基于声发射主频分布的大理岩应力-应变全过程曲线特征研究

为探寻大理岩应力-应变全过程曲线各个阶段声发射主频分布特征,通过对大理岩试件开展单轴压缩变形试验,获得大理岩试件的应力-应变全过程曲线以及声发射监测数据,并利用Matlab对原始声发射波形进行快速傅里叶变换并提取频谱特征中的主频信息,按照应力-应变全过程曲线的5个阶段,分析各个阶段声发射主频分布特征。通过分析可发现:声发射主频集中分布于3条频域带,分别为0~100 kHz低频频域,100~200 kHz中频频域,以及大于200 kHz高频频域;不同频域内主频分布情况与岩石内部裂隙、孔洞的发育、发展、贯穿乃至形成宏观破裂密切相关;根据应力-应变全过程曲线各个阶段声发射主频在不同频域内的分布占比以及演变规律,总结了岩石试件发生整体宏观破裂失稳的声发射主频分布特征。

RPC应力-应变曲线系数与塑性损伤因子无量纲化计算模型研究

为了方便活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)等效矩形应力图系数与塑性损伤因子的计算与取值,对RPC应力-应变曲线系数与塑性损伤因子的计算模型进行了理论研究。通过对现有的计算方法进行无量纲化转化,推导了决定计算模型的四个原函数条件;对一个实际的应力-应变关系进行了计算,将得到的结果进行了分析;并对受弯矩形梁非极限状态下截面内力和力矩的推定计算进行了演示。针对应力-应变关系式含有非整次有理分式的情况提出了曲线拟合方法;研究了拟合次数、拟合区间和拟合函数类型对拟合精度与稳定性的影响。比较了4种典型的RPC本构模型在同种材料下的应力-应变曲线系数与损伤因子取值模型曲线,结果显示:拟合曲线得到的取值模型与其他原始曲线得到的取值模型在曲线上具有较高的相似度,证明了曲线拟合方法的准确可靠性;最后给出了一种RPC受压应力-应变曲线系数与塑性损伤因子无量纲化取值模型。

再生微粉活性粉末混凝土单轴受压应力-应变曲线研究

为了进一步了解再生微粉活性粉末混凝土(RPC)的受压性能,通过试验分析并结合有限元模拟,研究了不同配比再生微粉RPC的单轴受压应力-应变曲线。利用有限元软件Ansys在细观层次上建立了随机分布钢纤维模型,建立的随机钢纤维模型能较好地反映实际情况。进而采用数值模拟的方法分析了钢纤维体积掺量对RPC受压应力-应变曲线的影响。研究结果表明,随着再生微粉对水泥替代率的增加,峰值应力减小,峰值应变和弹性模量略有降低但变化不显著。钢纤维的加入提高了再生微粉RPC的峰值应力、峰值应变和弹性模量,且随着钢纤维掺量增加,峰值应力增长,弹性模量有一定增长,峰值应变变化不明显。

基于广义波阻抗理论的SHPB试验中弹性压缩阶段试件应力-应变曲线的应力波效应及其影响机理

定量研究分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验中弹性压缩阶段试件中的应力波效应是解耦准确材料弹性曲线的基础。在满足平面波假设的基础上,基于广义波阻抗理论,对杆与试件面积不匹配时试件弹性压缩阶段应力波演化造成的结构效应开展了定量理论研究,分析了不同情况下弹性阶段内试件唯象工程及实际材料应力-应变曲线的偏差特征与主要因素,并揭示了影响这种偏差的影响规律及其机理。研究表明:对于线性入射加载波,当无量纲时间为0.5的倍数时,即使其他参数改变,试件唯象与材料实际的应力-应变曲线仍对应相等;试件两端的应力差较大时,若应力差的变化趋于稳定,则试件唯象与材料实际的应力-应变曲线差异较小。计算了不同波动区间内试件的最大应力偏离值及其变化趋势和对应的无量纲时间,研究了入射波是双线性组合波时试件的应力-应变曲线。研究表明:双线性波入射时,2个线性区间可以独立分析,无论如何组合线性区间或应力差如何变化,只要试件两端应力差为近似恒定曲线,对应的试件唯象工程应力-应变曲线都是相对准确的。

仿木材料抗拉强度与应力-应变曲线试验研究

仿木材料是以氯氧镁水泥为基体,植物纤维为增强体,并添加柠檬酸、酒石酸、六偏磷酸钠搅拌均匀后经高压静置固化成型的无机胶凝材料,为研究其抗拉强度和抗拉本构关系,制作了30个试件进行轴心受拉试验,共采集到22个试件的有效数据。结果表明:仿木材料的轴心抗拉强度为7.98 MPa,变异系数为0.121,抗拉弹性模量为3600 MPa,变异系数为0.089,轴心拉力作用下,材料达到峰值应力后应力迅速下降,试件脆性破坏;根据应力、应变测试结果,拟合得到了材料的轴心抗拉本构关系,可供材料非弹性应用时参考。

EPS轻质混凝土的应力-应变曲线试验研究

EPS(聚苯颗粒)混凝土是一种轻质、保温的新型墙体材料,通过对3组不同密度等级的EPS混凝土试样进行轴心受压试验,分析了其破坏形态、力学性能及应力-应变曲线。结果表明:EPS混凝土的破坏过程具有一定的韧性,随着密度等级的增加,混凝土刚度上升,抵抗弹性变形能力增加、脆性增强、破坏更加迅速。EPS混凝土的轴心受压应力-应变曲线分为上升段、下降段和斜直线段,在试验研究与理论分析的基础上,通过拟合相关系数,提出了应力-应变曲线函数表达式,拟合结果与试验曲线较吻合,为EPS混凝土后续相关研究提供了参考,具有重要意义。

2050铝合金热压缩过程表面开裂与应力-应变曲线关联性分析

对喷射态2050铝合金进行了温度为350~530℃,应变速率为0.01~10 s~(-1)的热压缩实验,分析了试样表面开裂情况及其与应力-应变曲线间的关联性。结果表明,应变速率低于1 s~(-1)时,变形温度越高、应变速率越低,试样表面越容易开裂。试样在应变速率为0.01 s~(-1)、温度为470℃压缩时表面出现了肉眼可见的微裂纹;随着温度增加至530℃,试样开裂程度加剧。在温度为530℃时,随着应变速率由0.01 s~(-1)增加至10 s~(-1),试样开裂程度先减小后增大,应变速率为1 s~(-1)的试样开裂程度最小。应变速率一定时,不同温度下应力-应变曲线变化趋势基本一致,变形温度越低、应变速率越大,变形抗力越高,温度为350℃、应变速率为10 s~(-1)时峰值应力最高,为119.8 MPa,温度为530℃、应变速率为0.01 s~(-1)时峰值应力最低,为15.3 MPa。对比开裂与未开裂试样的应力-应变曲线,未发现试样表面开裂对应力-应变曲线造成明显影响,可见应力-应变曲线不能反映热压缩过程中试样表面的开裂情况。

超高性能海水海砂混凝土单轴受压应力-应变关系

为研究超高性能海水海砂混凝土(Ultra-High Performance Seawater Sea-sand Concrete,UHPSSC)轴压应力-应变关系,探究钢纤维体积掺量对UHPSSC轴压力学性能和轴压应力-应变全曲线的影响,使用Instron 1346万能材料试验机测得UHPSSC应力-应变全曲线,借助Pycharm曲线拟合程序与已有混凝土应力-应变全曲线模型进行拟合与修正.结果表明:钢纤维掺量越高,轴压作用下UHPSSC的破坏程度越小,抗压强度和峰值应变也随之增加;已有模型拟合的UHPSSC应力-应变全曲线上升段与试验曲线比较相近,下降段后期差距较大;通过修正下降段形状参数,得到了更适用于描述UHPSSC应力-应变全曲线的修正模型,并验证该修正模型的适用范围.

沙漠砂再生骨料混凝土轴压应力-应变曲线研究

为研究沙漠砂对再生混凝土力学性能的影响,以再生骨料为粗骨料,分别采用0%、20%、40%和60%的沙漠砂取代普通河砂制备沙漠砂再生骨料混凝土圆柱体试件并开展轴心受压试验。采用试件表面粘贴应变片和外夹式LVDT位移传感器分别采集荷载峰前和峰后应变,消除试件开裂以及加载板间隙等因素对测量精度的影响,从而更准确地测得轴压应力-应变全曲线。研究结果表明:随着沙漠砂替代率的增加,沙漠砂再生骨料混凝土抗压强度、弹性模量和横向变形系数呈现先增大后降低的趋势,其中抗压强度和横向变形系数在沙漠砂掺量为20%时最大,弹性模量在沙漠砂掺量为40%时最大。沙漠砂再生骨料混凝土应力-应变全过程曲线的形状与普通混凝土相似,基于Carrerira D J模型和过镇海模型建立了沙漠砂再生骨料混凝土应力-应变本构方程,计算结果与试验结果吻合较好。

玄武岩橡胶混凝土基本力学性能及受压应力-应变曲线

为探究橡胶颗粒及玄武岩纤维交互耦合后对混凝土力学性能的影响,本文以橡胶体积掺量、玄武岩纤维体积掺量、玄武岩纤维长度作为三个主要因素,通过抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度及抗折强度试验研究三个因素对玄武岩橡胶混凝土的影响。结果表明:橡胶掺量的增加会降低混凝土的力学性能,但会改善混凝土的变形能力并降低脆性,玄武岩纤维的掺入可以改善混凝土各项力学强度,但掺量过多时,除抗拉强度外,其余强度均下降。综合分析得出当橡胶体积掺量为10%,玄武岩纤维体积掺量为0.10%,玄武岩纤维长度为18 mm时混凝土各项力学性能最优。基于受压应力-应变全曲线分析,提出玄武岩橡胶混凝土的受压应力-应变本构模型,为玄武岩橡胶混凝土构件的非线性分析和工程设计提供参考。

橡胶-钢纤维混凝土的劈裂应力-应变曲线特征及破坏机理研究

为探究橡胶掺量及其粒径对橡胶-钢纤维混凝土(R-SFC)应力-应变曲线特征和破坏机理的影响,利用电液伺服万能试验机对R-SFC试件进行静载劈裂抗拉试验。结果表明:随着橡胶掺量的增加,R-SFC的应力-应变曲线均位于钢纤维混凝土(SFC)的上方,且峰后延/韧性显著地增加。随着橡胶粒径的增大,R-SFC的弹性段先减小后增大,且各粒径下峰后曲线近似平行。劈裂抗拉强度和峰值应变随橡胶掺量的增加均逐渐降低。在SFC中加入橡胶颗粒可以明显地改善其低应力劈裂脆性并提高其峰后变形能力。根据材料特性和破坏形态建立了橡胶和钢纤维协同作用的桥接模型,并基于该模型推导了协同作用的力学简化计算表达式。最后,结合纤维间距理论和断裂力学推导了劈裂抗拉强度式。

基于长短期记忆网络的FRP约束混凝土圆柱循环轴压应力-应变预测模型

纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)已被广泛应用于既有混凝土结构的加固改造和新建结构中。FRP约束混凝土柱在地震作用下通常会受到轴压的往复循环作用,研究FRP约束混凝土在循环轴压作用下的应力-应变特性对于FRP在实际工程中的应用具有重要意义。该文提出了一种用于建模循环轴压下FRP约束混凝土柱应力-应变特性的神经网络预测模型,该模型采用长短期记忆(Long short-term memory,LSTM)单元对循环应力-应变曲线中的滞回特性进行建模,构件的物理参数被有效地集成在网络的输入中。该模型能以端到端的方式进行高效的训练且不依赖任何专家经验。制作了一个包含166个FRP约束普通混凝土柱的循环轴压数据库,在该数据库上对模型的准确性和鲁棒性进行了充分的评估,结果表明测试集平均预测误差仅为0.32 MPa。此外,对网络结构和超参数的影响进行了详细的讨论,结果表明该模型具有出色的预测性能。

基于折减因子的奥氏体不锈钢螺栓高温应力-应变模型

不锈钢螺栓具有显著的耐久性、延性和耐火性,因此它们被广泛地应用于栓接的半刚性节点中。不锈钢螺栓如同其基材(不锈钢棒材)一样,在常温和高温下都表现出平滑的非线性特征,并且它们的应力-应变曲线中没有明确定义的屈服点。这种材料行为可以用不同的材料模型来表征,其中最常用的是Ramberg-Osgood公式或其修订版。然而,在现存不锈钢的材料模型中,相关力学参数的预测公式并不适用于经受冷作硬化和冷铸工艺的奥氏体和双相体不锈钢螺栓。因此,本工作基于先前研究中高温下不锈钢螺栓的折减因子建立它们的非线性高温材料模型。倘若在五个常温力学参数(杨氏模量、比例极限、屈服强度、极限强度和极限应变)已知的情况下,基于高温折减公式计算某一温度下的五个力学参数,进而评估试验应力-应变曲线与预测曲线之间的相关性。这种预测方法表明预测曲线与试验曲线具有明显的一致性,说明基于折减因子所建立的高温材料模型具有准确的预测精度。因此,联合不锈钢螺栓的高温折减公式,基于常温下的五个力学参数就可以准确预测其在某一温度下的应力-应变曲线。

碱矿渣再生混凝土单轴受压应力-应变关系研究

为获取碱矿渣再生混凝土(AASRAC)的力学性能参数,对18个混凝土试件进行单轴受压试验,分析再生骨料取代率对受压应力-应变全曲线的影响,并建立AASRAC单轴受压应力-应变曲线全曲线方程。研究结果表明,AASRAC试件均呈现明显脆性破坏特征,随着再生骨料取代率增大,混凝土峰值强度、弹性模量呈现先小幅增加后降低的趋势。由于碱性激发基体更为致密的孔隙结构以及再生骨料中未水化水泥颗粒在碱激发剂作用下的二次水化作用,当再生骨料取代率为75%时,AASRAC的抗压强度与未掺组强度基本相同。所建立的应力-应变关系方程的计算结果与试验结果吻合良好,该曲线方程能够较好地预测AASRAC在单轴受压荷载下的力学性能参数。

水泥加固黏土强度及应力-应变全曲线特征研究

以南昌地区典型粉质黏土为研究对象,通过正交试验和极差分析,探究水泥掺量、土样含水率和养护龄期对水泥土强度的影响,分析不同配比水泥土的破坏模式。结果表明,水泥掺量由2%增至8%时,水泥土分别为塑性破坏和双剪压破坏,水泥掺量超过11%时,水泥土呈明显的脆性破坏;水泥加固黏土时存在界限含水率,试样含水率高于界限含水率时,明显弱化水泥掺量对水泥土的抗压强度及应力-应变曲线的影响。根据水泥土应力-应变曲线的演变特征,提出水泥土的单轴应力-应变全曲线方程,通过理论值与试验结果对比,验证了其可靠性。

高温作用下大理岩应力-应变全过程的试验研究

采用液压伺服刚性岩石力学试验系统,研究了大理岩在常温至800℃高温作用下的应力-应变全过程特性,比较系统地分析了高温作用对大理岩的刚度、峰值强度、峰后特性及残余强度等的影响。试验结果表明:随着温度升高,岩石总体刚度、单轴强度降低表现出明显的软化特性,峰后特性及残余强度宏观上表现出由脆性向塑性的渐次演化。这些结果一定程度上反映了大理岩在温度作用下,其内部结构变化的基本规律,对今后高温岩体工程有一定的实用参考价值。

聚丙烯腈纤维在水浴牵伸过程中应力-应变曲线的研究

主要考察了聚丙烯腈纤维在水浴牵伸过程中的应力-应变曲线,以及温度、牵伸速率、水分对应力-应变曲线的影响。结果表明:聚丙烯腈纤维在水温为室温(26℃)、30℃～70℃时属于细颈牵伸,在80℃、90℃时是类橡胶牵伸,当水温低于60℃和牵伸速率太快时纤维易产生毛丝。所以在牵伸过程中,水温不能低于60℃,牵伸速率要适中,在本实验条件下,200mm/min、500mm/min比较合适,而且在水中牵伸比在空气中牵伸效果好,可获得较大的牵伸率。

脆性岩石应力-应变全过程声学特征演化规律

采用岩石加载系统获得脆性花岗岩单轴压缩全应力-应变曲线,同步测试声发射(AE)和超声波变化,研究应力-应变全过程AE特征、声波波速、波速各向异性及透射波频谱特征随岩石破裂的变化规律,并结合宏观变形和声学特征综合分析花岗岩破裂过程。研究结果表明:破裂全过程AE频谱表现出双峰值或多峰值特征,主频及振幅先增后减;起裂应力附近AE主频快速增大,损伤应力后高频大幅值AE信号数量快速增多,对应中尺度裂纹扩展,同时AE频带宽度增大,峰值应力附近低频大幅值AE急剧释放对应大尺度破裂发生;波速先增后减,波速各向异性逐渐增大,峰后段波速降低幅度超过40%;透射波频谱振幅和主频随着微裂纹的压密闭合而逐渐增大,并伴随裂纹的萌生扩展逐渐减小,且频谱幅值变化比波速和频谱主频的大;大幅值AE震源在峰值应力附近局部聚集成核;AE数量显著增加早于波速下降及宏观扩容发生,AE事件对裂纹萌生、扩展的敏感性比波速和宏观变形的大,但峰后卸载段宏观变形对裂纹扩展的响应比AE事件对裂纹扩展的响应大,这与峰后破坏模式相关。

单轴拉伸条件下细观非均匀性岩石变形局部化分析及其应力-应变全过程研究

岩土工程的开挖卸荷往往产生拉应力,因此研究单轴拉伸条件下细观非均匀性岩石的变形局部化和全过程应力-应变关系具有重要的理论和现实意义。利用损伤力学理论研究了岩石在线弹性阶段、非线性强化阶段、应力跌落、应变软化阶段的拉伸应力-应变关系,并分析了产生应力跌落和应变软化的主要原因是损伤和变形局部化,将损伤和变形局部化引入本构模型是和以往模型的重要区别。通过与实验成果的对比分析,验证了模型的正确性和有效性。

玄武岩机制砂混凝土应力-应变关系研究

以云南某隧道废弃玄武岩生产的机制砂为骨料,制备标准棱柱体和立方体试件分别进行单轴抗压试验,分析其受力变形及破坏特性,得到其单轴受压状态下的抗压强度和应力-应变全过程曲线,并结合过镇海模型建立应力-应变关系和模量计算方法,通过开展数值模拟研究验证该应力-应变关系的准确性。结果表明:由于机制砂棱角较为明显,故断裂面或裂缝均出现在骨料和水泥砂浆交界处,破坏时混凝土试件两侧边缘位移较大,出现剥落现象,即呈现X型破坏;与常规河砂混凝土相比,受压破坏时玄武岩机制砂混凝土裂缝较多;随着玄武岩机制砂混凝土强度的增大,其脆性也逐渐增大;玄武岩机制砂混凝土立方体抗压强度试验和轴心抗压强度换算系数建议取0.76;结合过镇海模型建立的玄武岩机制砂混凝土应力-应变关系计算方法能够较好地反映其受力变形特性;拟合值和数值模拟结果较为接近,误差较小,计算结果较为合理。