一种新型结构非本征F-P传感器全应变测量性能研究

光纤传感器作为一种新的测量信息传输方式,在航空发动机部件材料高温测量领域具有重要的应用价值。基于多光束干涉原理,制作一种新型结构的非本征光纤Fabry-Perot(F-P)传感器,探索其在航空发动机部件材料室温/高温环境静力拉伸试验过程中的变形测量性能。采用平板和圆棒两种形状的试样,在不同表面粗糙度和两种加载速率下,分别对比高级视频引伸计(AVE)进行室温、高温环境下静力拉伸试验。结果表明:新型结构的非本征光纤F-P传感器具有测量范围大,测量精度高,测量结果不受外界因素影响等优势,可实现航空发动机部件材料的超量程全应变测量;此外,在测量精度和设备体积方面明显优于AVE。

全应变梯度挠曲电纳米梁有限单元法研究

挠曲电效应是一种存在于所有电介质材料中的特殊的力电耦合效应,本质上是应变梯度与电极化之间的线性耦合。然而,应变梯度会引入位移的高阶偏量,常给挠曲电问题的理论求解带来困难。且已有研究表明应变梯度弹性项会影响纳米结构中的力电耦合响应,但是现有的挠曲电研究大多忽略了应变梯度弹性的影响。因此,本文提出了一种既考虑应变梯度弹性,又考虑挠曲电效应的有效数值方法。基于全应变梯度弹性理论,建立了包含3个独立材料尺度参数的纳米欧拉梁的理论模型和有限元模型,提出了满足C2弱连续的两节点六自由度单元。基于本文的有限单元法,以简支欧拉梁为例,通过分析讨论挠度、电势和能量效率,得到了挠曲电效应和应变梯度弹性项对梁的力电响应的影响。结果表明,挠曲电效应存在尺寸依赖性,且应变梯度弹性项在纳米电介质结构的挠曲电研究中的影响不可忽略。

超高性能海水海砂混凝土单轴受压应力-应变关系

为研究超高性能海水海砂混凝土(Ultra-High Performance Seawater Sea-sand Concrete,UHPSSC)轴压应力-应变关系,探究钢纤维体积掺量对UHPSSC轴压力学性能和轴压应力-应变全曲线的影响,使用Instron 1346万能材料试验机测得UHPSSC应力-应变全曲线,借助Pycharm曲线拟合程序与已有混凝土应力-应变全曲线模型进行拟合与修正.结果表明:钢纤维掺量越高,轴压作用下UHPSSC的破坏程度越小,抗压强度和峰值应变也随之增加;已有模型拟合的UHPSSC应力-应变全曲线上升段与试验曲线比较相近,下降段后期差距较大;通过修正下降段形状参数,得到了更适用于描述UHPSSC应力-应变全曲线的修正模型,并验证该修正模型的适用范围.

水泥加固黏土强度及应力-应变全曲线特征研究

以南昌地区典型粉质黏土为研究对象,通过正交试验和极差分析,探究水泥掺量、土样含水率和养护龄期对水泥土强度的影响,分析不同配比水泥土的破坏模式。结果表明,水泥掺量由2%增至8%时,水泥土分别为塑性破坏和双剪压破坏,水泥掺量超过11%时,水泥土呈明显的脆性破坏;水泥加固黏土时存在界限含水率,试样含水率高于界限含水率时,明显弱化水泥掺量对水泥土的抗压强度及应力-应变曲线的影响。根据水泥土应力-应变曲线的演变特征,提出水泥土的单轴应力-应变全曲线方程,通过理论值与试验结果对比,验证了其可靠性。

水分对煤全应力-应变过程渗流特征的影响

为探究水分对煤力学性质和渗流特征的影响,开展了干燥煤样和饱水煤样全应力-应变过程渗流实验,分析了2种含水状态煤样全应力-应变特征及渗透率演化规律。实验结果表明:干燥煤样全应力-应变曲线具有5个阶段,而饱水煤样仅具有4个阶段;饱水煤样在经历峰值应力破坏后,轴向应力跌落了36.82%,全应力-应变曲线中应变软化阶段消失;饱水煤样与干燥煤样相比,抗压强度下降了8.95%,弹性模量降低了8.54%,峰值应力降低了8.90%,应力跌落幅度增大了10.87%;干燥煤样渗透率随轴向应变增大而增大,整体呈线性关系;饱水煤样渗透率和应变的关系具有明显的阶段性,可分为稳定渗流阶段和快速渗流阶段;水分的存在会抑制煤体瓦斯渗流过程,在瓦斯抽采工程中应当注意煤层排水。

沉积岩石全应力应变过程的渗透性试验研究

通过实验室内全应力应变过程渗透性试验研究 ,分析了不同岩性沉积岩石的应变 -渗透率试验曲线 ,阐述了不同岩性岩石在变形破坏过程中渗透性变化的规律 ,概化出岩石的一般应变-渗透曲线 .研究表明 ,岩石的应变 -渗透率曲线是岩性、结构、应力状态等各种影响因素综合反映的结果 .

煤岩全应力–应变过程中瓦斯流动特性试验研究

利用AG–250kNI电子精密材料试验机,配合自制煤岩三轴蠕变瓦斯渗流装置,对煤岩全应力–应变过程中的瓦斯流动特性进行试验研究,得出煤岩在全应力–应变过程中瓦斯流动特性规律。试验结果表明:应变–瓦斯流动速度曲线与应力–应变曲线变化趋势具有相似性,且表现为少许滞后于应变的特点,这表明煤岩受载过程中的损伤演化决定着瓦斯在其内的流动特性,而瓦斯的吸附–解析过程及瓦斯在煤岩内流动需要时间是其表现出滞后性的主要原因。煤岩所受围压通过侧向压缩煤岩侧壁,导致其内部结构变化而对其所含瓦斯流动起到阻碍作用。进行2种不同粒径煤粉组成的煤岩比较试验,结果表明,其所含瓦斯流动特性差别较大,且颗粒组成较大的煤岩试件受外界条件影响较明显。

脆性岩石全应力应变过程中渗透性突变研究

针对岩体结构与渗透性对应关系的复杂性,直接建立二者的量化关系模型存在极大的技术难度问题,利用伺服渗透试验结果,分析脆性岩石全应力应变过程中渗透性演化和加载变形破坏特征,得出渗透性变化过程中存在跳跃突变点,该点处的应力和临界破坏强度以及岩石体胀点处应力处于同一应力水平;通过岩石统计强度分析,借助重整化群理论,在岩石试样承载能力概率函数基础上推导出脆性岩石临界破坏强度与峰值应力比值的表达式,该比值随围压增大而减小。用该公式预测伺服渗透试验中的渗透性突变点位置。研究结果表明：大多数脆性岩石预测值与试验值较吻合,误差在0.089-0.058之间,验证了该表达式的合理性。

煤岩全应力应变过程渗透性特征试验研究

在MTS815岩石伺服试验机上进行了煤岩全应力-应变过程中的渗透性试验,揭示了煤岩在变形破坏过程中的渗透率变化规律。试验结果表明,应变-渗透率曲线与应力-应变曲线变化趋势基本一致,但表现出相对“滞后”的特点,表明渗透率的变化与其损伤演化过程密切相关,同时煤体通过其内部裂隙的渗透需要一定的时间过程。同其他沉积岩石相比,煤岩微结构及微组分复杂多样,不同煤岩类型其渗透率相差很大。同时,由于煤岩微孔隙裂隙相对较发育,其渗透率受有效围压的影响更明显。

岩石三轴全应力应变过程中的渗透规律

通过岩石三轴压缩渗透试验，揭示了岩石在全应力应变过程中的渗透规律，发现岩石 渗透率一般不是常数，而是随应力应变过程中岩石内部结构演化特征改变．岩石渗透峰值多发 生在岩石破坏后的应变软化阶段．因此，防止岩石破坏与控制岩石破坏后变形的进一步发展， 对于预防岩层突水事故是同等重要的．

煤岩全应力-应变过程中渗透特性的研究

选取安徽淮南张集矿的煤样,对加工成的9个标准试件(50 mm×H100 mm)进行全应力-应变过程中的渗透测试及CT扫描试验。渗透试验结果表明:煤岩的渗透率-应变曲线与应力-应变曲线具有相似的变化规律,且渗透率表现出应变滞后性,表明瓦斯在煤岩中的流动特性与受载过程中煤岩内部产生的损伤演化密切相关;围压使煤岩内部的瓦斯通道发生压密闭合,导致渗透率随围压的增大而减小。在渗透试验前后对试件进行CT扫描,结果表明,渗透试验前试件上基本观测不到有微观孔隙裂隙的存在,渗透试验后有明显的贯通裂缝产生,导致试件的渗透率在应力-应变峰后呈现急剧上升的趋势。

突出煤和非突出煤全应力-应变瓦斯渗流试验研究

以突出煤和非突出煤的型煤为研究对象,设计两种型煤全应力-应变瓦斯渗流试验方案,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验系统,对比研究了两种型煤全应力-应变瓦斯渗流规律。结果表明,在应力-应变全过程中突出煤和非突出煤的煤样变形和瓦斯流量变化规律基本一致,即两种型煤在应力-应变全过程中瓦斯流量与煤样损伤变形的进程密切相关;瓦斯流量随着煤样的体积压缩而变小,且在煤样体积被压缩至最小时瓦斯流量降为最低值,煤样开始扩容后瓦斯流量转为增大;瓦斯流量随围压的增大而减小,且围压越大,瓦斯流量随应变变化的幅度越小。煤性对煤层瓦斯渗透性有明显影响,其渗透性可作为判断煤与瓦斯突出危险程度的一个重要指标。

混合骨料混凝土应力-应变全曲线的研究

研究了页岩陶粒与碎石按不同体积比混合配制的各组混凝土,在不同龄期时的应力-应变全曲线,并经过无量纲化处理分析。结果表明,混合骨料混凝土的应力-应变全曲线方程宜采用分段曲线的形式,其中上升段可采用与现行规范中普通混凝土相同的形式,但系数不同。对于同水灰比的各组混凝土,随陶粒掺量的增加,混凝土峰值应力几乎呈线性趋势降低,而其峰值应变则变化不大;随龄期的增长,峰值应力均增长,而峰值应变却有所降低。

片状岩石全应力应变压缩过程及力学机制试验研究

为了解片状岩石的全应力应变压缩过程及力学机制,利用RMT-150C岩石力学刚性伺服试验系统,对绿泥石片岩和云母石英片岩进行压缩力学试验.基于试验结果,得到岩石全应力应变压缩过程,提出峰前压密、线弹性、微裂隙稳态扩展和微裂隙不稳态扩展4个变形阶段以及峰后应变软化、残余应力稳定两个变形阶段,分析岩石在各阶段的强度变形特性以及体应变、横向应变和轴向应变之间的关系;详细探讨压缩条件下水对试样物理力学性质的影响规律,重点对比峰值强度、弹性(变形)模量等指标的敏感程度和围压效应;并揭示片状岩石在压缩状态下的破裂模式,将整个破坏过程分为单一剪切破裂、鼓状破裂、Y字形破裂及平行劈裂4种形式.

突出煤型煤全应力–应变全程瓦斯渗流试验研究

以典型煤与瓦斯突出矿井重庆天府矿业有限责任公司的三汇一矿K1煤层的突出煤型煤试件为研究对象,利用自行研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验系统,进行突出煤型煤在连续加载作用下,全应力–应变过程的瓦斯渗流规律的试验研究。研究结果表明:突出煤型煤在整个全应力–应变过程中,瓦斯流量与煤样的损伤变形的进程密切相关;瓦斯流量先随着轴向应变的增大而逐渐减小,在煤样达到屈服点后,瓦斯流量发展方向发生转变,开始慢慢增大,并在峰后瓦斯流量增速加大;另一方面,瓦斯流量先随着煤样的体积压缩而变小,在煤样开始扩容后,瓦斯流量转为增大,在破裂后阶段瓦斯流量增幅变大;瓦斯流量与轴向应变的关系可用二次函数表示;瓦斯流量随围压的增大而减小。

再生混凝土应力-应变全曲线试验研究

制作了26个100mm×100mm×300mm用于应力-应变试验的棱柱体试件(11个用于测试应力应变曲线,15个用于测试弹性模量),研究再生混凝土弹性模量及应力-应变全曲线随取代率的变化关系,提出再生混凝土应力-应变全曲线宜采用两段式表达,其方程与常规普通混凝土类似,但系数不同。

油松根系抗拉应力与应变全曲线试验研究

为探索林木根系固土力学机制,以黄土高原主要树种油松为研究对象,对其根系进行单根拉伸试验。应力与应变全曲线的理论分析和比较表明:在根系受拉后的初期阶段,荷载、应力、伸长、应变都是按比例增加,应力、应变呈直线关系。当加载超过弹性极限后,随着拉力的继续增加,根系发生塑性变形,应力与应变关系逐渐偏离直线,反映出高度非线性弹性特征。试验表明:油松根系抗拉强度与抗拉弹性模量存在极密切的相关性。根据试验结果提出根系受拉应力与应变全曲线统一数学表达式,其理论曲线与试验曲线吻合较好。

含不同气体煤岩全应力-应变渗透特性试验研究

分别以吸附性气体甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)和"非吸附性"气体氦气(He)为渗流介质,在三轴伺服渗流装置上进行了含不同气体煤岩全应力-应变加载过程煤岩渗透特性的研究。试验结果表明:三种气体的渗透率-应变曲线变化趋势相近,其相对应力-应变曲线变化有明显滞后性,吸附性气体的滞后性表现较为明显;在弹性到屈服点阶段和应变软化阶段,煤样渗透率与有效应力呈负指数关系;煤样对不同吸附能力的气体,其渗透率之间存在明显差异性;对煤样进行饱和吸附后,二氧化碳和甲烷所测渗透率较之氦气测得的(视为煤样绝对渗透率)平均减小了55%,且二氧化碳所测渗透率小于甲烷。

脆性岩石全应力-应变过程渗流特性试验研究

为了探讨岩石在整个变形过程中渗透性变化特点,取三峡永久船闸高边坡花岗岩与山西万家寨水电站高边坡灰岩试样分别进行不同围压条件下全应力-应变过程渗流试验。试验结果表明:岩石在破坏前后不同变形阶段渗流特性具有明显不同;岩石变形过程渗透性与变形破坏形式密切相关。在试验基础上进一步探讨了岩石全应力-应变过程渗流特点之机理,为研究水电工程节理裂隙岩体应力场与渗流场耦合问题提供有价值的支持。