基于微观机理的高温后大理岩动态力学特性分析

为研究温度对大理岩动态力学特性的影响,对常温(25℃)及高温(200℃、400℃、600℃和800℃)后的大理岩试样开展SHPB试验、XRD和SEM微观试验,探究了高温后大理岩动态力学特性与温度的关系及微观损伤机理。结果表明:高温后大理岩的动态压缩应力-应变曲线分为弹性、屈服、破坏3个阶段;大理岩的峰值应力及破坏特征均存在明显的温度效应,即随温度的升高,大理岩的峰值应力逐渐下降,破碎程度加剧;大理岩的动态力学特性与其矿物组分及晶体结构密切相关,200℃~600℃时,微缺陷增多,且白云石发生了热分解转化,在800℃时,矿物分解生成CO_(2)气体和氢氧化钙,且晶体结构发生熔融破坏,内部损伤严重,塑性增强,从而导致宏观力学特性的大幅下降。

高温水冷玄武岩微观机理及物理力学特性分析

为研究高温水冷对玄武岩物理力学特性的影响,对常温(25℃)和经历高温(100℃、300℃、450℃和600℃)水冷处理后的玄武岩试样开展物理测试试验、静态单轴压缩试验、X衍射及电镜扫描试验,分析了高温水冷后试样的微观损伤机理以及试样物理力学特性与温度的相关性。结果表明:高温水冷并未改变玄武岩主要的矿物成分,但对其相对含量有所影响;温度梯度越大,热冲击导致的内部裂纹越多,当温度升至600℃时,微观结构出现韧窝破裂形式;随着温度的升高,试样逐渐由灰绿色转变为红色,质量损失率不断增大,纵波波速不断减小,应力应变曲线逐渐变平缓,峰值强度和弹性模量则呈劣化趋势,且劣化程度逐渐加剧;在高温水冷与荷载耦合作用下,试样总损伤变量演化曲线随温度的升高逐渐变缓,表明试样逐渐由脆性转变为塑性。

汽轮机转子钢蠕变载荷下的微观组织损伤研究进展

通过对9-12%Cr汽轮机转子钢蠕变疲劳后的微观组织进行了分析研究,得到其在蠕变不同阶段的组织特征和蠕变速率变化情况。重点针对其蠕变前后的亚晶结构,析出物(M23C6碳化物、MX碳氮化物、Laves相、Z相等)进行了对比分析,以及对蠕变空洞形成作出解释。通过蠕变疲劳全过程的微观组织分析,对其微观损伤机制做了总结和讨论,并对微观结构分析的方法和思路提出了建议。

岩体中的节理裂隙对爆破效果影响机理研究

根据模型和现场试验结果,分析了不同类型节理裂隙对岩体爆破破碎效果的影响机理,提出了相应的合理爆破参数确定原则。

双网络水凝胶损伤本构模型研究进展

新型高分子生物材料——双网络水凝胶不仅保持了传统水凝胶优良的物理性质,而且具有超高的刚度、强度和韧性等优异的力学性能,具有广阔的应用前景。它们在大变形下表现出应力软化、颈缩、应变硬化、损伤各向异性和损伤交叉效应等复杂的非线性力学行为。研究双网络水凝胶的损伤力学十分必要。本文聚焦共价交联型双网络水凝胶,描述了它们在实验中观察到的力学行为以及相应的微观损伤机理,介绍了现有的损伤本构模型,并概括了这些模型的优点与不足,最后对双网络水凝胶的损伤力学研究进行了简明扼要的展望。

基于原子力显微镜的沥青微观损伤机理分析

为揭示微观尺度下沥青的损伤机理,采用原子力显微镜(AFM)对基质沥青及SBS改性沥青进行了测试分析。首先设计了一款AFM原位拉伸试验装置;然后,结合AFM原位拉伸试验测试了拉伸荷载作用下沥青表面不同微观结构及其力学性能;基于形貌测试结果和ABAQUS软件建立了沥青的二维有限元模型,分析了拉伸荷载作用下沥青表面的应力分布;最后,结合AFM测试结果和有限元模拟结果分析了沥青的微观损伤机理。研究结果表明:所研究的基质沥青表面存在3种微观结构,即蜂状结构、蜂壳结构和间隙结构,SBS改性沥青无明显蜂壳结构;间隙结构抗变形能力最弱,蜂状结构抗变形能力最强;SBS改性剂的加入降低了沥青表面的应力,且使应力分布更均匀;拉伸荷载作用下,沥青表面会出现相分离,随着荷载增大相分离现象加剧,相分离出现在沥青表面应力最大处;拉伸荷载作用下沥青的损伤演化过程中,沥青应力较大的间隙结构首先出现相分离,随着荷载增加,相分离不断加剧直至微裂纹产生。

高温后钢筋与混凝土粘结性能试验与损伤机理分析

钢筋与混凝土的高温粘结性能是研究钢筋混凝土结构抗火性能的基础，通过制作15个立方体混凝土试块和11个中心拉拔粘结锚固试件，分别进行200～800℃高温后抗压试验和拔出试验，研究了经历不同温度后混凝土抗压强度和与钢筋粘结性能的变异情况。对历年来高温后混凝土粘结试验数据进行了统计分析，并通过有限元拟合对试验温度场进行了修正，总结了高温后钢筋与混凝土粘结性能的退化规律和影响因素，同时比对了高温后粘结强度与混凝土抗压强度、弹性模量和抗拉强度的相关性。基于现有高温后混凝土材料微观试验结果，从微观结构层面解释了宏观粘结性能变化规律，并分析了高温后粘结性能微观损伤机理。结果表明：高温后钢筋与混凝土的粘结强度随着温度升高呈现下降的趋势，且与高温后混凝土抗拉强度衰减规律相近。同时，高温后混凝土残余粘结强度与混凝土高温微观结构密切相关，与水泥凝胶体HCP孔隙率之间具有良好的相关性。

高海拔强盐沼泽区桥梁桩基损伤现场模拟试验

为了探明高海拔强盐沼泽区公路桥梁桩基受干湿循环和冻融循环的损伤状况,采用现场模拟试验,研究了桩身位置、混凝土配合比、混凝土掺合料与外防护措施等对桥梁桩基力学性能的影响,采用SEM分析、EDS分析和化学成分分析等手段探究了桩基损伤的微观机理。研究结果表明:桩基混凝土抗侵蚀能力及其内部钢筋锈蚀受桩身位置影响,对于基准混凝土试件,龄期为360 d时,水中、地表、地下0.25与1.25 m的桩基混凝土抗侵蚀系数依次为0.80、0.63、0.75和0.76,对应位置钢筋面积锈蚀率依次为76%、91%、66%和65%;桩基混凝土抗侵蚀能力受混凝土配合比与掺合料的影响,整体上掺入矿渣的混凝土抗侵蚀能力最强,龄期为360 d时,当砂子、水、碎石、减水剂、水泥、阻锈剂和膨胀剂的含量一致时,掺入87.25 kg·m-3粉煤灰、21.8 kg·m-3硅灰、87.25 kg·m-3矿渣的混凝土试件的平均抗侵蚀系数分别为0.79、0.89、0.91;钢护筒在短期内能保护桩基混凝土不受到外界侵蚀,在长期侵蚀下保护期限一般为2~3年;从90 d龄期到360 d龄期,桩基混凝土中C元素的质量分数从0增长到9.61%,生成了越来越多的CaCO3分子,再加上钙矾石等晶体的膨胀,使得桩基混凝土膨胀开裂。

相变温度下(800℃)核电设备用A508-Ⅲ钢的蠕变损伤及本构方程研究

在800℃条件下,对国产压力容器(RPV)用A508-Ⅲ钢分别进行17.5 MPa、20 MPa和27 MPa 3种载荷下的蠕变试验及部分载荷下的蠕变中断试验(20 MPa和27 MPa)。微观组织及蠕变曲线研究表明,随着蠕变时间的增加,试样内空洞及第二相粒子的体积分数近似成线性增长;由此可以推断蠕变空洞萌生、扩展及第二相粒子的粗化是造成蠕变损伤的主要原因。本研究从细观力学思路出发,结合A508-Ⅲ钢蠕变过程中微观损伤机理,通过定义无损相、空洞相和第二相粒子相组成三相复合体作为代表性体积单元,提出考虑微结构损伤及演化的K-R蠕变本构方程。通过归一化处理,最终获得反映空洞及第二相粒子演化的蠕变本构方程和损伤演化方程的形式,建立微观结构损伤与本构方程之间的内在联系。