡沫铝则逐层压溃,直至失效破坏。相同应变率条件下,泡沫铝的强化倾向能力随相对密度提高而逐渐增强,梯度和匀质泡沫铝的应变率敏感系数分别最高可达0.235和0.210。泡沫铝初始压溃应力、平台应力随应变率提高而增大,梯度(MMH型)和匀质(H型)泡沫铝的初始压溃应力、平台应力分别最高可达10.02 MPa、10.7 MPa和12.89 MPa、10.19 MPa。相比匀质泡沫铝,梯度泡沫铝单位体积能量吸收值最多降低9%。本工作提出了以提高泡沫铝能量吸收效率为目标的最佳设计应力和能量吸收点的设计方法,可为泡沫铝夹芯结构防护面板的设计提供一定的参考。

低应变率下沙漠砂混凝土动态力学性能及本构模型

为研究沙漠砂混凝土动态力学性能,利用电液伺服万能试验机进行不同沙漠砂替代率下沙漠砂混凝土动态压缩试验;分析沙漠砂替代率和应变率对沙漠砂混凝土动态抗压强度和强度增强因子的影响,探讨低应变率下沙漠砂混凝土动态破坏模式;在非线性热黏弹性本构模型(ZWT模型)基础上,建立沙漠砂混凝土动态本构模型。研究表明:沙漠砂混凝土具有率相关性,随着应变率增大,沙漠砂混凝土动态抗压强度和强度增强因子逐渐增加;保持应变率不变,沙漠砂替代率为0%的沙漠砂混凝土强度增强因子最小;随着沙漠砂替代率增加,沙漠砂混凝土动态抗压强度呈现先增大后减小的趋势,沙漠砂替代率为40%时,沙漠砂混凝土动态抗压强度最大。

低应变率加载速度影响脆性岩体锚固效果的试验研究

外载荷加载速度是影响锚杆支护硐室稳定的重要因素,锚固体加载速度效应的试验研究较少。锚固硐室围岩会更接近单轴受力状态,围岩压力主要为低应变率加载,结合脆性围岩锚杆支护破坏特点,对布设两根相似锚杆的砂岩进行了从0.001~0.100mm/s等5种低应变率加载速度工况下的单轴压缩试验。试验表明低应变率加载速度对加锚试样和无锚试样力学性质及破裂特征的影响是有差异的。加锚砂岩弹性模量随加载速度增加有轻微提升,所有工况下,锚固砂岩整体轴向变形量仍与无锚砂岩的轴向变形量相近;无锚试样的单轴抗压强度随加载速度增大呈递增趋势,但加锚砂岩强度随加载速度增大出现相对劣化,对加载速度的敏感性相对降低,锚杆加固增强作用减弱;各加载速度下无锚试样均最终表现为拉剪破坏,初始可见表面裂纹均为轴向张拉裂纹;加锚试样随加载速度增加会使最终破裂形式由张拉破坏向拉剪破坏过渡,初始表面裂纹由轴向张拉裂纹转变为剪切裂纹。进一步,从能量理论与加锚岩体声发射特征、锚杆与岩体相互作用等方面探讨了低应变率加载速度增大导致加锚砂岩强度劣化的机制,声发射信号表明高加载速度条件下加锚试样受载初期就会产生较大损伤,耗散能量增加,同时,高加载速度亦使岩体与锚杆间的界面载荷传递不能发挥作用。研究结果表明,锚杆支护下的冲击地压巷道应防范锚固体的扰动失效问题,推广“锚支卸”联合防冲支护措施。

较低应变率大应变条件下聚氨脂泡沫材料的动态力学性能实验

利用加长型分离式霍普金森压杆(入射杆长6 000mm、子弹长800 mm)研究聚氨脂泡沫材料在较低应变率大应变条件一维应力状态下的动态力学性能,获得了约550μs的长加载脉冲,得到了该材料在应变率520 s-1、应变0.15条件下的应力应变曲线,对较低应变率条件下,应变率与动态应力平衡之间的关联进行了讨论。

应变率对Al-7.0Si-0.3Mg合金室温及低温组织与力学性能的影响

为了研究应变率对Al-7.0Si-0.3Mg合金在室温和低温的组织与力学性能的影响,对Al-7.0Si-0.3Mg合金分别在室温(20℃)和低温(-60℃)环境下应变率范围为1.4×10^(-4)~1.4×10^(-1) s^(-1)的拉伸力学性能进行研究,分析断裂微观组织形貌,揭示合金断裂失效机理。结果表明:应变速率由1.4×10^(-4) s^(-1)到1.4×10^(-1) s^(-1)时,Al-7.0Si-0.3Mg合金的抗拉强度和屈服强度升高,而伸长率下降。合金的抗拉强度和伸长率受温度的影响逐渐减弱。当应变速率为1.4×10^(-4) s^(-1)时,Al-7.0Si-0.3Mg合金的断口沿45°最大切应力方向扩展。当应变率升高或温度环境降低时,裂纹扩展路径由45°最大切应力方向向水平方向转变,呈现锯齿状分布,且温度越低锯齿状越崎岖。Al-7.0Si-0.3Mg合金在塑性变形过程中位错会形成Frank-Read位错源。低温环境和基体缺陷的共同作用将加速大量裂纹的萌生与扩展,从而降低Al-7.0Si-0.3Mg合金的力学性能。

2024-T42铝合金低中应变率力学性能及本构关系

为研究2024-T42铝合金的低中应变率力学性能和本构关系,采用电子万能实验机和高速液压伺服材料实验机,进行常温下2024-T42铝合金准静态、低中应变率拉伸实验,得到材料在不同应变率下的应力-应变曲线。考虑颈缩对真实应力-真实应变的影响,采用仿真反演方法对颈缩后的真实应力-真实应变曲线进行修正,并基于Johnson-Cook本构模型进行拟合。结果表明:2024-T42铝合金在低中应变率范围的率敏感性较弱;但具有较强的应变硬化效应;基于仿真分析的反演修正方法能较好重构材料颈缩点后的真实应力-真实应变曲线;并通过铝管压溃实验和仿真分析,验证了反演修正方法的合理性和所获本构模型参数的准确性。

NEPE 推进剂低高应变率下改进的黏-超弹本构模型

为研究低高应变率条件下NEPE推进剂的力学特性,通过电子万能试验机和分离式霍普金森杆装置,对NEPE推进剂进行了准静态和冲击实验,得到了不同应变率下(1.667×10^(−4)~4500 s^(−1))的应力-应变曲线。实验结果表明NEPE推进剂具有明显的非线性弹性和应变率敏感性,随着应变率的增加,材料的强度、屈服应力和弹性模量显著增加,与低应变率相比,高应变率条件下材料的应变率敏感性更高。在高速冲击下材料内部瞬间产生大量热量无法及时散发出去,使得材料内部温度升高,导致材料出现软化效应,力学性能降低。本文建立了一个非线性黏超弹本构模型,其中采用Rivlin应变能函数来描述稳态超弹响应部分,采用积分型本构模型来描述材料的动态黏弹性响应部分,考虑到松弛时间具有应变率相关性,本文采用了一个率相关松弛函数来替代传统的Prony级数形式。使用极慢速压缩实验数据对本构模型中的超弹部分进行拟合获得超弹参数,然后用准静态和动态实验数据对本构模型进行拟合得出其他参数。不同应变率下的预测曲线与实验曲线具有较好的重合度,证明了该模型可以很好地描述低高应变率下NEPE推进剂的力学特性。

玻纤增强聚丙烯复合材料的应变率敏感特性

采用层合热压实验法将玻璃纤维基毡与聚丙烯薄膜复合制成不同玻纤含量的玻纤增强聚丙烯(GF/PP)复合板材,在不同的加载速率下进行拉伸测试,研究GF/PP复合材料的应变率敏感特性,分析Burgers模型对该材料本构关系拟合预测的可行性。结果表明:GF/PP复合材料在低应变率范围内对应变率是敏感的,随应变率的增加,其断裂应力和抗拉强度增大;随玻璃纤维含量的增加,其所对应的应变率效应反而有所下降。同时,Burgers模型能够有效地拟合预测出该材料的拉伸应力-应变曲线,与实验曲线相比,进一步验证了GF/PP复合材料的应变率敏感特性及其变化趋势。

基于SHPB的构造煤动态力学特性试验研究

为探究构造煤在冲击动载作用下的力学特性,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对赵庄煤矿3#煤样进行冲击试验,冲击气压设定为0.15、0.2、0.3 MPa。研究结果表明:不同冲击动载作用下,构造煤应变率随应变增大均呈M型,且具有显著的阶段特征,其最大应变率、平均应变率随冲击动载的增大而增加;低应变率条件下,煤样的应力-应变特性表现为显著的脆性材料特征,且动态抗压强度与平均应变率呈线性增大特征。热活化机制是低应变率煤岩动力学特性衍化的决定机制。

循环动载下大理岩的力学响应及裂隙扩展规律

为研究大理岩在循环冲击载荷下的动态力学性能,利用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)及核磁共振装置(NMR),研究循环动载(1~10 s^-1)冲击下岩石内部的裂隙发展规律.结果表明:岩石在循环动载冲击下,峰值应力随应变率的增大变化很小,但是随着冲击次数增加,存在一个临界应变率或冲击次数,当达到该临界值时,峰值应变快速增大;岩石在最初冲击时,表现出明显的弹性后效,随着冲击次数增加,岩石内部裂纹起裂时间越来越早,且裂纹扩展越来越快,应变幅值增大;通过核磁共振成像发现,随着冲击次数的增加,裂隙集中发育(白色亮点)愈来愈明显,呈条带状分布,并逐渐贯通.从最终破坏形态来看,大理岩在动载下为轴向劈裂破坏,大块较多.

井下金属管材腐蚀机理的探讨

在腐蚀性油井环境中,材料的剥蚀有三种普通方式:失重腐蚀使金属表面或多或少的受到均匀侵蚀;金属损失高度集中时就会发生点蚀或隙间腐蚀;而环境诱发的裂纹是无明显金属损失的脆性断裂。