粘性泥石流体应力本构关系的试验研究

为了能直接测定含有粗颗粒砾石的粘性泥石流体原样的流变特性 ,专门研制了大型泥石流流变仪 ,利用该仪器测试的结果分析研究了粘性泥石流体的应力本构关系。分析研究表明 :粘性泥石流体在低速率区启动初始段 ,颗粒间的作用以接触挤压和滑动摩擦为主 ,其应力本构关系可用剪切稀化的幂定理方程来描述 ;在剪切速率区流动剪切段的应力本构关系 ,包含滑动摩擦作用的零次项和反映惯性碰撞的平方项 。

粘性泥石流体触变应力本构关系的试验研究

为了能直接测定含有粗颗粒砾石的粘性泥石流体原样的流变特性,专门研制了大型泥石流流变仪,利用该仪器测试的结果,分析研究了粘性泥石流体启动的应力本构方程和触变特性的关系。粘性泥石流体在低速率区启动初始阶段,颗粒间的作用以接触挤压和滑动摩擦为主,其应力本构关系可用剪切稀化的幂定理方程来描述。粘性泥石流体在剪切"上行"与"下行"曲线环绕的延迟区域的存在,说明该流体具有触变能量,并通过触变能量的计算以及与泥石流运动要素的对比,探讨了粘性泥石流体触变应力本构关系。

泥石流应力本构关系

利用作者在专门研制的仪器上进行两相体流变试验所获得的数据，进行了两相体应力本构关系的分析．两相体受剪时的应力是它的液相应力和颗粒应力之和，同时还存在着相间的相互影响．由张量分析结果，本构关系式可采用切变率二次多项式的形式．多项式中的每一项对应着不同的作用机制：切变率的零次项反映颗粒间的接触挤压作用和液相的屈服强度；一次项反映颗粒间的摩擦滑动和液相的粘滞应力；二次项反映颗粒的惯性碰撞作用和液相的雷诺应力．用相关分析建立了每一项的系数与两相体特性间的关系．每一项的颗粒切／法应力比具有不同的数值，其中二次项的应力比较小，数值与Ｂａｇｎｏｌｄ的颗粒惯性区的值相近，零次项和一次项的比值较大，与宏观粘性区的值相近．在相当于自然界泥石流运动的颗粒特性和切变率条件下，颗粒的碰撞应力可不予考虑，可用具有屈服值的直线方程来表示．

粘性泥石流体的应力应变特征和应力本构关系的研究

通过粘性泥石流体阵性流的野外观测和最新研制的泥石流流变仪应用,含有砾石的粘性泥石流体具有明显的应力过冲、触变能量、剪切稀化和双屈服应力等流变特征被得到研究。粘性泥石流应力应变的自组织临界特性分析表明,泥石流的规模与频率间存在着幂定律关系。粘性泥石流体在低速率区启动初始段,其应力本构关系可用剪切稀化的幂定理方程来描述。粘性泥石流体在剪切速率区流动剪切段的应力本构关系,应包含滑动摩擦作用的零次项和反映惯性碰撞的平方项,具有屈服应力和剪切膨胀的流变特征。

箍筋约束高强混凝土应力-应变本构关系模型

针对箍筋约束高强混凝土,优选6种典型模型对172根方形截面短柱在轴压作用下的峰值强度和延性进行预测.误差分析结果表明:Nagashima模型与Legeron模型的计算精度相对较高.最后,基于大量试验数据对Nagashima模型及Hong模型进行修正,修正模型精度较高且便于应用.

高钢级管道焊缝材料应力应变本构关系确定方法

高钢级管道环焊缝作为油气管道关键薄弱环节一直受到工程界与科研界的关注,它作为一种典型的焊接结构具有明显的非均质性,这会导致环焊缝材料轴向力学性能无法准确测试,严重影响管道环焊缝安全评价的准确性。基于MATLAB-PYTHON-ABAQUS联合仿真提出了一种高钢级管道焊缝区材料应力应变本构关系优化反演方法。开展了4组不同缺口尺寸的单轴拉伸试验,得到了各试样的载荷位移曲线;利用贝叶斯正则化反向传播(BRBP)神经网络与灰狼优化算法(GWO)得到了焊缝区材料真实应力应变本构关系,并通过试验数据充分验证了本构关系的准确性,结果表明相对误差小于1%。所提出的反演思路同样适用于均质金属材料大应变范围应力应变曲线的测定。该反演方法的提出可为高钢级管道环焊缝安全评价提供准确的应力应变本构关系及强度匹配关系,进一步保障了油气管道的安全运行。

高掺氢比高钢级管材环焊缝材料轴向本构关系研究

为了研究氢环境下管道环焊缝材料轴向本构关系,开展了典型掺氢环境(掺氢比20%)与空气环境下高压力(10 MPa)、高钢级(X80)管道环焊缝材料含缺口试样慢应变速率拉伸对比试验研究,提出了一种基于有限元模型与优化算法的反演掺氢环境下高钢级管道环焊缝材料本构关系的新方法,并利用核极限学习机(KELM)与改进灰狼优化算法(I-GWO)获得了掺氢环境下环焊缝材料真实应力应变本构关系。该方法具有较好的准确性,与试验数据相比,相对均方根误差(RMSE)小于3×10^(-4)。本研究建立的适用于高掺氢比、高压力、高钢级管道环焊缝材料的应力应变本构关系可为掺氢管道环焊缝完整性评价模型提供重要的数据支撑。

FRP约束混凝土圆柱体本构关系模型

在FRP约束混凝土圆柱体试验的基础上,系统地评估了已有的FRP约束混凝土圆柱体强度模型及应力应变本构关系模型。将已有的强度模型分为两类,即基于钢箍约束混凝土强度模型和基于试验的经验公式。通过与大量的试验数据比较,指出了已有强度模型的不足之处。应用数理统计的方法建立了FRP约束混凝土圆柱体强度及峰值应变计算公式。在分析试验数据的基础上,提出了FRP约束混凝土圆柱体三阶段本构关系模型。计算结果表明,本文提出的FRP约束混凝土圆柱体强度模型及本构关系模型与试验值吻合较好。

材料的一种新型单向应力应变本构模型

为了有效地研究自增强超高压容器的残余应力,本研究提出了一个新型的应力-应变关系模型。通过严格的数学证明,表明该模型比别的模型更接近于自增强超高压容器用钢的实际工作情况。然后以某材料为例介绍了建立该新型模型的方法,并对其误差进行了分析。通过这个实例,说明了由一般的拉伸曲线求解该新型的应力-应变关系模型的可行性及可靠性,具有一定的理论意义及工程实用价值。

复杂应力状态下玻璃纤维再生混凝土损伤演变及应力-应变本构关系研究

本工作旨在通过常规三轴受压试验探究玻璃纤维再生混凝土(GFRAC)在三轴受压力学方面的性能,为此以玻璃纤维体积掺量V、再生粗骨料取代率γ和侧向围压σw为参数,共设计了168个100 mm(直径)×200 mm(高度)的玻璃纤维再生混凝土圆柱体试件并进行试验。通过试验获得了GFRAC的破坏特征并分析了不同参数对峰值应力、峰值应变及弹性模量的影响规律。由试验结果分析可得,随着侧向围压的增大,GFRAC的破坏形态由纵向劈裂破坏逐步转为斜向剪切破坏,网格状裂缝逐渐增多并布满试件,在试件的中部或端部出现“腰鼓”变形现象;通过施加侧向围压可以有效地增加GFRAC的峰值应力、应变和弹性模量;玻璃纤维提高了试件的峰值应力,且提高幅度在20%以内;增加再生粗骨料的取代率会导致峰值应力和弹性模量减小,最大下降幅度分别约为19.17%和34.91%,而峰值应变会增大,最大增幅可达76.77%;侧向围压和玻璃纤维均有效延缓了试件的损伤过程;最后,基于试验数据建立了玻璃纤维再生混凝土在三轴受压状态下的应力-应变本构关系。

基于物态本构模型的土体动力反应分析方法

通过对现有土体动力反应分析方法的分析,提出了新的有效应力物态地震反应分析方法。首先,建立了能够全面反应饱和土体的应力应变非线性、硬化性、剪切胀缩性和压密回胀性、应力路径相关性以及球应力和偏应力与变形的耦合性等主要特征的有效应力物态动本构关系。其次,以动力固结理论和瞬态动力学理论为基础,将该本构关系引入到以动力反应与动力固结相耦合、静应力和动应力变化相耦合,孔压产生、扩散和消散相耦合、能够较全面反映动力作用下土体应力应变反应的真实过程为特点的三维瞬态动力方程组,形成了饱和砂土体有效应力物态地震反应分析的完整理论体系。最后,开发了新的动力固结三维有限元分析程序,通过对一个饱和路基的计算和分析,不仅得到了合理的土体动力性状,而且验证了该分析方法与程序的正确性。

改进的混凝土弹塑性损伤本构

针对现有的混凝土弹塑性损伤本构模型的缺陷,利用能够反映混凝土拉压方向不同强度特性的Hsieh-Ting-Chen四参数屈服函数,基于热力学耗散原理提出了一种新的混凝土弹塑性损伤本构模型,并且进行单轴拉伸和单轴压缩下,应力-应变关系的数值试验。和其它混凝土弹塑性损伤本构模型相比,提出的弹塑性损伤本构模型有其优点:只有一个未知参数,其余的参数都和Hsieh-Ting-Chen混凝土四参数屈服函数的参数相同,易于确定未知参数;并且拉压损伤演化定律采用相同的计算公式,能够较好地反映混凝土在复杂应力状态下的拉压不同的损伤特性及应力-应变曲线。

考虑尺寸效应影响的箍筋约束混凝土应力-应变本构关系模型

为了考察约束混凝土轴压力学性能的尺寸效应,对两个系列的圆形箍筋约束混凝土圆柱试件进行了单调轴压试验,主要试验变量为体积配箍率和试件几何尺寸,试件的最大直径为576 mm。试验结果表明,约束混凝土的峰值应力和峰值应力对应应变均随试件尺寸的增大呈下降趋势,而变形能力与试件尺寸的关系不够明确。利用析因分析法对试验数据进行分析,发现体积配箍率对箍筋约束混凝土的峰值应力、峰值应力对应应变和变形能力均有显著影响。试件几何尺寸对峰值应力及对应应变的影响较为显著,但对试件变形能力的影响不明显。体积配箍率与试件几何尺寸的交互作用对峰值应力、峰值应力对应应变和变形能力的影响均不显著。基于试验、分析结果,建立了针对圆形箍筋约束混凝土的应力-应变本构关系模型,模型预测值与本文试验结果吻合较好。

各向同性均质弹塑性材料圆棒试样单向拉伸试验变形特性与应力应变本构关系的相关性分析

针对各向同性均质弹塑性材料圆棒试样单向拉伸试验,分别从理论上以及采用有限元法分析了变形特性与应力应变本构关系的相关性,探讨了形成颈缩的必要条件及实际颈缩形貌的形成过程。结果表明,等效塑性应变^(-)ε_(p)达到一定临界值后,流变应力σ_(0)不再随等效塑性应变^(-)ε_(p)的增大而增大的材料的应力应变本构特性,以及试样为非理想圆柱体是产生颈缩的必要条件,颈缩后期内部形成断裂是导致颈缩区最小截面位置弧形轮廓线曲率半径较小的原因。

锈蚀对钢筋与混凝土之间粘结性能影响研究综述

钢筋锈蚀导致横截面积减少,同时锈蚀产物体积膨胀导致混凝土开裂和剥落,影响混凝土与钢筋的粘结能力,对混凝土结构的承载能力和使用寿命产生影响。本文基于国内外广泛的研究成果,分析了不同钢筋锈蚀实验方法的优劣和适用性。对于锈蚀钢筋与混凝土的粘结性能,探讨了中心拉拔试验、偏心拉拔试验和梁式试验的优劣。分别研究了纵筋和箍筋锈蚀对粘结强度的影响,并构建了以钢筋锈蚀率为基础的粘结强度退化模型。锈蚀导致的表面裂缝宽度是评估粘结强度的理想参数,然而基于裂缝宽度的粘结强度退化模型仍然相对较少。在锈蚀钢筋粘结应力-滑移本构模型方面,对未锈蚀和锈蚀钢筋混凝土构件的粘结-滑移关系进行了阐述,然而由于锈蚀钢筋的粘结-滑移曲线测试数据有限,上述模型的可靠性尚未得到验证。本文综述了国内外有关钢筋锈蚀方法和锈蚀钢筋混凝土构件粘结性能的研究方法,分析了纵筋和箍筋锈蚀对粘结强度退化的影响,并归纳总结了基于钢筋锈蚀率和构件表面锈胀裂缝宽度的粘结强度退化模型、以及钢筋混凝土构件粘结-滑移本构关系的最新研究成果。同时,分析了现有研究的不足之处,旨在为未来的钢筋混凝土粘结性能研究提供参考。

橡胶混凝土与变形钢筋黏结性能试验研究

共设计制作9组试件,对钢筋内贴应变片的试件进行拉拔试验,系统研究了橡胶体积取代率、钢筋直径、锚固长度对变形钢筋与橡胶混凝土黏结性能的影响。观察了试件破坏形态并通过计算得出试件极限黏结应力和滑移量,得到了不同因素下黏结应力、相对滑移分布规律以及不同锚固位置处的黏结应力-滑移曲线。建立了考虑橡胶体积取代率下变形钢筋与橡胶混凝土黏结应力-滑移本构关系模型;通过对相同滑移值下不同位置(距自由端距离)处黏结应力的量纲一化处理,得到了不同橡胶体积取代率下的变形钢筋与橡胶混凝土的黏结位置函数。结果表明:橡胶体积取代率增加,极限黏结应力减小,对应加载端滑移量先增加后减少;钢筋直径、锚固长度增大均会导致极限黏结应力减小,对应加载端滑移量减少;对比各位置处黏结应力-滑移曲线发现,橡胶体积取代率增加、钢筋直径及锚固长度增大均会加剧黏结应力的不均匀分布;相对滑移量会随着橡胶体积取代率增加而增加,随着钢筋直径、锚固长度的增大而减少。

地震断层作用下埋地管线的反应分析

本文在王汝梁分析方法的基础上 ,提出一种物理概念明确、简单实用而又保证其精确度的计算方法。在该方法中作某些简化便可退化到Newmark Hall或Kennedy方法上。本文还找到一个无量纲的物理量Θ ,它与管子与断层的夹角、断层的错距、管子的直径、壁厚和管土间的摩擦系数有关 ,其物理意义为管截面内轴向应变与弯曲应变的比值。当它在个范围内变化时 ,管中应变以弯曲应变为主 ,当它在另一个范围内变化时 ,管中应变以轴向应变为主。

施工期混凝土力学性能的试验研究

通过测试施工期混凝土材料的力学性能参数(立方体抗压强度、劈拉强度、轴心抗压强度、弹性模量、应力-应变本构关系曲线),研究了混凝土力学性能随龄期的变化规律,参照相关文献考虑龄期的影响建立了施工期混凝土各力学性能参数的计算模型.研究表明:随着龄期的不断增长,混凝土立方体抗压强度、劈拉强度、轴心抗压强度、弹性模量、应力-应变曲线的峰值应力逐渐增大,而应力-应变曲线的峰值应变逐渐减小;前7d混凝土各力学性能指标变化速度较快,7d后变化速度逐渐变缓.

玄武岩纤维混凝土与钢筋粘结锚固性能试验与分析

为了研究玄武岩纤维混凝土(BFRC)与钢筋粘结锚固性能,对18个中心拔出试件和9个梁式试件进行加载试验,获得各级荷载下加载端、自由端滑移量及钢筋应变,得到了粘结应力-滑移曲线和粘结应力沿锚固长度的曲线分布。试验结果表明:随着玄武岩纤维的掺入,钢筋与混凝土粘结锚固性能未表现出有利影响,极限粘结强度有所降低;掺入长度为25mm纤维的混凝土与钢筋的极限粘结强度优于掺入长度为15mm纤维的混凝土与钢筋的极限粘结强度;混凝土强度的提高有利于改善玄武岩纤维混凝土与钢筋粘结锚固性能,混凝土相对保护层厚度对粘结锚固性能影响不大;锚固钢筋的应变曲线整体呈下凹形,沿锚固长度逐渐递减;粘结应力沿锚固长度呈多峰曲线;基于试验数据建立的玄武岩纤维混凝土与钢筋粘结应力-滑移本构关系可以为玄武岩纤维混凝土的理论与工程设计提供参考依据。

型钢高强混凝土界面黏结滑移推出试验及其本构关系研究

为研究型钢高强混凝土界面黏结性能,对9个型钢高强混凝土试件进行推出试验,分别考虑混凝土强度、配箍率、保护层厚度和型钢锚固长度对型钢高强混凝土界面黏结性能的影响。观察试件的加载过程和裂缝发展形态,分析了试件破坏形态,得到试件加载端荷载-滑移曲线。通过分析沿型钢锚固方向应变和界面黏结应力的分布规律,运用灰色关联理论建立了黏结应力计算式,并推导出荷载-滑移曲线关系表达式。讨论了影响界面滑移损伤变量的关系。结果表明:各试件加载端荷载-滑移曲线走势基本相同;灰色关联理论能够较好地反映黏结应力与各影响因素之间的关系,其中保护层厚度与黏结应力相关性最好;推导的黏结应力算式的计算精度能达到98%;提出的黏结应力-滑移的本构关系数学表达式拟合度较好;界面损伤发展程度与各影响因素关系紧密。