基于Hopkinson压杆的动态压剪复合加载实验研究

提出了一种可用于研究压剪复合加载下,材料动态力学性能的实验装置,该装置基于Hopkinson压杆,通过添加一个带倾斜端面的垫块,实现压剪复合加载.分析了该实验装置的基本数据处理方法,并利用有限元分析验证了此分析方法的可行性;然后利用该装置对常规金属材料进行了相同冲击速度,不同倾斜角度(0°,30°,45°)下的一系列实验.实验结果表明,该装置能实现压剪复合加载,并且能得到材料的动态屈服面,为研究材料在复杂应力状态下的动态力学性能提供了新的实验方法.

压剪复合作用下镁基盐发泡混凝土墙体力学性能试验研究

对镁基盐发泡混凝土试验墙体进行了压剪复合作用下的力学性能试验,研究了镁基盐发泡混凝土墙体不同轴压比工况下的力学性能,对比分析了三种轴压比和水平荷载组合作用下墙体的变形位移、破坏过程、破坏机理等性能。结果表明:在压剪复合作用下随着轴压比的增大,试验墙体的开裂荷载、开裂位移、极限荷载、极限位移、破坏荷载都相应增大,但破坏位移相对减小,墙体的弹性工作阶段可以得到延长且墙体的局部变形能力更强;在压剪复合作用下试验墙体的裂缝扩展形式为自截面边缘向内部逐渐发展的近似水平裂缝,为典型的正截面弯曲破坏;在压剪复合作用下试验墙体的破坏机理是当墙体内一点处最大拉应力超过材料单向应力状态下的极限拉应力,材料就会发生破坏;在压剪复合作用下试验墙体的变形能力较差,是一种脆性构件且总体应力与其材料强度相比一直处于低应力状态。

高强混凝土在压剪复合受力下性能的试验研究

依据Z形和拱形试件的压剪复合受力试验,研究分析了高强混凝土的受力性能,给出了σ_x/f_c-τ/f_c强度曲线及破坏准则.

压剪复合平板冲击加载技术进展及其应用

自20世纪70年代末发明压剪炮以来,压剪复合冲击加载实验技术和诊断技术有了长足进展,应用也日益广泛.由于压剪联合加载波直接反映了材料的动态剪切特性,对于认识材料的屈服、损伤演化、失效、相变、界面滑移等动态行为和机理,构筑更全面的本构模型能够提供必要的附加信息.本文主要讨论气炮实验中压剪复合应力波的产生方式,诊断技术,以及在压剪复合塑性波和动高压本构模型、聚合物压剪冲击行为、剪切波跟踪法(SWT)和水泥基复合材料的损伤和失效、界面动摩擦行为、冲击相变、动态损伤和断裂等方面的研究与应用进展.

压剪复合型橡胶弹性车轮有限元分析

根据橡胶弹性车轮的刚度设计原则,以轴重16 t,φ860 mm轮径,设计运行速度100 km/h为目标,对压剪复合型橡胶弹性车轮进行有限元分析,研究在预压装和不同载荷下橡胶的变形状态,以及橡胶弹性车轮的径向、横向刚度和综合变形刚度,与刚度实际测量结果进行对比,并进行噪声对比测试,以获取合理的结构设计,达到满意的减振降噪效果。

压剪复合受载下矿柱应力状态的Mohr圆分析与数值模拟研究

倾斜矿体开采中矿柱的应力状态分析是确保矿体安全开采的重要工作之一。以岩体力学理论为基础,建立了压剪荷载作用下倾斜矿柱的力学模型,推导出表征压剪受载矿柱应力状态的广义Mohr圆方程,分析了矿体倾角、荷载对广义Mohr圆圆心位置及半径的影响,揭示了倾斜矿柱应力演化的3种路径,并证明了3种应力路径分别满足直线方程、圆方程和平面方程。针对矿柱的3种应力路径,提出相应的应力路径演化主控模式。基于Mohr强度理论,分析3种主控模式下的应力路径对矿柱稳定性的影响,阐释倾斜矿柱比垂直矿柱更容易失稳的原因。最后,采用数值模拟方法研究得到矿柱的应力状态与采用广义Mohr圆分析得到的结果一致,且压剪受载矿柱的破坏模式为非对称的沙漏状。研究结果可为倾斜矿柱的稳定性分析提供一种思路。

压剪复合载荷下煤岩蠕变力学特性及声发射特征

矿柱轴向与最大主应力方向呈一定夹角分布时,常受到压缩载荷和剪切载荷的共同作用,其力学行为与纯受压矿柱存在显著差异。采用改进的压剪复合加载系统分析了煤岩在压剪复合载荷共同作用下的蠕变力学特性变化规律,结合声发射技术,探究了煤岩微裂纹演化规律和声发射能量特征,总结了不同加载倾角下煤岩力学性能损伤机制。结果表明:随着加载倾角的增加,煤岩峰值强度、蠕变试验总时长、蠕变破坏应力和长期强度总体呈逐渐减小的特征,但蠕变破坏应力和长期强度与峰值强度的比值随倾角变化甚微;煤岩破裂模式由张拉破坏(θ=0°)向剪切破坏(θ=5°,10°和15°)转变;累计声发射能量与其长期强度具有高度相关性,煤柱长期强度越低,其累计声发射能量越小,说明剪切应力分量可使裂纹在较低的能量吸收下扩展;煤岩内部微裂纹的萌生和扩展以及矿物颗粒间摩擦阻力的衰减是导致试样破坏的重要因素。研究结果可为受剪矿柱长期稳定性评估提供重要的理论依据.

高温后钢纤维混凝土压-剪复合受力研究

为研究高温后钢纤维混凝土压剪复合受力下的力学性能,以压应力比和温度作为参数,对20组钢纤维混凝土分别开展直剪试验和压剪试验,对比分析不同试件的破坏形态,探究了温度和压应力比对剪切强度的影响,并基于3种理论建立了高温后钢纤维混凝土压剪复合应力状态下的破坏准则。结果表明压剪复合受力状态下,混凝土剪切强度主要由接触摩阻力贡献,钢纤维混凝土峰值剪切强度随压应力比增大而增大,随温度升高而降低;随着压应力增大,剪切面上摩阻系数降低,峰值剪切强度增长幅度降低。依据试验数据,对比基于不同理论所建立的高温后钢纤维混凝土压剪破坏准则,考虑精确度和适用性,基于应力不变理论建立的破坏准则效果最好。

高温后烧结普通砖砌体剪压复合抗剪性能试验研究

为了研究砖砌体结构在高温后的剪压复合受力性能,制作了84个砌体试件,进行了在不同高温后不同轴压比下的抗剪试验,得出砌体在高温后的抗剪强度和轴压比之间的变化规律,对高温后砌体试件在不同轴压比情况下的延性进行了分析。结果表明:在相同温度下,随着轴压比增大,砌体抗剪强度增大;轴压比一定时,随着温度升高,砌体抗剪强度减小。在0.1~0.5轴压比范围内,同一温度下,随着轴压比增加,砌体的延性不断增大;轴压比相同时,随着温度的升高,砌体延性逐渐降低。以常温下相同压应力为基准,200℃以内,轴压比为0.3时试件出现剪压破坏;400℃以上,轴压比为0.2时试件出现剪压破坏,高温使砌体剪压段提前。基于变摩擦系数的剪摩理论,计算出普通砖砌体抗剪强度公式的变摩擦系数;结合高温后砖砌体纯剪强度公式,得到以温度为变量的高温后砖砌体剪压复合抗剪强度计算公式。

基于超材料的动态压剪复合加载实验新技术

材料或结构在动态压剪复合加载条件下的力学性能对于其工程应用具有重要影响。然而,现有的动态复合加载实验技术存在压缩波和剪切波难以同步施加到试件、实验设备昂贵等问题。本文中利用压扭超材料进行应力波转化,在一维分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)上实现动态压剪同步复合加载。该实验技术具有荷载精准同步、剪压比可控、简单便捷、低成本等优点。针对当压扭超材料转化出来的扭转波幅值较大,透射杆惯性约束不足情况下出现的扭转信号三角波的问题进行详细讨论,并提出相应的解决方案。选用屈服应力各不相同的金属钛、304不锈钢和316L不锈钢等3种材料进行了实验测试,证实了动态压剪同步复合加载技术的有效性。借助有限元模型,深入分析压扭超材料的几何参数对其压扭系数及承载能力的影响,并结合实验结果讨论了该实验技术的适用范围,预测动态压剪同步复合加载技术能测试的材料强度可达约1 GPa,施加给试件的剪压比可达1.18。

钢纤维混凝土压-剪复合性能及损伤本构关系

为研究钢纤维混凝土的压-剪复合受力性能及损伤模型,以钢纤维体积率、压应力比为参数,完成了60个钢纤维混凝土试件的直剪和压-剪试验,分析了各参数对剪切强度和峰值剪切位移的影响,推导了钢纤维混凝土在压-剪复合受力下的损伤全曲线模型,分析了损伤演化规律,提出了压-剪强度计算式。结果表明:剪切强度和峰值剪切位移均随压应力比的增大而增大。随着钢纤维体积率的增加,剪切强度呈现先增后减的趋势,峰值剪切位移规律不明显。压应力比的增大显著减缓了损伤发展;提出的损伤本构模型和压-剪强度公式计算结果与试验值吻合较好。

倾斜胞壁Nomex蜂窝芯压剪复合力学响应

成形具有一定曲率的夹层结构时,需要将蜂窝芯铣削成曲面形状,造成蜂窝胞壁呈一定倾角,进而降低蜂窝夹芯结构面外承载能力。为了定量化分析面外载荷作用下倾斜胞壁蜂窝芯的力学性能,建立了倾斜胞壁蜂窝芯面外压剪复合有限元模型,并通过设计专用Arcan夹具实现蜂窝芯的面外压剪复合加载,用于验证模型的有效性。对比仿真与实验结果,发现蜂窝芯压剪响应及胞壁变形模式吻合较好。利用验证的有限元模型对胞壁倾角范围为0°~40°的蜂窝芯在面外压剪复合载荷下的力学响应进行了研究,结果表明随着蜂窝胞壁倾角的增大,蜂窝芯面外承载能力逐渐降低;当胞壁倾斜角由0°增加到40°,初始应力峰值下降最大幅度为47.7%,平原阶段强度下降幅度为29%;进一步分析了倾斜胞壁蜂窝芯截面芯格尺寸与胞壁倾角的几何关系,将倾斜胞壁蜂窝芯等效为具有相同截面尺寸的垂直胞壁蜂窝芯,推导了倾斜胞壁蜂窝芯在面外压缩及剪切载荷作用下的坍塌强度,揭示了胞壁倾角对蜂窝芯坍塌强度影响机制。

花岗岩动静态压剪复合加载实验研究

岩石为天然含有微裂纹微孔洞等缺陷的复杂介质,其在复杂应力状态,尤其是在压剪应力状态下的性能研究,对工程应用有着十分重要的意义.论文利用双斜面垫块改进现有装置对花岗岩进行了动静态下的压剪复合加载实验,其中静态实验基于MTS材料试验机,动态实验基于分离式Hopkinson压杆(以下简称SHPB),由此得到不同压剪载荷联合作用下花岗岩的静态和动态力学性能.通过改变倾斜端面的角度就能够得到岩石在不同压剪加载路径下的力学性能,由此可以得到岩石的静动态破坏面.结果表明:花岗岩的破坏强度具有明显的加载速率效应.此研究为探讨岩石在复杂应力状态下的力学性能提供了新的方法.

压剪作用下地聚物珊瑚混凝土的力学性能研究

为了研究不同压应力比和混凝土强度对地聚物珊瑚混凝土(geopolymer coral concrete,GCC)在压剪复合作用下力学性能和损伤演变的影响,进行了54个GCC试件的压剪试验,分析了试件的破坏模式、剪切荷载位移曲线和初始抗弯刚度,并着重分析了剪切承载力的组成及试件的损伤演化规律。结果表明:随着压应力比和混凝土强度增加,剪切强度及位移、初始剪切刚度均有所提高。剪切承载力包括黏聚力、界面摩擦力和骨料咬合力,黏聚力约占剪切承载力的11%~37%,界面摩擦力占比40%~67%,骨料咬合力占比16%~34%;界面摩擦力占比与压应力比呈正相关关系,黏聚力占比则相反。基于分段本构模型,对比试验数据和模型曲线发现两者拟合较好,验证了GCC的损伤本构模型与破坏模式有较高的预测精度。

压剪复合加载引起的材料表面特性变化

用独特的压剪复合加载实验方法,研究了材料在中等载荷作用后的表层组织特性变化。试验表明,样品表层形成了高度加工硬化的白层,它具有超细晶亚结构,是局部不均匀性变形形成的,白层的精细结构与基体相同。实验结果证实了白层的形变机制。

压剪作用下PVA纤维再生混凝土力学性能试验研究

为了研究压剪作用下外掺聚乙烯醇(PVA)纤维对再生混凝土力学性能的影响,以再生粗骨料取代率、压应力比和PVA纤维体积掺量为变化参数,设计并制作144个立方体试件进行压剪试验。观察了试件的破坏形态,得到了荷载-位移曲线及垂直变形-剪切位移曲线,分析了不同变化参数对抗剪强度、峰值位移的影响规律。结果表明:0.1%体积掺量的PVA纤维对再生混凝土的抗剪强度提高了10%;随着压应力比的增大,试件的抗剪强度呈增大趋势,平均增大了2.03倍;与普通混凝土相比,再生混凝土试件的抗剪强度平均降低了13%;当再生粗骨料取代率为100%时,PVA纤维最佳掺量为0.1%;提出了纤维掺量为0.1%时压剪作用下PVA纤维再生混凝土抗剪强度计算公式。

剪压复合作用下砌体的静力与抗震抗剪强度

该文以经典的库仑破坏、主拉应力破坏和主压应力破坏理论为基础,引入模糊数学中模糊理论,首次提出将砌体在剪压复合作用下的剪摩、剪压和斜压三类破坏划分为两个破坏区,即剪摩-剪压破坏区和剪压-斜压破坏区。运用权函数将对应于不同破坏形态的经典破坏理论有机地结合起来,推导出相应的砌体在剪压复合作用下的抗剪强度公式,并加以简化。经对比表明,计算曲线与试验结果吻合良好。同时,针对现行《砌体结构设计规范》和《建筑抗震设计规范》中关于砌体抗剪强度设计值计算上存在的一些问题,提出了基于上述破坏区理论的砌体静力与抗震抗剪强度设计值公式。计算结果表明,该公式不仅简单,偏于安全,且较现行规范公式有较大的改进,能直接应用于高层砌体结构设计。

一种新的高应变率复合压剪实验技术

提出了一种新的基于Hopkinson杆实验技术的在10^2～10^3S^-1高应变率下实现压剪复合加载的实验装置，并给出了相应的理论分析和数值模拟。为了获取材料在复杂应力下的本构关系，借助斜飞片冲击实验的思想，对Hopkinson杆进行改造，将入射杆的末端改进为截锥形，以便在试样中同时产生压缩和剪切应力。利用有限元分析软件LS-DYNA对试样中的应力波传播进行模拟计算，并利用改进装置进行了初步实验。计算和分析结果表明，利用所设计的装置可以实现对试样的动态压剪复合加载，获得材料在高应变率复杂应力加载下的本构响应，进而建立材料在复杂应力状态下本构行为的描述。

压-剪复合应力波作用下材料动态断裂韧性研究

提出亚微秒单脉冲应力波载荷作用下Ⅱ型裂纹的平板冲击实验技术 .加载率为dK dt～ 10 8MPa·m1 2 ·s-1.实验中由锰铜应力片和弹性波理论分别测定和计算了压应力 ;通过微观分析确定了动态裂纹的平均扩展长度 ;引进等效应力强度因子 ,用动态断裂理论确定了 6 0 #钢的动态断裂韧性KⅠd和KⅡd ;

藏式石砌体在剪-压复合作用下抗剪性能研究

为研究藏式石砌体抗剪性能,对4组共13个不同压力作用下的泥浆砌筑石墙试件进行双剪试验,分析藏式石砌体沿通缝抗剪强度和破坏机理,研究利用灰缝抗剪强度评估墙体整体抗剪性能的方法。试验结果表明,藏式石砌体灰缝受剪破坏为泥浆层自身变形与界面分离同步发展的延性破坏过程,最终达到完全的界面剪切滑移状态。通过对试验数据的统计回归提出藏式石砌体灰缝的抗剪强度计算公式,计算结果和试验值吻合程度较好。泥浆与水硬性砂浆的主要性能差别在于粘结强度和摩擦系数均较低。通过2种理论模型,分析了砌体灰缝抗剪强度与剪-压复合作用下抗剪强度表达式之间的关系,利用其他研究者的试验数据进行了验证。提出了基于双剪试验结果的藏式石砌体抗剪强度预测表达式,可供藏式石砌体抗剪性能研究参考。