循环荷载下花岗岩应力门槛值的细观能量演化及岩爆倾向性

为研究三轴循环加卸载条件下三山岛花岗岩细观能量演化规律,采用颗粒流理论确定了花岗岩的应力门槛值(起裂应力σci、损伤应力σcd和峰值强度σf),研究了应力门槛值对应的边界能、应变能(线性接触应变能和平行黏结应变能)、耗散能(摩擦能和阻尼能)、动能随围压变化的规律,并从能量角度建立了岩爆倾向性评价指标Wx.结果表明:三山岛花岗岩不同围压下相应的σci/σf位于37. 0%~44. 8%区间,σcd/σf位于81. 2%~89. 0%区间,随着围压的增大,起裂边界能、应变能和耗散能呈线性关系增加,损伤(峰值)边界能、应变能和耗散能呈指数关系增加;其中耗散能受围压影响最为敏感,增幅倍数最大,其次是边界能,最后为应变能.围压对起裂应变能比例影响不大,损伤和峰值应变能比例随围压增大缓慢减小,峰值应变能比例下降幅度最大.基于岩爆倾向性评价指标Wx可知,当围压在20 MPa内,三山岛花岗岩岩爆倾向性相对较小;当围压达到30 MPa时岩爆倾向性开始迅速增加.研究成果为岩爆倾向性的评价提供了新的参考指标,进一步为井下岩体工程的稳定性研究提供了新思路.

龙马溪页岩应力–应变门槛值的各向异性特征研究

层理面与围压共同作用下,应力门槛值及其对应应变的各向异性特征是影响页岩脆性力学行为的重要因素之一。以龙马溪组页岩为对象,分析其应力–应变门槛值在不同围压及不同层理面倾角影响下的变化规律。结果表明:①起裂应力c_(is),损伤应力c_(ds)和峰值应力f_(s)随围压增大均近似成线性规律增大,而闭合应力c_(cs)受围压影响不大。②层理面倾角对c_(ds),f_(s)具有显著影响,而对c_(cs),c_(is)影响不明显;低围压下应力比c_(ds)/f_(s),c_(is)/f_(s),c_(cs)/f_(s)随倾角增加表现出一定的波动性,随着围压增大应力比趋于稳定。③应力门槛值对应的轴向及径向应变随围压增大表现出相同的变化规律:峰值应变增长速率最快,损伤应变次之,起裂应变最小。④应力门槛值对应的轴向及径向应变随倾角的增大表现出相同的变化规律:峰值应变随倾角由0°增大为90°,先减小后增大,闭合应变、起裂应变及损伤应变与倾角的相关性不强。

航天气瓶用超高强度钢应力腐蚀应力强度门槛值的试验研究

应力腐蚀门槛值是评价超高强度钢制航天气瓶安全性的重要性能参数。如何合理地获得航天气瓶用超高强度钢应力腐蚀门槛值的正确值 ,以及气瓶验证和使用过程中过载对该参数的影响是本文研究的重点。文中针对超高强度钢提出在正火热处理后即开始预制疲劳裂纹 ,然后再进行淬火和回火 ,以达到材料最终性能的方法 ,测定超高强度钢3 7SiMnCrNiMoV钢的 (条件 )KⅠSCC值 ,避免采用传统方法测定KⅠSCC时由于裂纹尖端产生塑性变形和残余应力而造成测试结果的不准确性。在此基础上研究一次和多次过载以及不同过载水平对超高强度钢应力腐蚀性能的影响 ,发现在一定的过载应力条件下适当的过载次数可以显著提高材料的KⅠSCC值 ,这种作用与裂纹尖端的残余应力和材料硬化发生的性变有关 。

有效应力强度因子范围门槛值与载荷比关系的研究(英文)

不同载荷比下的有效应力强度因子范围门槛值△Keff.th往往被看作一个常数,然而疲劳实验数据结果通常散落在一个较窄的带宽范围内,而不是所期望的一条曲线。另外,基于改进的McEvily模型对△Keff.th进行的灵敏度分析表明△Keff.th对疲劳裂纹扩展率具有重要的影响,尤其是在占有大部分疲劳裂纹扩展寿命的近门槛值区域。因此,文章认为不同应力比下的△Keff.th为变量,并且通过三个方面对△Keff.th与应力比R的关系进行了深入的研究:(a)Schmidt和Paris提出的一个关于△Keff.th的简化模型和相应的试验数据;(b)基于传统的裂纹完全闭合概念的△Keff.th试验数据;(c)基于裂纹局部闭合模型的△Keff.th,p试验数据。分析结果表明,在应力比低于临界应力比时,随着应力比的增加,有效应力强度因子范围门槛值也相应增加;而应力比高于临界应力比时,有效应力强度因子范围门槛值随应力比的增加而减小。另外,通过对试验数据的曲线拟合分析表明,Lorentz分布能很好地描述相应的试验数据。

TC4ELI钛合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为研究

应力腐蚀是海洋装备用钛合金面临的主要威胁之一。为了给海洋装备的安全服役提供技术支撑,以海洋环境用TC4ELI钛合金为研究对象,根据恒位移WOL(楔形张开加载)试样测定KISCC的原理,系统开展了不同组织状态下TC4ELI钛合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为研究。用光学显微镜和扫描电镜观察了应力腐蚀试样断口形貌和裂纹扩展路径,用二次离子质谱仪分析了裂纹部位元素分布情况。结果表明:TC4ELI双态组织(α相与β相)板材的应力腐蚀门槛值KISCC为56.01 MPa·m^(1/2),魏氏组织板材的应力腐蚀门槛值KISCC大于67.48 MPa·m^(1/2),应力腐蚀试样断口主要由基体、疲劳预制区和撕裂区组成,双态组织试样疲劳预制区与撕裂区界面存在应力腐蚀区,裂纹尖端除主裂纹外还有部分次生裂纹出现;魏氏组织试样未发现明显应力腐蚀开裂特征,魏氏组织的抗应力腐蚀能力优于双态组织的。TC4ELI合金双态组织试样的应力腐蚀开裂以穿晶断裂为主,氢元素易于在裂纹尖端富集。

含缺陷压力管道的应力腐蚀断裂及其安全评定

在严重的腐蚀介质中,压力管道等含缺陷构件常常易于发生应力腐蚀脆性断裂.本文分析了应力腐蚀环境下临界应力强度因子KISCC的含义,给出了含缺陷构件的应力腐蚀失效判据为KI≤KISCC.在实际工程中,由于临界应力强度因子门槛值KISCC均通过实验方法来获取,给评定过程带来了一定困难且不便于推广应用.为此,本文推荐了一种简要的KISCC工程计算方法。结果表明:工程计算方法所得计算结果与实验测定结果有较好的吻合,可用于压力管道等含缺陷构件的安全评定.

硫化氢介质中注汽管材的应力腐蚀试验

应力腐蚀门槛值是评价管道抗应力腐蚀能力的重要性能参数。采用胜利油田现场使用的20g、13CrMo44、ST45.8、ST45.8Ⅵ注汽管材,制作含有预制裂纹的恒位移双悬臂梁(DCB)试件,在H2S介质中进行了应力腐蚀试验,得到4种钢材的应力腐蚀门槛值KISCC和应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt。试验结果表明,ST45IV钢的KISCC值最大,裂纹扩展速率最小,具有较强的抗应力腐蚀开裂能力。含碳量低、减少块状铁素体,细化组织有利于提高管材抗应力腐蚀的能力,管材在硫化氢介质中的应力腐蚀开裂属于氢致开裂和阳极溶解型混合开裂。

几种钢材的硫化物应力腐蚀性能研究

对炼油工业中5种常用钢材进行了腐蚀评价,旨在从腐蚀的角度为炼油装置的合理设计、选材、有效防护和开发新的耐蚀材料提供依据。采用恒载荷法中的应力环研究了这5种材料在NACE饱和硫化氢溶液中的耐硫化物应力腐蚀性能,并对影响材料抗硫化物应力腐蚀性能的合金成分、合金组织等相关因素进行了讨论。试验结果表明,在NACE饱和硫化氢溶液中,0Cr13和CF62抗SSCC的门槛应力值小于0.75倍的屈服强度,16MnR的门槛应力值大于等于0.75倍的屈服强度而小于0.95倍的屈服强度,0Cr18Ni10Ti和316L门槛应力值大于等于0.95倍的屈服强度,各种材料抵抗SSCC的能力从小到大的顺序为0Cr13,CF62,16MnR,0Cr18Ni10Ti和316L。为保证炼油装置的长周期安全运行,对于炼油装置中硫化物应力腐蚀非常苛刻的环境,应首先考虑316L和0Cr18Ni10Ti等抵抗硫化物应力腐蚀能力大的材料,诸如0Cr13和CF62等抵抗硫化物应力腐蚀能力小的材料要慎重选用。

应力腐蚀断裂的判断及其防护

详细论述了金属材料应力腐蚀断裂的发生条件、断裂的特征、测试的方法、断裂的原因和解决的方法 ,为金属材料应力腐蚀断裂的判断和分析并解决应力腐蚀断裂的问题提供了重要依据。

硬岩应力–应变门槛值特点及产生机制

详细总结岩石应力门槛值(起裂强度ci?、损伤强度cd?和峰值强度f?)的物理意义和计算方法,以花岗岩和大理岩为研究对象进行不同围压的常规三轴试验,计算分析ci?,cd?和f?值,以及各个门槛值对应的轴向应变、侧向应变和体积应变的变化规律,重点讨论轴向应变和侧向应变的特点和产生机制,分析结果发现:花岗岩的cc?/f?,ci?/f?,cd?/f?分别位于0.10~0.19,0.40~0.59,0.77~0.82区间内,大理岩相应的应力比位于0.10~0.25,0.47~0.64,0.82~0.92内,不同岩石或相同岩石门槛值应力比的差异可能由于矿物成分、赋存环境、开挖损伤造成;2种岩石应力门槛值及各自对应的轴向应变随围压近似呈线性递增,并且应力和轴向应变随围压的变化曲线非常相似;侧向应变在达到cd?之前增长缓慢,在达到cd?之后急剧增加,而轴向应变在整个加载过程稳步增加;围压、cd?和对应的损伤体积应变存在内在关联性,相互关系可用线性或二项式拟合。

PZT铁电陶瓷应力腐蚀门槛值的各向异性

研究了PZT-5铁电陶瓷在各种环境(湿空气、硅油、甲醇、水和甲酰胺)中发生应力腐蚀的可能性, 以及极化方向对水和甲酰胺中应力腐蚀门槛应力强度因子KISCC的影响. 结果表明, PZT-5在各种环境中均能发生应力腐蚀; 水和甲酰胺中KISCC具有各向异性, 裂纹面平行极化方向的KaISCC远大于垂直极化方向的相应值KbISCC. 例如, 在水中, aISCCK= 0.88 MPa·m1/2, bISCCK= 0.42 MPa·m1/2; 在甲酰胺中aISCCK= 1.0 MPa·m1/2, bISCCK= 0.54 MPa·m1/2. 应力腐蚀门槛值各向异性的原因除了和90°畴变的各向异性有关, 也和应力腐蚀本征门槛值的各向异性有关.

岩石扩容现象与超声横波特征参数相互关系研究评述

介绍了岩石扩容现象与超声横波特征参数相互关系相关专业领域研究的现状及其应用。在用横波速度最大值 ( vsmax)来分析岩石微裂纹初始扩展时的应力值 (应力门槛值 )新方法的基础上 ,建议利用主动的人工横波震源、应力门槛值、vsmax后的横波速度值与岩石裂纹加速发展的同步减小特性 ,更深入地进行地震破裂丛集及前兆特征的研究 ,有可能建立地震和地质灾害性预报的新方法。并提出利用传统方法研究岩石扩容机理、应力门槛值、泊松比等的同时 ,进行岩石扩容现象。

岩石扩容过程中的体积应变与超声横波速度

通过对三轴实验中岩石体积应变与横波速度的分析,揭示了在各种试验环境中岩样的抗压强度大于体积应变最大值点的差应力,而体积应变最大值点的差应力大于横波速度最大值点的差应力,说明抗压强度前岩石扩容现象是肯定存在的。试验结果表明:不论应力应变曲线上的直线部分是否明显,都可以用检测横波速度最大值的办法确定岩石的应力门槛值;并建议对求岩石泊松比的常规方法有必要进行重新调整。

不同围压下茅口灰岩渐进性破坏的试验研究

利用MTS815电液伺服控制刚性试验机进行不同围压下茅口灰岩三轴压缩试验,通过计算绘得相应裂隙体积应变图,分析得出裂纹起始应力、裂纹破坏应力。结果表明：随着围压的增大,应力门槛值均呈非线性增长态势,当围压超过17 MPa时,裂纹起始应力、裂纹破坏应力分别增加48.5%和20.1%,茅口灰岩延性开始增强;裂纹破坏应力为峰值强度的64%~75%,三轴压缩下茅口灰岩裂隙不稳定发展阶段较长;环向应变值随围压增大而增大,当轴力超过裂纹破坏应力进入裂隙不稳定发展阶段,环向应变增大2.7~3.2倍,用环向-轴向应力应变曲线图能较好的反映岩石应力门槛值。

含孔试样渐进性破坏的表面变形特征

瓦斯抽采钻孔孔周裂隙漏气是抽采失效的主要原因之一,孔周裂隙扩展在煤体破坏的过程中表现孕育、稳定扩展及迅速扩展3个阶段。为探究孔周裂纹在松软煤体不同破坏阶段的发展特征,开展含孔试样渐进性破坏过程中的孔周裂纹扩展规律研究。将石膏与水以质量比7∶3混合制成类软煤含孔方形试样,进行单轴压缩试验并采用数字散斑相关测量方法(DSCM)获取试样表面全场变形。基于此,提出了利用DSCM系统确定应力门槛值的方法,并将其用于含孔试样渐进性破坏过程的孔周变形精细化分析,利用该方法所确定的应力门槛值可将试样的破坏过程划分为5个阶段,通过提取与计算分析试样表面全场变形数据,得到在不同阶段内试样表面相对位移、以及孔周位移。结果表明:试样表面相对位移发展历经缓慢降低,加速降低以及迅速降低3个阶段,其中加速降低和迅速降低阶段与应力-应变曲线的裂纹稳定扩展和裂纹加速扩展对应;在压缩过程中,由于孔周对称移动造成孔周表面拉伸和压缩错动,最终在表面形成主拉伸裂纹和法向剪切裂纹。

含预制裂纹的脆性岩石单轴压缩下渐进性破坏过程的试验研究

对含预制裂纹的花岗岩进行单轴压缩试验研究预制裂纹倾角α对脆性岩石渐进性破坏过程的影响。首先对破坏过程的轴向应力-横向应变曲线进行总结和讨论,然后分析预制裂纹与加载方向夹角α对岩石的应力门槛值:裂纹起始应力σci、裂纹扩展应力σcd、峰值强度σf,由应变片记录的应力-应变曲线和试样的表面裂纹扩展情况的影响机制。结果表明,含有预制裂纹的岩石试样进行加载试验过程中,预制裂纹倾角α的变化成了决定脆性岩石破裂方式的主要因素。故在对含节理、裂隙的脆性岩石的工程应用上,通过对岩体的轴向应力-横向应变曲线进行分析,可以对地下开挖工程起到指导设计开挖方式及支护形式的作用。

磷石膏-水泥改良黄土动力特性试验

为了改善黄土路基的动力特性,同时实现磷石膏的资源化利用,对不同配比下的磷石膏–水泥改良黄土进行了动三轴疲劳特性试验。试验结果表明:磷石膏–水泥改良黄土的动力特性较素土有较大改善,随着水泥掺比的增大,黄土的动弹性模量越大,阻尼比越小,震陷变形量也越小;在低动应力下,黄土在10000次振次内仅经历硬化阶段,随着动应力的增大,黄土开始产生振动损伤,且随着水泥掺比的增大,黄土的破坏方式由延塑性向脆性转变;随着动应力的增大,动弹性模量先增大后减小,阻尼比先减小后增大;经Hardin-Drnevich双曲线模型计算,磷石膏–水泥改良黄土的初始最大弹性模量有较大的提高,而初始动应力改变不明显;提出以等振次应力–应变曲线确定疲劳动应力门槛值,并得出磷石膏–水泥能有效提高黄土疲劳动应力门槛值的结论。研究结果可为黄土路基改良工程提供新的方法和思路,也可为实现磷石膏的资源化利用提供参考。

Ti55合金电子束焊缝氢致延迟裂纹的扩展机理

钛合金广泛应用于军事航空领域 ,但是一些钛合金在焊接条件下 ,焊缝会产生氢致延迟裂纹 ,其致裂机理尚不十分清楚。通过充氢CT(Compacttension)试件的恒载拉伸试验 ,研究了氢浓度对Ti5 5合金电子束焊缝裂纹尖端应力强度因子门槛值Kth及裂纹扩展速率da/dt的影响规律 ,分析了氢致延迟裂纹扩展的机理。结果表明 ,氢在Ti5 5合金焊缝中的固溶度约为 79× 10 -4%。当充氢浓度C0 低于 79× 10 -4%时 ,随着焊缝氢浓度C0 的增大 ,裂纹开始扩展的应力强度因子门槛值Kth迅速减小 ,而裂纹扩展速率da/dt随着C0 的增大而增大 ;C0 为 79× 10 -4%时 ,Kth为最小值并呈恒值特征。裂纹尖端应力场诱导氢原子扩散导致氢化物TiH2 析出是Ti5

对拉压超载后裂纹扩展迟滞模型的改进

对已有的裂纹扩展迟滞模型进行改进,合理地考虑压缩载荷对裂纹扩展的影响,特别是拉伸超载后紧随的压缩载荷对有效塑性区的影响,以及拉伸超载后紧随多个压缩载荷的处理方法。此外,改进门槛值随应力比R变化的计算公式,使计算结果与实际情况更接近,提高模型参数———门槛值的精度。最后,将改进后模型的预测寿命与试验结果进行比较。从对比结果可以看出,改进后模型的计算预测值与试验值比较接近,满足工程精度要求。

Sn-0.7Cu钎料的蠕变性能研究

采用一种微型圆形截面试件对Sn-0.7Cu在23,60,90,120℃时进行了蠕变性能研究。引入门槛应力值方法(threshold stress approach)来描述Sn-0.7Cu的蠕变性能。得出在低温区蠕变真实应力指数为7,高温区蠕变真实应力指数为5。并确定了Sn-0.7Cu的蠕变本构方程。