高温后结构钢材单调拉伸和循环荷载试验研究

现有的火灾后钢材残余特性研究大多着眼于钢材在高热下或升温后的残余静力特性,而对过火后钢材在循环荷载作用下的滞回和抗震特性鲜有研究。对于建筑结构和桥梁中常用的Q235和Q355两种钢材,对其进行了500~1000℃的模拟火灾加热处理,并进行自然冷却或浸水冷却。对于冷却后的钢材试样进行了单向拉伸试验和2种不同荷载变化规律下的循环加载试验,得到了模拟温度和不同降温方式对于两种钢材滞回特征的影响规律。由试验结果可得,在受到的最高温度不高于600℃时,Q235和Q355钢材在自然冷却和浸水冷却后的单向拉伸和往复荷载工况下,其强度等级和弹塑性强度发展特征均与相应的未进行加热处理的钢材相似。当过火温度高于600℃时,自然冷却后Q235和Q355钢材的初始屈服强度会随过火极限温度的升高而逐渐下降。但在循环荷载影响下,钢材存在循环硬化效应,且该效应将随着过火极限温度的升高而逐渐显著。高温经历所导致的强度削弱会逐渐恢复。Q235和Q355钢材在循环荷载作用下的滞回刚度会逐渐下降,且极限温度和冷却方式会影响滞回刚度的下降幅度。高温过火且浸水冷却条件下,Q235和Q355钢材循环硬化效应显著,弹性域增长显著,循环荷载作用下塑性耗能能力下降明显。

拉伸-压缩-瞬时卸载复合加载式软岩真三轴试验机的研制

为了更准确地模拟深部工程软岩体所处的真三轴应力状态,同时为研究单向快速卸载条件下的岩石变形破坏机制,本文研制了一种拉伸-压缩-瞬时卸载复合加载式软岩真三轴试验机。该试验机由加载框架、电动加载系统、夹具、电磁式瞬时卸载系统、控制系统、软件系统组成。该试验机的创新性和先进性功能有:(1)可实现多种应力路径下的单轴、双轴、真三轴、岩爆、声发射、低频扰动等试验;(2)采用电动伺服作动器实现真三轴刚性加载,具有加卸载平稳、节能环保的特点;(3)加载头采用球面压头,保证加载端面与试样充分接触,采用双层滚排减小端部摩擦效应的影响;(4)采用电磁吸盘技术的瞬时卸载装置实现快速卸载功能;(5)采用力控制监控位移的双层控制方式,保证在加卸载过程中试样中心不变,与加载中心重合。最终通过力、位移、变形标定工作后,再进行功能验证和综合试验。结果表明,该试验机的准确性、功能性、可靠性满足软岩真三轴应力条件下的力学特性研究需求。

考虑温度和加载影响的离子型中间膜拉伸力学性能

为研究温度和加载影响的离子型中间膜的拉伸力学性能,在低应变率范围内对其进行了-40℃~80℃的单调拉伸试验以及室温下的循环加卸载拉伸试验。基于试验结果,确定了离子型中间膜的力学性能特征指标。结果表明,随着应变率的升高和温度的降低,其强度普遍提高,但极限应变有所降低;断后试件有约80%的不可恢复变形;循环加卸载拉伸曲线的包络线与其相同条件下的单调拉伸试验曲线基本一致,随卸载应变的升高,其加卸载耗能能力提高,而割线卸载模量先减小后增大。基于试验结果,给出了低应变率下的G’Sell本构关系。在此基础上,根据割线卸载模量的变化,提出了加卸载应力-应变的变模量模型,对比模型预测关系曲线与试验曲线,两者吻合较好。

陶瓷基复合材料拉伸力学性能试验方法研究

本文以2D SiC/SiC、2.5D C/SiC与SiC/SiC拉伸试样为研究对象,通过试验方法对比了数字图像相关(DIC)、引伸计、应变片三种应变测量方式的测量结果,得出更准确可靠的应变测量方法;通过对比单调拉伸与循环加-卸载两种载荷形式下的试验结果,结合声发射信号,分析了不同载荷形式对测试结果的影响;针对PIP制备工艺,研究了同一构型对C/SiC与SiC/SiC两种材料的适用性。

高温后高强Q690钢材循环加载试验及本构模型研究

钢材经历火灾高温和冷却后其材料力学性能会发生不同程度退化,已有研究主要关注过火后钢材的残余静力性能。为研究经历火灾高温且不同方式冷却后高强钢的残余静力和滞回性能,对于历经500℃~1000℃高温后高强Q690在自然冷却和浸水冷却后的钢材进行了单调拉伸试验以及4种不同加载制度下的循环加载试验。结果表明,当过火极限温度不高于600℃时,在自然冷却和浸水冷却模式下,高温后Q690钢材单调拉伸和循环荷载下强度发展基本与常温未处理钢材类似。未过火高强Q690钢在循环荷载下表现出应变强化和循环软化效应。过火温度高于600℃且自然冷却下,过火后Q690钢随过火温度提高,其初始屈服强度下降。在浸水冷却下,过火冷却后高强钢初始屈服强度提升。且在循环荷载作用下,高温过火后Q690钢均表现出更为显著的应变强化效应,以及在等应变幅循环下均由未过火状态时的循环软化逐步转化为高温过火后的循环硬化效应。根据试验结果拟合了过火后Q690钢的Chaboche循环本构模型参数,可用于火灾后Q690钢结构的残余抗震性能评估。

直接拉伸荷载下大理岩和砂岩的Kaiser效应与频谱特性分析

利用微机控制电子万能试验机,对2种大理岩和1种砂岩进行直接拉伸条件下的循环加卸载试验,分析了岩石损伤破坏全过程的声发射特性和频谱特征。结果表明:循环加卸载试验中,3种岩石表现出明显的Kaiser效应,低应力时岩石记忆滞后,高应力时岩石记忆缓慢提前。随着循环次数的增多,岩石声发射的剧烈程度在逐渐增加,Felicity比值逐渐单调下降,弹性模量逐渐减小。通过比较Felicity比值与数字“1”的大小关系,可判断该岩石所处应力状态强弱。Felicity比值远大于1时,表明承受载荷远离承载极限;Felicity比值接近1或小于1时,表明岩石承受载荷接近承载极限,所处应力状态越接近破坏应力。岩石拉伸断裂过程中,声发射信号始终存在着低频、中频和高频信号,且低频信号占比大于中频和高频信号。通过声发射信号频谱特征分析,岩石拉伸破裂存在4种声发射微观机制:第1种为晶间滑移、颗粒摩擦引起的摩擦型声发射机制,信号能量较低,主频较小;第2种为新裂隙扩张引起的破裂型声发射机制,信号能量中等,主频较高;第3种为裂隙微弱摩擦引起的摩擦型声发射机制,信号能量较低,主频中等;第4种为宏观裂隙扩张与摩擦的混合型声发射机制,信号能量较大,信号频带较宽,高频与低频信号共存。本文研究获得的裂纹扩展声发射特征为岩石拉伸破坏机制和监测提供了依据。

循环加载条件下形状记忆合金丝的超弹性研究

由于形状记忆合金具有优良的力学性能,近年来在土木工程领域受到广泛关注.通过在不同的循环加载条件下对形状记忆合金丝材进行的拉伸试验,以相变应力、相变应变、弹性模量、残余应变、耗能能力等作为合金丝材的超弹性特征参数,分析这些特征参数与应变幅值、加载频率、循环次数的关系.结果表明:应变幅值和循环次数对形状记忆合金超弹性性能的影响较大,而加载频率的影响基本可以忽略,实际应用时,应根据具体情况进行试验研究并合理设计.

冷弯空心钢支撑构件的往复加载试验研究

本文进行了矩形和方形空心钢支撑单调加载和往复荷载的试验研究。为了获得材料特性，首先对一个短试件进行了单调拉伸试验，并将试验结果与欧洲和北美设计规范进行了对比。用于往复加载试验的构件主要变化其长度和截面。该试验的目的是研究理想地震作用下构件的性能。综合试验结果表明，矩形空心钢支撑构件在发生局部屈曲之前具有稳定的滞回性能，

粉末高温合金粘塑性试验评定与本构模型参数估计

开展了粉末高温合金 FGH95 5 5 0℃、60 0℃和 65 0℃等 3种温度下控制应变率单向拉伸试验和 5 5 0℃下循环加载试验研究 ,结果表明 :60 0℃以下 ,快、慢应变率时 ,5 %的试验应变范围内应力—应变曲线都一直上升 ,不存在应力饱和现象 ,热恢复效应不显著 ;但 65 0℃下慢应变率时则存在较明显的应力饱和现象 ,反映出在此条件下必须考虑蠕变效应。温度越高应变率对 FGH95的拉伸力学性能影响越明显 ,但总的说来是一种应变率不甚敏感的循环硬化材料。最后 ,在试验的基础上建立了 FGH95的 Bonder-Partom统一弹 -粘塑性本构模型 ,理论与试验吻合较好 ,表明该模型能够模拟 FGH95的应力 -应变关系曲线、应变率响应特性以及循环硬化特性 ,从而为 FGH95粉末高温合金构件的高温应力分析打下了基础。

加载方式对奥氏体不锈钢力学性能和马氏体相变的影响

研究了不同温度范围单向拉伸加载方式对奥氏体不锈钢力学性能和组织演变的影响.结果表明,循环加卸载拉伸方式显著影响304不锈钢的力学性能:在高温拉伸变形时,不同加载方式所得到的力学性能相同;在0℃以下,循环加卸载方式导致试样的延伸率降低;而在室温条件下,循环加卸载拉伸能够最大程度地提高试样的强度和延伸率.通过对304不锈钢室温拉伸过程的原位观测证实,卸载过程导致能够有效激发形变诱发马氏体相变的形核和长大,从而使相变增塑效应增强,延迟缩颈及断裂的能力得以提高.

全珊瑚海水混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验研究

采用等应力循环加卸载法和等应变单调加载法,对棱柱体试件进行单轴受压试验获得全珊瑚海水混凝土的应力-应变全曲线,并对两种加载方法进行对比分析。试验结果表明:全珊瑚海水混凝土裂纹贯穿珊瑚骨料继续发展,单轴受压试件的破坏为脆性破坏,典型破坏状态主要为劈裂破坏,其主斜裂缝的倾角θ在65°~70°之间;残余应力与峰值应力的比值在0.292~0.525之间,说明全珊瑚海水混凝土破坏后仍具有较高的残余强度,破坏后强度逐步降低,具有一定的延性;不同强度等级全珊瑚海水混凝土的应力-应变全曲线的上升段趋势基本相似,但是随着强度等级提高,下降段的下降趋势越陡,破坏程度越剧烈;在相同强度等级下,全珊瑚海水混凝土比普通混凝土和轻集料混凝土的脆性更强。

18CrNiMo7-6合金钢表面变质层循环特性

为了研究18CrNiMo7-6合金钢表面变质层在循环加载作用下的本构特性,对18CrNiMo7-6合金钢进行了渗碳热处理,通过化学腐蚀得到不同表面变质层厚度的圆棒试样,并分别进行单调拉伸试验和循环加载试验分析其力学性能、滞回性能、耗能能力及微观组织的区别。对不同表面变质层厚度18CrNiMo7-6合金钢在循环加载作用下的骨架曲线进行拟合,研究其与单调拉伸作用下的力学性能区别。基于Chaboche循环本构模型标定了不同表面变质层厚度试样在循环加载作用下的循环本构参数,并通过有限元软件ABAQUS进行了仿真验证。结果表明,在单调拉伸作用下,随着表面变质层厚度的增加,试样的硬度、屈服强度及抗拉强度也随之提高。在相同的应变幅值加载下,表面变质层越厚,其响应应力越大,能量耗散系数越低,材料的耗能能力越弱;Ramberg-Osgood方程能够较好地拟合不同表面变质层厚度的试样在循环加载作用下的骨架曲线;18CrNiMo7-6合金钢的主要组成成分为马氏体,随着表面变质层厚度的增加,位错密度增高;18CrNiMo7-6合金钢基体材料在循环加载作用下表现出循环硬化特征,而随着表面变质层厚度的增加,试样逐渐由没有循环软硬化现象到表现出循环软化特征;Chaboche循环本构模型对不同表面变质层厚度的18CrNiMo7-6合金钢均具有较好的适用性,能准确拟合其在循环加载作用下的力学响应。

预应力混凝土结构钢绞线有效应力测量与评估方法

预应力混凝土结构中钢绞线的有效应力是确定其承载能力、进行预应力结构安全评估的关键参数。为测量预应力混凝土结构中钢绞线有效应力,提出了测量卸载偏轴应变并乘以修正系数K来确定钢绞线有效应力的方法,进行了应力水平为0.32~0.74时钢绞线加、卸载拉伸试验,基于试验数据,提出了轴向应变、偏轴应变和钢绞线应力的计算关系。结果表明,按轴向应变计算钢绞线的应力误差较大,而按修正后的偏轴应变计算,钢绞线应力计算值与实测值吻合较好。基于试验结果,确定了偏轴应变修正系数K的取值为1.1。