分级动荷载下土石混合体滞回曲线形态特征试验研究

城市回填区地层多以松散土石混合体形式存在,自身结构孔隙率大、强度低、工程性能较差,对隧道施工扰动和地铁列车运行等动载作用十分敏感。滞回曲线可反映土体在动荷载作用下的变形、刚度及能量耗散等特征,研究土石混合体滞回曲线对回填区地铁的施工和运营安全具有重要意义。利用KTLDYN伺服电机控制式动三轴试验系统,采用分级加载的方式对回填区土石混合体试样进行了循环荷载试验,研究了含石量P、含水率ω、固结应力比k_(c)和加载频率f对滞回曲线的形态特征(包括中心间距d、长轴斜率k、滞回曲线包围面积S和不闭合程度ε_(p))和骨干曲线的影响。研究结果表明:土石混合体的典型滞回曲线整体呈长梭形,两端呈尖叶状。d、S、ε_(p)随着振级的增加呈非线性增大,k随着振级的增加呈对数关系衰减。同一振级下,d和ε_(p)随着P、k_(c)和f的增大而减小,随着ω的增大先减小后增大;k随着P、k_(c)和f的增大而增大,随着ω的增大先增大后减小;S与P呈正相关,随着ω的增大先增大后减小,随着k_(c)和f的增大而减小。当动应变相同时,动应力和骨干曲线斜率均随P、k_(c)和f的增大而不断增大;随ω的增大先增大后减小。

基于形状描述符的滞回曲线相似性指标的形成

为了形成全面的相似度指标以评价滞回曲线的拟合程度,引入了已广泛用于图像特征提取的形状描述符,并提出了基于这些描述符形成计算数值模拟曲线相对于实验曲线的相似度指标的具体流程.根据该流程,形成了一个基于形状上下文的相似度指标.先计算两曲线滞回圈之间的相似度,再对这些相似度进行加权组合,形成整个滞回环的相似度.为了验证该指标,采用Bouc-Wen模型进行数值模拟研究.改变Bouc-Wen模型的5个参数,并形成51条数值模拟曲线,计算这些曲线相对于中值曲线的相似度与力峰值点、耗能、刚度误差.结果表明,相似度与误差之间的斯皮尔曼相关系数绝对值均大于0.78,有强烈的相关性,从而验证了该指标的可行性和指标形成流程的有效性.

循环荷载下砂土滞回曲线形态特征的定量研究

以福建标准砂(粒径0.5~1.0 mm)为试验对象进行动三轴试验,研究了围压、相对密度、振次对砂土滞回曲线的影响。分别采用滞回曲线长轴斜率K、滞回曲线的面积S、滞回曲线压拉半轴面积差S′、不闭合程度σ_(P)以及短长轴比α对福建标准砂滞回曲线形态特征进行定量描述。结果表明:K随着应变增大而减小;当应变较小(<0.1%)时,随振次的增大K值逐渐增大,但当应变较大(>0.1%)时,K值随振次的增大而减小;围压对K值的影响比较明显,K值随着围压的增大而增大,而相对密度影响则较小;在应变(<0.1%)发展前期,围压和相对密度等对砂土的滞回曲线S、S′、σ_(P)基本无影响,而随应变的增大,S、S′、σ_(P)逐渐增大,但它们都随振次的增大在逐渐减小;α随着应变的增加先减小后呈指数增大,其应变转折点随围压的增大在逐渐后移,α随着围压的增大而减小,但随着振次的增大而增大,相对密度对α的影响规律不明。

基于超低频介损和U-I滞回曲线的XLPE电缆水树老化状态评估

为准确地评估交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)电缆的水树老化程度,该文提出一种基于超低频介损和U-I滞回曲线的评估方法。对3组XLPE样本分别进行0、96和168h的加速水树老化,老化结束后采用快速超低频介损设备(very-low frequency dielectric loss detector,iFDS)在1mHz~1kHz范围内测试不同水树老化状态的XLPE电缆的介电频谱和不同频率下U-I滞回曲线。结果发现:水树老化后的电缆段在超低频段(1mHz~0.1Hz)的介损值显著增大,并在0.002和0.1Hz附近出现两个明显的松弛损耗峰。老化越严重的试样,U-I滞回曲线形变越严重。水树老化后电缆绝缘中产生了新的松弛极化过程,相较于单一频率0.1Hz下的介损值,超低频介电谱能够提供更丰富的绝缘状态信息。在1mHz下,U-I滞回曲线特性的偏转角变化率与曲线形变率均随超低频介损值的上升而增大,能够更加准确地评估电缆绝缘的水树老化程度。将超低频介损结合U-I滞回曲线可以有效地评估电缆绝缘的水树老化程度。

抗震试验中多自由度结构的滞回曲线分析

介绍了单自由度和多自由度结构滞回曲线的物理意义和特点,分析了结构滞回曲线和"自由度滞回曲线"所表达物理意义的不同,以及如何正确绘制多自由度结构的滞回曲线。最后以一个两自由度结构抗震拟动力试验为例,说明如何绘制多自由度结构的滞回曲线以及根据滞回曲线计算结构耗能的方法。

冻结粉质黏土滞回曲线形态变化特征及其影响因素

冻土动力学特性与冻土区基础设施工程的设计、运营、维护有着密切的联系。冻土的动力学特性是从冻土的滞回曲线中分析得到的,因此全面分析冻土滞回曲线形态特征及其影响因素对明确冻土动力学特性有着重要的意义。冻土滞回曲线的形态特征可用滞回曲线的轴向动应力幅值、不闭合程度、宽窄程度及面积4种参数来表征。冻土的轴向动应力幅值和动应变幅值所围成的骨干曲线反映了冻土等效变形的大小、非线性效应以及冻土的动弹性特性,冻土滞回曲线的不闭合程度反映了冻土的塑性变形性能,冻土滞回曲线的宽窄程度反映了冻土的黏滞特性,冻土滞回曲线的面积反映了冻土的耗能能力。为此,以我国西北季节冻土区粉质黏土为研究对象开展了负温动三轴试验,试验包括4种土温(-0.3℃、-1℃、-3℃、-5℃),3种土体含水率(14%、16%、18%),3种围压(0.1 MPa、0.2 MPa、0.3 MPa),以及3种加载频率(1 Hz、2 Hz、4 Hz)交叉组成的10种工况,探究了冻结粉质黏土滞回曲线形态特征及其影响因素。根据试验结果,主要分析了4种描述滞回曲线形态特征参数随着振次、围压、土温、含水率、加载频率以及动应变幅值等因素的变化规律。结果表明,振次对冻结粉质黏土滞回曲线形态特征的影响很小。随着动应变幅值增大,冻结粉质黏土的骨干曲线增长模式逐渐由近似线性模式转为明显的非线性模式;滞回曲线的不闭合程度和面积随动应变幅值的增大呈凹形曲线形态增长;宽窄程度呈凸形曲线形态增长。随着围压、含水率、加载频率的增大以及土温的降低,冻结粉质黏土的骨干曲线变得越陡峭,非线性效应表现得越弱;滞回曲线的不闭合程度、宽窄程度和面积都有不同程度的降低趋势。当围压在0.2 MPa以下、含水率在16%以下、土温在-3℃以下时,冻结粉质黏土滞回曲线形态特征随这3种因素的变化更明显。冻结粉质黏土滞回曲线的不闭合程度和宽窄程度受加载频率的影响较为均衡,并没有出现最优影响范围。与冻结粉质黏土滞回曲线的不闭合程度和宽窄程度随各影响因素变化程度相比,滞回曲线的面积受各因素的影响程度相对较小。在4种影响因素中,加载频率和土温对滞回曲线的面积影响较大,含水率的影响次之,围压对滞回曲线面积影响很小。当围压为0.1~0.3 MPa时,冻结粉质黏土的滞回曲线面积-动应变幅值关系曲线随围压变化非常小。

青藏冻结黏土滞回曲线形态特征的定量研究

滞回曲线的形态特征包括不闭合程度、宽窄程度、向应变轴的整体倾斜程度、密集程度和面积,采用残余应变p、滞回曲线的短轴与长轴之比、滞回曲线长轴的斜率k、相邻滞回曲线中心点之间的距离d和滞回曲线所围成的面积S五个参数定量表征滞回曲线的上述形态特征。对不同负温条件下的冻结青藏黏土进行动三轴试验,分析滞回曲线的形态特征,结果表明:同一级动荷载下,p,,k,d和S随振次的增加变化不大,因此,可以采用各参数的平均值来反映各级加载下滞回曲线的形态特征;随着动应变幅的增加,p,,d和S逐渐增大,k逐渐减小,即滞回曲线越来越不闭合、越来越宽、向应变轴整体越来越倾斜、越来越疏松、面积也越来越大,表明土的残余塑性应变、黏滞性、细观损伤程度和能量耗散越来越大,刚度越来越小。

分级加载条件下泥炭质土滞回曲线演化规律试验研究

针对目前泥炭质土滞回特性研究缺乏的现状,通过一系列不同围压、固结比、加载频率等条件下的分级加载动三轴试验,采用滞回圈的整体斜率k、中心偏移距离d、包围面积S等参数定量分析昆明泥炭质土滞回曲线的形态特征、影响因素及其演化规律,并与其他土进行对比。研究结果表明:泥炭质土滞回曲线呈长梭形,k即土体刚度随动载振幅呈对数关系衰减,随围压、固结比增大而增大,加载频率对k影响较小;d即土体塑性变形量和S即能量耗散在初始加载阶段增长缓慢,后随动载振幅以指数关系快速增长;加载频率和围压越小,d和S越大;对泥炭质土塑性变形而言,存在某一临界固结比,且非等压固结条件下(K_c≠1.0)塑性变形明显比同振级等压固结条件下(K_c=1.0)的大;围压、加载频率(1~5 Hz)对d和S影响较显著;与海洋软土等相比,泥炭质土对动载振幅和加载频率更加敏感,塑性变形和损伤更容易累积。

由宏观滞回曲线分析岩石的微细观损伤

在MTS上进行超过砂岩屈服强度的正弦波(频率为5～15 Hz)加载实验。通过对s - e 滞回曲线和滞回曲线的 面积、体应变随轴向应变的变化,探讨了岩石在循环载荷作用下微损伤的演化,通过轴向应变随时间的变化,探讨了循环载荷作用下的应变硬化和软化以及饱和液体对应变随时间变化曲线的影响。

周期性载荷作用下岩石滞回曲线的演化规律

通过不同加载速率和不同载荷水平的周期性循环载荷作用下细砂岩变形特性的试验研究,探讨了岩石在周期性载荷作用下的变形特性.结果表明:细砂岩在周期性循环载荷作用下的卸载曲线与加载曲线不重合,形成一封闭的滞回曲线,且该滞回曲线在低载荷水平下从第2次循环起逐渐趋于稳定;不同加载速率和不同载荷水平时,周期性循环载荷作用下加、卸载曲线的二次拟合参数从第2次循环起变化不大,并逐渐趋于不变;周期性循环载荷作用下,岩石变形的响应程度与加载速率和载荷水平有关.

分级加载下冻结兰州黄土滞回曲线形态特征的试验研究

滞回曲线的形态特征可以采用滞回曲线长轴的斜率k、滞回曲线的短轴与长轴之比α、相邻滞回曲线中心点之间的距离d、残余应变εp和滞回曲线所围成的面积S五个参数进行定量表征。通过动三轴试验,采用分级加载方式逐级施加动荷载,对不同频率、围压和负温下冻结兰州黄土滞回曲线的形态特征进行试验研究。结果表明:大多数情况下,k和α随动应力幅的增加最终趋于一稳定值;d和εp近似相等,随动应力幅的增加,d、εp和S均逐渐增大;随频率和围压的增加,k的稳定值逐渐增大,α的稳定值逐渐减小,d、εp和S也逐渐减小;随温度的降低,k的稳定值逐渐增大;当温度大于等于-1℃时,随温度的降低,α、d、εp和S的值没有明显变化、或者有变化但没有一定规律,但此时该4个参数的取值明显大于-2℃时的各参数取值。

高速铁路有砟道床纵向阻力滞回曲线特征及规律研究

针对有砟轨道道床纵向阻力的强非线性特点,通过足尺试验模型,在不同加载速率和位移极值的周期性纵向荷载作用下,研究散体道床的纵向阻力滞回曲线特性及规律。结果表明:散粒体道床在周期性荷载作用下的卸载曲线与加载曲线不重合,加、卸载曲线形成一条闭合的、呈中心对称的滞回曲线;滞回曲线的形态特征并非理想的滞回状态,滞回环面积随位移幅值的增加线性增大;位移幅值越大道床能量耗散系数越大,道床耗能能力越强,滞回曲线越饱满;道床的动刚度近似随荷载循环周次的增加线性递减;滞回曲线分段刚度值受位移幅值影响明显,不同位移幅值下的滞回曲线分段刚度值不同。有砟道床纵向阻力具有滞回特性说明其正常使用状态存在动态耗能行为,有助于深入研究高速条件下有砟线路的高稳定性、高可靠性和高安全性。

不同应力水平时砂岩滞回曲线演化的实验研究

通过对周期性循环荷载作用下3种不同应力水平时砂岩滞回曲线演化规律的实验研究发现,岩石滞回曲线是否发生变化将取决于应力水平等外在因素,一般而言,在较低应力水平情况下,其滞回曲线所围的面积随循环次数增加有可能就趋于稳定,但在较高应力水平时,其滞回曲线所围的面积随循环次数增加将呈减少-恒定-增加的演化趋势。

黏弹性阻尼器滞回曲线及特征参数的相似准则

对不同尺寸、不同温度的黏弹性阻尼器滞回曲线的力和位移相似关系进行研究和推导,并得出黏弹性阻尼器储能刚度、耗能、等效阻尼等特征参数的相似关系。然后利用3种不同尺寸的黏弹性阻尼器,对试样VE40×40在不同温度下、试样VE100×100和VE400×400在不同应变下进行性能测试,验证上述相似准则的正确性。研究结果表明:基于此相似准则,只要通过试验获取黏弹性阻尼器中一种尺寸阻尼器的滞回曲线及其温度相关性,就可以容易地获得同种材料、其他各种尺寸阻尼器在不同温度下的滞回曲线及特征参数。提出的黏弹性阻尼器相似准则可以使此类阻尼器方便地应用于各类研究及工程设计中。

由滞回曲线的形态特征分析冻结黏土的动力特性

利用滞回曲线研究冻结黏土的动力学特性。结果表明,当土体温度为-0.5℃^-4℃、荷载频率为1~10 Hz时,随温度的降低和动荷载振动频率的增加,冻结黏土的刚度逐渐增大,黏滞性、细观损伤程度、塑性变形和能量耗散能力逐渐减小,当土中温度低于-4℃或荷载频率高于10 Hz时,土的动力特性变化不明显;随动应力幅值的增大,刚度逐渐减小,黏滞性、细观损伤程度、塑性变形和能量耗散能力逐渐增大;相同动应力幅值下,刚度、黏滞性、细观损伤程度、塑性变形和能量耗散能力受温度影响最大,围压影响最小,频率影响居中;试验温度、频率和围压三因素对冻结黏土的细观损伤程度和塑性变形能力影响程度最大,对黏滞性和耗能能力的影响程度基本相同,位于第二,对刚度的影响程度最小。

滞回曲线对应力振幅和频率的响应

基于疲劳载荷对应力～应变滞回曲线的影响 ,作者研究了滞回曲线对应力振幅和频率的响应 ,获得了载荷超过屈服点后应力振幅增大 ,滞回曲线趋于稳定 ,应变硬化效应增强的结果。随着正弦波频率增加岩石的滞回圈频散效应增强 ,饱和液体加强了这种频散作用。随孔隙液体的粘滞系数增大 ,滞回曲线的频散效应更强。

不同水饱和度下岩石滞回曲线演化的实验研究

通过周期性循环载荷作用下的烘干、自然干燥、饱水等3种不同水饱和度时细粒砂岩变形特性及其滞回曲线演化规律的实验研究,分析结果发现随着岩石含水量的不断增加,岩石的强度、变形及其弹性模量将随之减小,每次循环形成的滞回曲线的变化有越加明显的演化趋势,但是随着循环次数的增加各个应变相对残余变量均逐渐趋于稳定。同时发现,岩石变形的弹性后效现象受含水量的影响甚微。

CuZnAl形状记忆合金热机械循环滞回曲线与振动衰减特性研究

运用电子万能拉伸试验机、动态数据采集分析仪,测试了CuZnAl形状记忆合金的力 变形滞回曲线和安装有CuZnAl形状记忆合金耗能器框架结构的减振性能。借助透射电镜、X射线衍射仪,分析了CuZnAl形状记忆合金热机械循环过程中显微组织的变化。比较了不同热处理方式、不同相变点的CuZnAl形状记忆合金热机械循环后的滞回曲线面积及减振性能。试验结果表明:CuZnAl形状记忆合金用于框架结构的被动振动控制具有较好的减振性能,同时明显降低框架结构的振动频率。马氏体CuZnAl形状记忆合金耗能器具有较大的耗能能力,热机械循环数十次以后滞回面积亦大幅度减小,但相变点高的CuZnAl形状记忆合金的滞回面积减小幅度较小。

珠江口海洋原结构软土滞回曲线特征研究

采用不同频率循环加载的方式对珠江口海洋原结构软土进行动三轴试验,通过对软土滞回曲线的分析可以了解到土体变形程度、残余塑性变形、刚度和能量耗散能力的变化,结果表明:随着振次的增大,土体刚度和能量耗散能力无明显变化,而变形程度和残余塑性变形减小;随着荷载的增大,变形程度越大,残余塑性变形先增大后减小,刚度和能量耗散能力减小;随着频率的增大,四个参数均减小。

一种新型耗能剪力墙的滞回曲线计算分析

为了验证一种新型耗能剪力墙的抗震控制效果，本文进行了这种剪力墙模型的低周反复荷载试验，利用多垂直杆元模型建立了耗能剪力墙的力学计算模型，并利用该模型建立了计算耗能剪力墙荷载－位移骨架曲线和滞回曲线的计算方法，编制了相应的计算程序，利用核程序对试验进行了分析。计算曲线与试验曲线比较一致，表明本文采用的计算模型是正确的。