应变率对光圆钢筋与混凝土“粘结-滑移”行为影响的实验研究

为研究应变率对钢筋与混凝土界面粘结性能的影响,利用高速拉伸试验机进行了光圆钢筋的动态拔出实验。通过合理设计加载夹具和测试方法,得到不同应变率下光圆钢筋的“粘结-滑移”全程曲线。实验结果表明:随着应变率的增大,钢筋-混凝土界面的粘结强度显著提高,且界面失效形式由拔出失效为主转变为混凝土试件的破裂破坏为主;粘结强度的动态增强因子(fDIF)随应变率的增长斜率明显可以分为低应变率和高应变率两个区段。低应变率下,fDIF 增长较为缓慢;而高应变率下,fDIF快速增长;转变应变率约为33 s^-1。

聚乳酸/聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)/改性高岭土纳米复合材料的结晶、动态力学及流变行为

为提高聚乳酸(PLA)/聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)(P(3HB-co-4HB))基体的综合性能,采用熔融共混法制备聚乳酸/聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)/改性高岭土(modified kaolin)纳米复合材料。利用DSC、DMA、旋转流变仪、扫描电镜(SEM)等对复合体系的结晶、动态力学性能、流变行为、表面结构等进行了研究。结果表明:复合体系的冷结晶温度逐渐变小,降低了12.5℃,结晶能力有所提高。此外,结晶度由21.65%增加到35.22%,提高了62.68%。DMA结果显示,随着改性高岭土添加量的增多,复合体系的储能模量E′和玻璃化转变温度出现先增大后减小的变化。熔融态下,复合体系的黏度随剪切速率的增大而减小,属假塑性流体。当体系中改性高岭土添加量为4%时,材料的缺口冲击强度有明显的改善。利用SEM发现,少量改性高岭土可以均匀地分散在PLA/P(3HB-co-4HB)基体中并能显著提高复合体系的韧性。

TiNi合金动态力学行为应变率-温度效应实验测试

为准确掌握NiTi形状记忆合金在不同应变率、温度下的动态力学行为中的应变率-温度,采用MTS809材料试验机与分离式霍普金森压杆实验装置开展了NiTi合金在不同初始温度下的准静态单轴拉伸与不同应变率下的动态压缩实验。结果表明,NiTi合金表现出应变率强化效应,其应力-应变曲线包含双弹性阶段与双非线性变形阶段。相变起始应力、结束应力以及位错屈服应力均随着应变率增加而明显增大,母相弹性模量与马氏体弹性模量变化不明显。在准静态拉伸中其屈服应力与弹性模量随温度升高先线性增长继而线性减小,而两个温度阶段内的相变硬化率水平存在明显差异。

高密度聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯共混物的动态流变行为相形态及力学性能

通过熔融共混制备了不同质量比的高密度聚乙烯(HDPE)/乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)共混物,采用旋转流变仪、扫描电镜及电子万能试验机等研究了共混物的动态流变行为、相形态及力学性能。结果表明,HDPE/EVA为不相容共混物,HDPE质量分数较高的共混物界面相互作用高于EVA质量分数较高的共混物,这就导致了HDPE质量分数较高的共混物中分散相尺寸更小。在50/50共混物中发现了明显的共连续相结构。HDPE与EVA共混后降低了HDPE相的熔点,提高了EVA相的熔点,这归因于EVA相对HDPE相的稀释作用以及HDPE相对EVA相的成核作用。当HDPE质量分数较高时,共混物的拉伸强度呈现出正偏差,而对于50/50的共混物以及EVA质量分数较高的共混物则显示出负偏差。断裂伸长率与拉伸强度的变化趋势相同,除了80/20共混物有所例外,这可能是由于该组成下共晶度较高所致。

AZ31B镁合金动态力学行为及变形机制

为了研究挤压态AZ31B镁合金在高应变速率下的力学行为及变形机制,采用分离式Hopkinson压杆和反射式拉杆装置在室温对挤压态AZ31B镁合金进行了动态压缩和拉伸试验,平均应变速率范围在500～2 600 s-1之间,用光学显微镜观察了测试后试样的微观组织变化.结果发现,由于在挤压过程中形成了基面织构,沿挤压方向压缩时,拉伸孪晶{1012}<1120>首先启动,屈服强度对应变速率不敏感,且屈服强度较低,但在塑性变形的第二阶段,位错滑移参与变形,应变速率硬化效应显著;沿挤压方向拉伸时,压缩孪晶{1011}<1120>和非基面滑移是其主要的塑性变形机制,合金屈服强度较高,并表现出轻微的正应变速率效应;由于织构的形成,合金在压缩和拉伸时表现出很强的拉压不对称性,压缩屈服强度与拉伸屈服强度的比值约为0.32.

高应变速率下Mg-Gd-Y镁合金动态拉伸性能与失效行为

为了研究Mg—Gd—Y镁合金在高应变速率下的动态拉伸性能及失效机制，采用分离式Hopkinson拉杆（SHTB）装置在室温下且应变速率为1400～3000S。范围内对其进行了动态拉伸实验，并利用光学显微镜和扫描电子显微镜对动态拉伸后的镁合金试样进行了分析．结果表明，在动态拉伸载荷作用下，Mg—Gd—Y镁合金沿ED方向呈现连续屈服现象．应变速率增大后，Mg—Gd—Y镁合金具有正应变速率效应．在动态拉伸载荷作用下，Mg-Gd-Y镁合金的断口形貌呈解理断裂特征，镁合金的变形方式为孪生和滑移，且滑移为主要变形方式．

改性EPS混凝土的动态力学行为

分别采用粒径1、3mm的发泡聚苯乙烯（EPS）制备了体积含量30%的EPS混凝土。利用硅灰、碳纤维对其进行了改性。利用准74 mm SHPB装置对EPS混凝土进行了应变率范围30~70 s的冲击压缩试验。分析了不同应变率下EPS混凝土冲击压缩应力-应变曲线的特点及变化趋势。对主要力学参数—强度、峰值应变随应变率的变化关系进行了讨论。发现硅灰、碳纤维对EPS混凝土动态力学行为有显著影响,能有效提高其强度、韧性和可压缩性。

混凝土3D细观模型及准静态力学行为分析

混凝土是应用最广泛的建筑材料,在细观尺度上由砂浆、粗骨料和界面过渡区(Interface Transition Zone,ITZ)组成,建立3D细观模型是揭示荷载作用下混凝土材料内部损伤机理的重要研究方法。基于传统的“生成-投放”法建立空间随机分布的随机凸多面体粗骨料模型,并提出骨料重力沉降和粒径缩放建模方法,实现了粗骨料体积率在50%范围内可调控;采用四面体网格划分多面体粗骨料以表征其真实形状;采用等效于零厚度粘结单元的粘结接触表征ITZ,解决了20μm~50μm厚度ITZ的网格划分问题;采用RHT材料模型表征砂浆和骨料,建立了混凝土3D细观有限元模型。随后开展了准静态单轴压缩、单轴拉伸、劈裂拉伸、双轴加载和三轴压缩条件下混凝土试件力学行为的有限元模拟。通过与试验应力-应变关系和试件破坏模式进行对比,验证了所建立的混凝土3D细观有限元模型的可靠性。进一步分析了砂浆、骨料和ITZ的强度,以及骨料粒径和体积率对混凝土单轴压缩力学性能的影响。结果表明增大砂浆强度可显著提高混凝土强度,而骨料和ITZ强度的影响较小;增大砂浆强度和ITZ强度可使混凝土峰值应变显著增大,而增大骨料强度导致混凝土峰值应变略有减小;降低粗骨料体积率和增大骨料最大粒径均可使混凝土强度略有增大且峰值应变减小。

基于3D细观模型的混凝土动态压缩行为分析

通过建立混凝土的3D细观模型,在细观尺度上分析动态压缩荷载作用下混凝土材料内部裂缝的产生和发展、损伤演化和动态强度及其影响因素。首先,基于传统的“生成-投放”法生成粒径、形状和空间分布均随机的凸多面体粗骨料模型,并通过骨料沉降和粒径缩放实现粗骨料的大体积率(达50%)和可调控;使用四面体网格划分骨料和砂浆表征其真实物理形状;使用界面粘结接触表征界面过渡区(ITZ)提升计算效率。进一步通过对比不同粗骨料粒径混凝土的分离式霍普金森压杆(SHPB)试验数据与模拟结果,如杆上应变时程、试件动态应力-应变曲线和试件损伤破坏模式,验证了建立的混凝土3D细观有限元模型、参数确定方法和数值仿真方法的准确性。最后,分析了30~100 s^(-1)应变率范围内骨料粒径(4~8、10~14和22~26 mm)、体积率(20%、30%和40%)和类型(石灰岩、花岗岩和玄武岩)对混凝土动态压缩强度的影响。结果表明:粗骨料粒径增大,混凝土动态压缩强度先增大后减小;粗骨料体积率越高,混凝土动态压缩强度越大;混凝土动态压缩强度随粗骨料强度的增加而提高。

动态硫化对共混物TPU/EVM动态力学性能的影响

橡胶加工分析仪RPA2000测试发现,动态硫化后共混物的储能模量G′升高,应变和温度依赖性减弱,Payne效应减弱,损耗因子tanδ降低,但频率依赖性与动态硫化前相似;RPA2000温度扫描中发现,在温度低于80℃时,动态硫化后G′反而降低,动态粘弹谱仪(DMA)测试也显示,动态硫化后共混物在高弹态时储能模量比硫化前低,原因可能是交联网络破坏了在高弹态时对模量贡献很大的热塑性聚氨酯(TPU)与白炭黑之间形成的键合橡胶。

环氧树脂/蒙脱土/2-己基-4-甲基咪唑纳米复合材料的固化行为

用动态扭振法研究了不同蒙脱土用量的环氧树脂/有机蒙脱土/2-己基-4-甲基咪唑纳米复合材料的等温固化过程。随固化温度的提高,凝胶化时间tg和达最大固化速率的时间ti缩短,固化速率加快,Avrami速率常数k增大。蒙脱土的加入加速了环氧体系的固化反应,但对表观活化能的影响不大,对纳米复合材料的形成过程没有特殊的影响。用非平衡态热力学涨落理论对纳米复合材料的固化作了理论预估,与实验固化曲线能很好地吻合。

聚丙烯/乙烯-辛烯共混物的动态交联及性能

利用动态交联技术制备了动态交联聚丙烯/乙烯-辛烯共混物(PP/POE).采用哈克转矩流变仪研究了动态交联对PP/POE共混物扭矩的影响;研究了交联剂的种类和POE用量对共混物力学性能的影响;考察了动态交联共混物的流变性能.结果表明,加入过氧化二异丙苯(DCP)后,PP/POE共混物的扭矩先升后降至平衡状态;随着POE用量的增加,PP/POE共混物的冲击强度明显提高,但拉伸强度有所降低,PP/POE共混物合适配比为100∶40,DCP的添加量为POE含量的2%为优;PP/POE共混物熔体流变行为属于假塑性流体,且高温下(220℃)降解反应程度高于交联反应程度.

钢筋混凝土动态粘结性能试验研究现状

通过对国内外钢筋混凝土动态粘结性能研究成果进行归纳总结,全面地介绍了动态加载下钢筋混凝土粘结性能的研究进展以及主要影响因素。在此基础上,根据已有的关于动态粘结性能研究中存在的一些基本问题,提出了后续研究工作的开展方向。

剪压复合作用下块体-砂浆界面力学性能试验研究

该文通过烧结粘土实心砖设计了24组72个三砖砌体标准试件进行双剪粘结滑移试验,进行了不同轴压比、砂浆等级对砖-砂浆界面剪切应力及剪切应变的影响试验,分别得到了砖砌体标准件界面的粘结破坏形态、粘结强度及粘结强度-滑移曲线,给出了砌体粘结强度计算式及块体与砂浆界面抗剪粘结滑移本构模型。基于ABAQUS有限元分析软件建立砖砌体精细化有限元分析模型,分析不同轴压比和砂浆等级对砌块、砂浆界面受剪性能的影响,通过对比分析有限元分析结果与试验实测结果,论证了材料本构模型的适用性及精细化数值分析模型的有效性及合理性。通过不同轴压比和砂浆等级对块体、砂浆界面剪压粘结-滑移试验性能展开数值分析,模拟结果表明,有限元粘结滑移模拟曲线与试验曲线比较吻合。

F2314/AS复合粘结剂与TATB界面作用的相关参数研究

为分析复合粘结剂的组成和配比对高聚物粘结炸药(PBX)界面作用的影响,基于不同理论模型,采用多个参数(参数A、β和有效体积分数φe)评估了氟树脂F2314/丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)复合材料与1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)的界面作用。结果表明,F2314/AS复合粘结剂与TATB的界面作用与F2314和AS的相转变有关,随着温度升高呈现较大波动。TATB/F2314和TATB/AS复合材料的界面作用参数β值分别为0.969和0.840。20℃时炸药颗粒的有效体积分数φe和单个颗粒有效体积的相对值B随F2314含量增加而增加。随着F2314含量增加,PBX中TATB炸药颗粒和粘结剂的界面作用增强。

转子-轴承系统裂纹-碰摩耦合故障的非线性特性研究

研究了带有裂纹和碰摩耦合故障的弹性转子系统的复杂运动。在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转静件间的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了含有裂纹-碰摩耦合故障转子系统的动力学模型。针对短轴承油膜力和裂纹-碰摩转子系统的强非线性特点,本文用Runge-Kutta法对转子-轴承系统由裂纹和碰摩耦合故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究,发现该类系统在运行过程中存在周期运动、拟周期运动和混沌运动等丰富的非线性现象,研究结果为转子-轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供了理论参考。

冷却方式对火灾后混凝土力学性能的影响

比利时研究人员开展了冷却方式对火灾后混凝土力学性能影响的研究。与以往的研究多关注火灾后缓慢降低到室温的混凝土材料的力学性能研究不同，根据火场的实际情况，研究人员考虑了火灾后喷水冷却对混凝土材料的剩余抗压强度、应力-应变关系以及混凝土与钢筋粘结滑移关系的影响。

灌浆缺陷对钢筋套筒动态连接性能的影响

为了研究灌浆缺陷对钢筋套筒动态连接性能的影响,对22个带缺陷的钢筋套筒试件进行拉伸试验,分析缺陷类型、缺陷尺寸、加载速率对钢筋套筒试件连接性能的影响规律。结果表明:钢筋套筒的连接承载力与缺陷尺寸呈负相关,其中中部缺陷影响最大,端部缺陷次之,厚度缺陷最小;试件的粘结强度与钢筋的锚固长度l呈负相关,锚固长度每减小0.5 d,粘结强度平均增大0.9 MPa。试件的粘结强度与加载速率呈正相关,高速率试件粘结强度平均增大8%;随着钢筋与灌浆料滑移量的增大,两者之间的粘结力先增后减,呈现有规律的变化。最后归纳总结出考虑缺陷类型和加载速率的钢筋套筒粘结强度公式以及试验相关的钢筋与灌浆料的粘结强度-滑移曲线。

基于MAP-POSS的ASA共聚物改性PVC的动态力学性能和流变行为

本文通过种子乳液聚合合成了一种新型的基于MAP-POSS的纳米丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物(POSS-ASA),然后制备PVC/POSS-ASA纳米复合材料。研究了PVC/POSS-ASA的塑性行为和流变行为,讨论了组成对PVC/POSS-ASA熔体的平衡扭矩、塑化时间和非牛顿指数(n)的影响,确定了动态力学性能、机械性能和形态。结果表明,随着POSS-ASA含量的增加,塑化时间缩短,熔体粘度增加。共混物的储能模量也随着POSS-ASA含量的增加而降低。当POSS-ASA含量仅为1%(wt)时,抗冲击强度和拉伸强度分别比纯PVC高3.3kJ/m^(2)和12.2MPa。POSS-ASA可用作PVC的有效抗冲助剂和加工助剂。

GFRP型材-混凝土组合梁受弯性能分析

为了研究玻璃钢纤维(GFRP)型材-混凝土组合梁的受弯性能,采用有限元分析软件ABAQUS建立其数值模型并进行模拟分析。对混凝土采用塑性损伤模型,并考虑了GFRP型材的各向异性的特征,连接界面采用牵引-分离模型来模拟GFRP型材与混凝土的粘结-滑移行为。试验结果验证了模拟分析的正确性。此外,进行了参数扩展分析,研究了混凝土板截面尺寸、GFRP型材截面尺寸(腹板高度和腹板、翼缘板厚度)对GFRP型材-混凝土组合梁受弯性能的影响。结果表明:剪力键间距为100mm的组合梁的极限承载力比间距为150、200mm的试件分别高21.4%和30.7%。FRP剪力键可有效提高抗剪性能,改善界面粘结性能。混凝土截面高宽比超过1.2时,组合梁破坏模式从受弯破坏向剥离破坏转变。合理设计组合梁截面尺寸可以有效地提高组合梁的极限抗弯承载力、最大挠度和拟延性特征,在力学性能和工程造价之间取得良好的平衡。