3D打印水泥基材料高温后劈裂拉伸尺寸效应试验研究

为探究3D打印水泥基材料高温后劈裂拉伸尺寸效应,共设置5种温度和3种尺寸,应用液压伺服机对3D打印水泥基材料展开劈裂拉伸力学性能试验研究,分析高温和尺寸效应对3D打印水泥基材料劈裂拉伸力学性能的影响规律。主要得到以下结论:随着温度升高,试件抗拉强度逐步降低,不同尺寸试件的抗拉强度受高温影响降低幅度基本相同,最大降低幅度为87.97%。随着尺寸增加,试件抗拉强度逐步降低,温度的提高导致试件抗拉强度受尺寸效应影响变化幅度逐步增大。受尺寸效应影响,不同试件高温后的抗拉强度变化区间为18.488%~26.165%。同时,基于尺寸效应律提出3D打印水泥基材料高温下抗拉强度计算模型,并应用微观测试技术揭示其力学性能演化机理。

基于间接拉伸试验的沥青-集料界面黏结性研究

为研究沥青-集料界面黏结性能,选取70号基质沥青及SBS改性沥青混合料在不同温度、老化、水分条件下进行间接拉伸试验,通过分析其峰值力、断裂能、开裂容忍指数(CT)来表征沥青与集料间的黏结性,揭示各影响因素对沥青-集料的影响特征。结果表明,沥青混合料的峰值力随温度升高而降低,但断裂能及CT指数随温度升高而增大,温度在本质上改变了沥青的黏弹性质,从而使得沥青与集料的界面黏结性能发生显著改变。随着老化程度的加剧,沥青混合料峰值力增大而断裂能、CT指数降低,在长期老化条件下,70号基质沥青与SBS改性沥青的峰值力分别增长31.1%,15.4%,而断裂能分别减少27.6%,19.1%,老化作用提升了沥青混合料的黏结强度,但抗裂性及延展性遭到削弱。长期高温浸水处理后,沥青混合料的峰值力、断裂能、CT指数均发生显著下降,在高温浸水4 d后,70号基质沥青和SBS改性沥青混合料的峰值力分别下降48.2%,33.1%,CT指数分别降低67.7%,32.5%,水分侵入沥青-集料界面造成了沥青膜的剥离,严重影响沥青-集料界面的黏结性。

基于修正断裂分析模型的混凝土劈拉强度预测

数值分析是规避试验短板、实现理论预期的重要研究手段。该文采用细观尺度数值试验方法,对建立的基于绕晶失效模式的混凝土三维细观断裂理论分析模型进行修正。采用的混凝土数值分析模型由砂浆、界面及骨料组成,与理论分析模型保持一致。为模拟普通强度混凝土的力学行为,采用塑性损伤本构模型表征砂浆和界面的力学性能,骨料则设为弹性球体。采用自编骨料投放程序,建立了截面尺寸分别为100 mm(一级配)、150 mm(二级配)、300 mm(三级配)和450 mm(四级配)的三维模型混凝土标准立方体试件。通过开展不同界面强度条件下标准立方体试件劈裂拉伸加载数值试验,对理论分析模型进行了修正,建立了用于不同级配混凝土劈拉强度预测的半理论-半经验修正计算公式。与数值试验及物理试验结果对比表明:修正后的理论分析模型能够有效表征混凝土宏观力学性能随细观组成材料力学特性和结构特性的变化规律。该文提出的基于重叠效应和结构效应分析的理论模型修正方法,可为后续建立基于修正断裂分析模型的混凝土力学性能半理论-半经验预测公式奠定基础。

两种纤维加筋模拟月壤地聚合物动态劈裂试验研究

为了解纤维加筋模拟月壤的动态劈裂力学特性,选用聚丙烯纤维和玄武岩纤维制备了纤维加筋模拟月壤地聚合物圆盘试件,利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置开展了冲击劈裂试验,并使用扫描电子显微镜观察地聚合物断裂面处纤维的分布排列情况。试验结果表明:当聚丙烯纤维掺量为0.4%时试件的劈裂拉伸强度达到最大,较未掺时提高22.9%~27.3%;相同纤维掺量下,聚丙烯纤维对试件劈裂拉伸强度的增益效果要优于玄武岩纤维;纤维掺量一定时,试件动态劈裂拉伸强度与冲击气压呈正相关,纤维对劈裂拉伸强度的增益效果与冲击气压呈负相关;试件在冲击荷载作用下沿轴向劈裂为相对完整的两半,纤维的掺入减小了试件的破坏程度,改善了脆性破坏;试件的劈裂破碎块度平均粒径随纤维掺量的增加而增大。研究结果为未来月球基地建造材料的选择提供参考。

基于PIV劈裂试验膨润土抗拉强度公式的修正

用于高放废物深地质处置库的压实膨润土砌块因绑扎起吊,会受到拉应力的作用产生拉张裂隙进而影响其使用效果,因此系统研究膨润土的抗拉强度具有重要工程实际意义。基于粒子图像测速技术对压实膨润土进行了一系列的劈裂试验和直接拉伸试验,探求快速且准确获得膨润土抗拉强度的试验方法,同时基于PIV劈裂试验对膨润土抗拉强度公式进行了修正。试验结果表明:压实膨润土的抗拉强度随着含水率的增加呈先增加后减小的趋势,当含水率为13%时其抗拉强度最大。应力-位移关系曲线、位移矢量场和裂隙特征在阶段性划分中存在明显的一一对应关系。当压实膨润土的含水率和初始干密度均相同时,劈裂试验获得的抗拉强度大于直接拉伸强度。采用Frydman提出的修正系数2g和PIV劈裂试验获取的变形参数对劈裂抗拉强度进行修正,修正效果较好。同时在经典巴西劈裂公式基础上引入一个简化修正系数K,结合PIV劈裂试验结果也可快速、准确地获得压实膨润土的直接拉伸强度。

基于半圆弯曲和间接拉伸试验的沥青混合料断裂性能研究

为揭示不同沥青混合料在中温条件下的断裂性能,文章通过半圆弯曲和间接拉伸试验对沥青混合料断裂性能展开了研究,从设计与生产的角度讨论了热拌与温拌生产工艺、结合料类型、老化等因素对沥青混合料断裂性能的影响。结果表明:半圆弯曲试验测得的临界应变能释放率(Jc)值与间接拉伸试验测得的韧性指标值(TI)具有良好的相关性;结合料类型和老化对沥青混合料断裂性能有显著影响;相对于常规沥青混合料,聚合物改性沥青混合料具有更强抗断裂性能,老化降低了沥青混合料的断裂性能,但提高了沥青混合料的强度;温拌技术对所生产的沥青混合料断裂性能无明显影响。

直接拉伸、劈裂及单轴压缩试验下岩石的声发射特性

采用自行研制的岩石直接拉伸试验装置,对砂岩和石灰岩2种岩样进行直接拉伸、劈裂及单轴压缩试验。试验结果表明,2种岩石的声发射活动情况大体相同。在单轴压缩条件下,加载早期的声发射活动较为活跃,随着荷载的增加,许多试样的声发射率较加载初期有所下降,这通常被认为与试样中的裂隙压密有关。劈裂试验条件下岩样的声发射活动规律与单轴压缩条件下基本一致,所不同的是:在劈裂试验条件下,声发射活动在整个加载过程中持续不断,直至临近破坏时,声发射活动大量增加,即劈裂试验条件下未观察到与单轴压缩试验类似的“裂隙压密”阶段声发射率较高的现象,也未观察到压缩试验中试样发生微破裂时,声发射累计事件数出现阶跃、变形曲线上出现拐点的现象。在直接拉伸条件下,试样的声发射活动又有很大不同,在破坏发生前的整个加载过程中,观察到的声发射事件数和能率远少于单轴压缩和劈裂试验的结果。对于大多数试样,声发射事件仅在试样破坏时才能观察到。

圆盘冲击劈裂试验中岩石拉伸弹性模量的求解算法

提出圆盘冲击劈裂试验中求解岩石拉伸弹性模量的解析算法。结合圆盘对心受力的理论弹性解和实际试验过程中方便测量的物理参数,基于微积分原理,得到岩石拉伸弹性模量和垂直加载方向上总位移变形量之间的定量关系式。在此基础上,考察试样中心平行加载方向和垂直加载方向位移量之间的关系,认为两者之间存在线性关系,可以用比例函数进行表示。最后,结合SHPB冲击劈裂试验原理,通过测量得到平行加载方向位移,利用得到的比例函数进行换算,代入到拉伸模量和垂直加载方向上总位移变形量之间的定量关系式中,进而得到圆盘冲击劈裂试验中岩石拉伸模量的求解公式。该式包含冲击加载力、试样直径、试样厚度、岩石泊松比和试样中心平行加载方向上总位移变形量5个物理量,意义明确,运用简便,为求解圆盘劈裂试验拉伸弹性模量提供了一种新的方法。

巴西圆盘劈裂试验中拉伸模量的解析算法

提出巴西圆盘劈裂试验中拉伸模量的解析算法。结合圆盘对心受力的理论弹性解和实际试验过程中便于测量的物理参数,基于微积分的原理,通过对试样中心垂直加载方向上每一点拉应变的积分,可以得到该方向上总的变形量,进而推导出岩石拉伸模量和总位移变形量之间的定量关系式。该关系式包含加载力、试样直径、试样厚度、岩石泊松比和试样中心垂直加载方向上总位移变形量5个物理量,其意义明确,运用简便,可为求解巴西劈裂试验拉伸模量提供一种新的方法。

劈裂拉伸条件下大红山铜矿矿岩变形特性的试验研究

对大红山铜矿的3种岩石的试样进行了劈裂拉伸(巴西法)试验和单轴压缩试验,研究了岩石的变形特性。劈裂试验中在试样中部相互垂直的方向上粘贴了电阻应变计测量试样的变形。结果表明,在劈裂试验条件下,两种岩石均出现垂直于加载轴线方向所获得的拉伸弹模小于平行于加载轴线方向所获得的压缩弹模的现象。与单轴压缩下试样出现破裂、扩容的破坏特征相比,劈裂拉伸下试样的变形特征为接近峰值时变形曲线斜率会逐渐降低,达到峰值应力后则很快出现数值很大的拉伸变形,直至试样破坏。劈裂拉伸循环加卸载试验发现,大多数试样的拉伸卸载变形大于加载变形,致使残余变形的数值为负值,称之为反向残余变形。此现象与连续介质变形行为的预期不符,至今未见类似报道。反向残余变形是否具有普遍性及其影响,应该开展更多研究。

层状大理岩间接拉伸试验及断口形貌和断裂机理分析

通过MTS815试验系统、激光扫描仪和SEM电镜对锦屏Ⅱ级水电站交通辅助洞的盐塘组互层状大理岩进行间接拉伸试验研究、断口形貌测试和细观断裂机理分析。结果表明:拉应力的作用方向与层理面的夹角显著影响岩石的抗拉强度及破坏机理,当拉应力平行层理面时,岩样的平均抗拉强度约为6.32 MPa,断口形貌较为粗糙,表面分维约为D=2.14~2.17;而当拉应力垂直层理面时,岩样的平均抗拉强度仅约2.57 MPa,断口形貌较为平缓,表面分维约为D=2.07~2.10。对于同一种岩石,断口形貌特征与其抗拉力学性能具有明显的对应关系,即断裂表面越粗糙,其分形维数越大,对应的抗拉强度也越高,反之亦然。通过SEM揭示了产生这种现象的细观断裂机理,当拉应力垂直层理面时,岩石主要发生沿晶断裂,穿晶断裂相对要少些;而当拉应力平行层理面时,岩样的断裂模式主要为沿晶和穿晶耦合断裂。研究表明,不同的微细观断裂模式是层状大理岩断口形貌迥异和力学性质差异的根本原因。

混凝土动态劈裂拉伸试验的数值模拟(英文)

采用LS-DYNA有限元编码程序,对混凝土的动态劈裂拉伸试验进行了数值模拟。给出了混凝土试样在不同类型加栽情况下应力分布之间的差异,证实了动态劈裂拉伸试验的有效性,提出了改进试验方法的若干结论.

岩石直接拉伸试验与劈裂试验的对比研究

由于岩石抗拉能力低 ,在很多情况下 ,岩体工程的破坏是从岩石局部受拉破坏开始。采用直接拉伸法和劈裂法 ,在INSTRON - 1 345液压伺服刚性材料试验机和CSS - 44 0 0 0电子万能试验机上 ,分别对花岗岩、砂岩和泥岩进行了抗拉强度试验。试验证实了直接拉伸法较劈裂法优越 。

岩石劈裂拉伸试验的能量耗散分析

利用直径50 mm的霍普金森试验装置,对长径比为0.5的三种岩石进行动态平台巴西圆盘劈裂拉伸试验,分析了岩石试件在动态加载过程中能量的应变率效应、能量耗散特征和破坏形态。结果表明：反射能与入射能比值大于50%,透射能与入射能比值在10%以内,试件耗散能与入射能比值在10%-45%,因此,试件端部粉碎三角区的面积大小存在差异;在进行冲击试验过程中为提高岩石试件破碎的能量利用率,需尽量避开应变率200-300 s-1范围;岩石的抗拉强度、弹性模量、应力峰值的对数与能量耗散的对数具有显著线性关系。

利用楔劈拉伸试验研究混凝土的断裂特性

利用改进了的楔劈拉伸试验方法，对尺寸为２００ ｍ ｍ ×２００ ｍｍ ×１００ ｍ ｍ 的小型试件在不同的预制裂缝（ 初始裂缝）下的混凝土的开裂、裂缝稳定扩展进行了研究．试验结果表明，利用Ｓｈａｈ 等人提出的双参数模型所求得的混凝土稳定断裂韧度ＫｓＩｃ 与混凝土的初始裂缝长度ａ０ 无关，同时还发现混凝土临界裂缝尖端张开位移ＣＴＯＤｃ 及裂缝过程区长度ａｅ 与初始裂缝长度ａ０ 成反比关系．由于该方法所得到的结果同相应的三点弯曲试验所得到的结果几乎一致，因此其有可能成为判断混凝土失稳断裂材料参数的方法．

岩石轴向拉伸与劈裂法试验结果的比较分析

用轴向拉伸法和劈裂法进行系统的岩石抗拉强度试验，结果表明劈裂法的误差很大，在工程应用中应采用轴向拉伸法，并为此设计了万向接夹具，解决了轴向拉伸试验中试件轴线的对中问题。

采用间接拉伸蠕变试验评价沥青混合料低温抗裂性能

为深入评价沥青混合料的低温抗裂性能,对3种(粗、中和细)级配AC-20沥青混合料进行了3个温度(0,-10和-20℃)条件下的间接拉伸低温蠕变试验。根据幂函数模型计算得到了沥青混合料的低温蠕变柔量,并基于时-温等效原理,以-10℃为参考温度建立了幂函数模型蠕变柔量主曲线,分析了沥青混合料的低温蠕变性能和低温抗裂性能。结果表明,温度在0℃时,中间级配混合料的低温抗裂性能最好,而随着温度降低到-20℃时,粗级配混合料的低温抗裂性能变最好;采用幂函数模型能够较好地描述沥青混合料扩宽时间域的低温蠕变柔量主曲线,其参数幂指数m能较好地表示沥青混合料的低温松弛能力,在宽时间域内,细级配混合料的低温松弛性能增大,相应的其低温抗裂性也最好。

硬质聚氨酯泡沫动静态劈裂拉伸的试验研究

利用双立柱微机控制电子万能试验机并结合应变分析测量系统对密度为0.54g/cm3和0.62g/cm3的2种硬质聚氨酯泡沫(RPUF)进行准静态劈裂以及利用分离式霍普金森压杆对密度为0.62g/cm3的RPUF进行动态劈裂,试验研究主要考虑应变率、密度和长径比3个影响因素。结果表明,在RPUF的准静态劈裂试验中,其抗拉强度、弹性模量均随应变率的增大而提高,而随长径比的增大却呈现降低的趋势;此外,RPUF的抗拉强度与密度也有着密切关系,即材料密度越大,抗拉强度越高,而对于较高密度的材料,当应变率达到一定值后,其抗拉强度的变化不再明显;在动态劈裂试验中,RPUF的DIF值随应变率的增大而明显升高且呈非线性增长的趋势,而抗拉强度、弹性模量均随长径比的增大而降低。

玄武岩纤维混凝土孔隙结构表征及劈裂拉伸试验研究

基于试验研究不同长度(0 mm、6 mm、12 mm、18 mm)玄武岩纤维混凝土内部孔隙结构表征及在不同应变率下劈裂拉伸力学特性,采用核磁共振(nuclear magnetic resonance)及电镜扫描(scanning electron microscope)技术,分析试件T谱分布、孔径分布、孔隙率及纤维与混凝土间的黏结情况,并利用万能试验机与分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar)对不同长度玄武岩纤维混凝土试件开展不同应变率下的劈裂拉伸试验,分析纤维长度、应变率对混凝土劈裂拉伸力学性能的影响。结果表明:玄武岩纤维混凝土的T谱曲线为双峰型,素混凝土试件T谱峰值最大,孔隙率最大,纤维的掺入能有效降低试件孔隙率,长度为6 mm时效果最佳;试件内部孔隙以微孔、小孔为主,纤维的掺入使试件微孔占比增大,小孔占比降低;随着应变率的增大,试件表现出应变率强化效应,动态增强因子(dynamic increase factor)与应变率间呈良好对数相关;纤维的掺入能有效增强试件拉伸强度,减小其极限应变,纤维长度为18 mm时效果最佳;SEM结果表明玄武岩纤维与混凝土材料间黏结作用能有效承担荷载,减小裂隙扩展,增强试件抵抗受力变形能力。

北山花岗岩直接拉伸与巴西劈裂试验研究

以甘肃北山预选场区地下实验室深部花岗岩为研究对象,采用直接拉伸与巴西劈裂两种试验方法,对岩样的拉伸力学特性进行了综合试验研究。研究表明,直接拉伸试验测得的花岗岩抗拉强度低于巴西劈裂试验,两者比值为0. 71,直接拉伸试验得到的结果更加真实反映花岗岩的抗拉强度特性。两种拉伸破坏方式的岩石断面扫描研究表明,直接拉伸以晶间断裂为主,为典型脆性拉断破坏;巴西劈裂以穿晶断裂为主,存在剪切破坏。