基于温度-应力试验的混凝土抗裂性仿真分析方法

温度-应力试验能够较好地评价混凝土抗裂性,但因其耗用时间长、试验成本大而制约温度-应力试验法的发展。本试验应用温度-应力试验法得到线膨胀系数、自生体积变形、徐变等变形参数随成熟度发展的函数关系,并用B4Cast温度应力分析软件模拟实际浇筑过程中混凝土的温度发展历程,通过仿真计算,对比实际工况下不同配合比混凝土的抗裂性。结果表明:应用B4Cast仿真计算软件可以得到不同温控措施下混凝土内部的温度历程,采用与实际情况接近的温度历程进行温度应力分析,才能客观评价混凝土的抗裂性;在温度应力试验结果的基础上,通过拟合得到混凝土的热膨胀系数、收缩变形、弹性模量、抗拉强度等参数随成熟度的变化规律,再将其用于B4Cast计算出的温度历程,可以对混凝土的开裂风险进行仿真分析;应用此方法得出在同等级下低热水泥的混凝土抗裂性高于中热水泥的混凝土。

基于温度-应力试验机的水工混凝土抗裂性试验方法

目前水工混凝土采用极限拉伸值和绝热温升来评判抗裂性的方法未能客观反映混凝土实际的抗裂表现。重大水利工程对混凝土的抗裂性提出了更高的要求,迫切需要一种科学、综合的试验方法来客观评价混凝土的抗裂性。作为一种先进的设备,温度-应力试验机能够克服目前混凝土抗裂性试验方法的缺陷,可以实现以下功能:测量半绝热及模拟实际坝体温度历程下混凝土力学及变形性能的发展规律、监测不同约束状态下的应力应变发展、测量混凝土的真实开裂温度以及早期拉徐变性能。因此,该试验方法能够为重大工程的混凝土配合比设计及优化提供试验依据,客观地评价不同配合比混凝土的开裂风险。

温度-应力试验方法的建立

系统地介绍了温度-应力试验法的含义、适用范围和相关术语、温度-应力试验对仪器设备的功能的要求和对试验环境的温湿度要求、温度-应力试验的一般流程以及试验结果可提供的性能参数,希望借此推动温度-应力试验方法和设备仪器的标准化进程。

基于温度-应力试验的早龄期混凝土弹性模量量测

为了解决采用标准试验方法无法测试早龄期混凝土弹性模量的问题,采用温度-应力试验法,选用测量精度为0.1kN的高精度荷载传感器,控制混凝土试件在极短时间（〈5s）内的位移量为10~15μm,可以准确测得早龄期的混凝土弹性模量.综合采用温度-应力试验测得的48h内的弹性模量数据与采用标准试验法测得的3~28d的弹性模量数据,建立了以等效龄期作为时间尺度、以第一零应力时间为起始测试点的混凝土弹性模量随时间发展的函数关系.

约束可调式单轴温度-应力试验机控制系统

约束可调式单轴温度-应力试验机作为一种研究混凝土早期的水化特性、应力发展、变形模量以及徐变等特性的设备。根据该试验机的主要功能及主要技术指标要求设计其控制系统,它由荷载控制子系统和温度湿度控制子系统两部分组成。荷载控制子系统完成对混凝土试件形变量和应力的测量,并控制混凝土试件。温度湿度控制子系统测量混凝土试件内部温度,并控制混凝土试件周围的温度和湿度。设计的约束可调式单轴温度-应力试验机控制系统采用LabView8.0平台开发软件。经运行验证,控制系统完全能满足试验机的主要技术指标要求,并实现其主要功能。

无机聚合物混凝土温度-应力试验研究

混凝土浇筑过程中的温度应力是研究混凝土早期内部裂缝的关键因素之一。利用清华大学研发的温度-应力试验机,对无机聚合物混凝土进行早期开裂敏感性能研究,并与普通混凝土进行比较,分析无机聚合物混凝土早期温度、应力以及变形的发展规律。研究表明:(1)无机聚合物混凝土抗裂性能优于普通混凝土。无机聚合物混凝土开裂温度为14.2℃,开裂应力为2.658 MPa,普通混凝土开裂温度为14.4℃,开裂应力为0.582 MPa;(2)无机聚合物混凝土与普通混凝土的变形发展大致相同,可分为早期收缩、膨胀、收缩至开裂3个过程;膨胀阶段:无机聚合物混凝土最大伸长量为114.2μm,普通混凝土为108.15μm;收缩阶段:无机聚合物混凝收缩至72.91μm时断裂,普通混凝土收缩至25.33μm时断裂;(3)运用有限元软件ANSYS对无机聚合物混凝土浇筑过程的温度场进行数值模拟,模拟结果与实测结果相吻合。

不同温度条件下三峡茅坪溪沥青混凝土三轴试验研究

沥青混凝土具有温度敏感性,不同温度下力学性能差异较大。针对三峡茅坪溪沥青混凝土进行了基本力学性质试验及不同温度条件下的三轴剪切试验,探究温度对沥青混凝土力学性质的影响规律。结果表明:茅坪溪沥青混凝土的劈裂抗拉强度偏低,拉伸强度较小,拉伸应变较大,最大弯拉应变、挠跨比较大,单轴抗压强度较小;随着试验温度的升高,沥青混凝土的黏聚力增大,内摩擦角减小,试样破坏偏应力降低,且偏应力随着围压的增加而增大,试验结束时应力-应变关系曲线均为硬化型;变形模量数K、n及初始切线泊松比G均随试验温度的升高而降低。试验成果可为大坝沥青混凝土心墙运行状态评价提供参考。

稀疏不规则裂隙岩体模型三维水流-传热对温度和应力影响的试验研究

选取高放射核废物处置库重要预选场区甘肃北山地区的花岗岩,制作750 mm(宽)×300 mm(厚)×1 000 mm(高)的稀疏不规则裂隙岩体模型,该模型由18块花岗岩和竖向与斜向各两条裂隙组成,在裂隙及岩石内部埋置温度传感器、水压计、直角应变花,并在模型一侧设置局部热源,研究热源温度和裂隙水流速对岩石温度和应力的影响。结果表明,竖裂隙水主要从顶部进水口流向底部出水口,斜裂隙水主要从侧部进水口流向侧部出水口,竖裂隙与斜裂隙在交汇处存在微小流量交换;由于热源处在两条斜裂隙进水口之间,并且斜裂隙长度小于竖裂隙,岩石热传导与斜裂隙水流对岩石温度分布起控制作用,竖裂隙水流对岩石横向热传导起阻滞作用;由于热传导和水流传热的不规则性,上层岩石形成从左向右为主的传热路径,中层和下层岩石形成从上向下为主的传热路径;由于上、下层岩石温度梯度较小,岩石收缩受热拉应力,而中层岩石温度梯度较大,岩石膨胀受热压应力,大主应力的方向大致垂直于斜裂隙面与竖裂隙面的交线,岩石应力增量随斜平面方向的温度梯度增大而增大;热源温度越高,裂隙水流速越低,岩石温度越高、岩石应力越大,系统达到稳态需要的时间越长。

基于温度-压力双应力加速试验的NEPE推进剂寿命预估研究

目的探索实际贮存状态NEPE推进剂自重产生的诱发压力对其贮存寿命的影响,开展温度-压力双应力作用下NEPE推进剂的寿命预估研究。方法对比分析NEPE推进剂在加速老化试验过程中的失效机理,确定其老化失效模式以及老化失效参量,采用加速老化试验及力学性能测试,分析NEPE推进剂加速老化过程中力学性能的变化规律。基于不同温度-压力应力条件下NEPE推进剂老化特性的变化规律,构建温度-压力双应力作用的贮存寿命预估模型,对25℃和2 MPa下NEPE推进剂的寿命进行评估。结果温度、预紧压力升高均会促进NEPE推进剂力学性能的衰减。结论相比于单温度应力下的加速老化特性,温度-压力双应力作用会提高NEPE推进剂试片力学性能的衰减速度,考虑推进剂的自重影响因素,采用温度-压力双应力条件下的NEPE推进剂寿命预估模型,可以更准确地预测NEPE推进剂的贮存寿命。

混凝土温度-应力试验机主机结构的优化设计研究

针对混凝土温度-应力试验机的执行系统响应速度过慢、加载滞后时间过大的问题,利用ANSYS对试验机主机的关键部件进行有限元分析,分析其强度与刚度要求,结果表明试验机的变形恢复机构与传动主轴的质量有较大的盈余。为了提高试验机执行系统系统响应的快速性,减小加载滞后时间,分别对试验机变形恢复机构进行了轻量化设计、对传动主轴进行了多目标结构优化设计。对比优化前后,优化后试验机执行系统响应的快速性得到了明显提升,从而提高了试验机测量结果的准确性,改善了试验机的工作性能。

销-盘试验的热-应力-磨损耦合模拟研究

销-盘磨损试验涉及复杂的热-应力-磨损耦合现象。基于广义Archard磨损模型和商用有限元软件ABAQUS,开发模拟销-盘磨损试验过程中热-应力-磨损耦合模拟分析的顺序耦合方法。分析销-盘试验的瞬态温度场,将温度场作为热载荷分析摩擦副的应力-磨损耦合问题;分析过程中考虑温度对摩擦副材料的力学和热学性能的影响以及广义Archard磨损系数和摩擦因数对温度和接触压力的依赖性。热传导分析考虑摩擦生热、销-盘接触传热、各个表面与空气之间的强制对流换热、自然对流换热以及热辐射。将该方法用于销-盘磨损试验的模拟,得到温度场、接触压力和磨损量的演变过程,揭示温度场对接触和磨损的影响规律,仿真结果与试验结果吻合良好。

航天器电子设备温-湿-振综合环境应力试验的设计与过程控制方法

为进一步发现产品缺陷,提高产品可靠性,需对航天器电子设备选择温度-湿度-振动综合环境进行考核。文章分析了航天器电子设备在温度-湿度-振动综合环境下的故障模式和失效机理,论述了综合环境应力试验的设计方案、过程控制方法及需考虑的影响因素,并总结了试验发展方向,为推广应用温度-湿度-振动综合环境应力试验提供参考。

国产航空有机玻璃(PMMA)的压缩应力-应变行为研究 Ⅰ.试验方法和试验结果

本文以飞机座舱透明体经受鸟撞击的损伤分析为背景,详细报道了透明体材料——3~#航空有机玻璃在不同温度和中、低应变率下的单轴压缩应力-应变行为的实验测试结果。给出了6个温度和7个应变率档次,共41组试验的加卸载循环的应力-应变表征曲线,并对采用的试验方法和结果的可靠性及其精确度作了广泛的讨论说明。

基于温度应力试验的大掺量粉煤灰混凝土应力松弛的研究

为研究大掺量粉煤灰混凝土的早期应力松弛,故采用温度-应力试验机(TSTM)研究了35%基准粉煤灰混凝土和80%大掺量粉煤灰混凝土在温度匹配模式和绝热模式下试件的约束应力,再结合Kanstad改良弹性模量发展模型计算出随时间变化的弹性应力,通过试件的约束应力和弹性应力计算出应力松弛度,来评价两种混凝土的应力松弛能力,以便为两者的早期开裂敏感性评价提供依据,并为从未有过施工先例的大掺量粉煤灰混凝土的实际应用提供参考。结果表明,大掺量粉煤灰混凝土相对于基准混凝土有更好的应力松弛能力,能有效降低开裂的风险。

饱和黏土中能源群桩热力特性模型试验研究

为研究饱和黏土地基中静钻根植能源群桩不同运行方式的热力特性,采用自行设计的模型试验系统,测试温度条件下模型单桩和群桩的热力响应。通过埋置传感测试元件,得到桩顶位移、桩身应力、桩和桩周土温度、桩周水平土压力及孔隙水压力。结果表明:由于桩间热扩散,加热桩会对周围非加热桩造成影响,导致非加热桩桩身温度增加、桩顶位移上升,能源群桩的平均换热性能较单桩低;制冷工况下群桩的桩顶位移变化绝对值大于加热工况,需要考虑以确保安全性;由于群桩效应,与单桩相比,能源群桩桩顶位移变化更大,桩身附加温度应力更小;能源群桩的热力特性受运行能源桩数量影响,运行数量越多,温度对能源群桩的热力特性影响越显著,桩周土压力、孔隙水压力变化值越大。

空空导弹温度-高度环境适应性模拟试验方法研究

在分析空空导弹寿命期内典型任务剖面的基础上,运用环境分析技术对空空导弹四种典型的状态事件中涉及到的温度、高度环境应力进行了分析,确定了空空导弹温度-高度环境试验的项目、环境条件及试验流程,并明确了具体的实施技术方法。该方法具体、可操作性强,对于空空导弹温度-高度环境适应性试验的开展具有一定的指导意义。

盐岩温度与应力耦合损伤研究

盐岩应力与温度耦合损伤研究对处在深层盐岩的地下空间利用有重要意义。从微观统计的角度出发,通过岩石细观力学的分析、综合,修正前人的研究成果,从而建立温度–应力耦合下的盐岩损伤方程。为验证所提方程的有效性,进行不同围压和温度下的盐岩力学特性试验,分析围压和温度对其力学特性的影响,尤其是对损伤的影响。试验结果表明:围压可抑制损伤的发展,而温度的升高,则在一定的范围内造成损伤的加剧。根据试验结果进行参数拟合,验证所提出的损伤方程的有效性。

高铝砖高温弯曲应力-应变关系

采用研制的高温弯曲应力-应变测试仪研究了Ⅰ等高铝砖DL-80、Ⅱ等高铝砖GL-75和Ⅲ等高铝砖GL-55在不同温度下的力学性能,包括应力-应变曲线、弹性模量、抗折强度和断裂时的最大变形量。结果表明:高铝砖在不同温度下的应力-应变关系可以分为弹性阶段、塑性阶段和粘滞流动阶段;在低、中温范围内,高铝砖的弹性模量和抗折强度随温度的上升而增加,到达某一转折温度后,随温度的上升而明显下降;3种高铝砖高温力学性能从高到低的排列顺序为:Ⅱ等>Ⅰ等>Ⅲ等。

东北地区机场混凝土道面温度翘曲试验研究

为了研究我国东北地区机场水泥混凝土道面板板角温度分布规律及温度-应力/应变关系,依托新建松原查干湖机场道面工程开展道面温度翘曲试验,应用智能温度、应变传感器监测板角不同深度处的温度与应变、应力日间变化和季节性变化差异。研究结果表明:板内温度-应变增量日间变化规律具有明显的滞回特性,且板顶同一点横向温度-应变增量滞回圈面积比纵向的大;板内应力的日间变化具有近似周期性波动特征,波动峰值滞后温度波动峰值约1h,且任一时间板内同一点纵、横向应力相差不大。板内温度及应变、应力受季节性环境温度影响显著,随环境温度的降低,板内正、负温度梯度的日间交替持续时间有明显变化;板内温度-应变增量滞回圈面积逐渐减小;板顶最大压应力逐渐减小,最大拉应力几乎不受影响。

热膨胀系数时变性对混凝土温度应力仿真影响

已有试验研究表明,混凝土的热膨胀系数具有明显的随龄期发展的特性.为了研究混凝土热膨胀系数时变特性,以及更好地模拟混凝土早龄期温度应力,分析热膨胀系数时变效应对混凝土温度应力仿真的影响,采用温度应力试验机进行试验,对混凝土热膨胀系数进行测定.引入等效龄期的概念,将混凝土早期变形分离为温度变形与自生体积变形,建立热膨胀系数与等效龄期之间的数学模型.通过室内试验试件的有限元数值模拟,验证热膨胀系数时变模型的合理性.将时变模型应用于大岗山特高拱坝施工期的温度应力仿真,通过对比研究,分析热膨胀系数时变效应对混凝土温度应力的影响.研究表明,混凝土热膨胀系数在早龄期变化较大,考虑其时变性对仿真防裂意义重大.尤其对于受通水等影响早期温降速率较快的混凝土,考虑热膨胀系数时变效应进行仿真计算应力水平较传统方法偏高,据此计算结果进行防裂设计更安全.