岩石时-温等效原理的理论与实验研究——第二部分:岩石时-温等效原理主曲线与移位因子

第一部分,从非线性材料不可逆过程热力学的基本理论出发,阐明了岩石的时-温等效原理在客观上是存在的。第二部分将从理论和实验两个方面具体研究岩石时-温等效原理中的主曲线、主曲线中的移位因子及其参数的确定方法。

用于胶凝原油蠕变描述的一种垂直移位因子

描述胶凝原油的屈服破坏过程中的非线性黏弹性蠕变行为,必须同时考虑应力、时间和温度等参数。引入时间-温度-应力等效原理描述胶凝原油蠕变特性,在进行移位叠合的过程中,除考虑水平移位外,同时引入一种胶凝原油垂直移位因子,并给出其表达式。对不同温度下形成结构的胶凝原油进行剪切蠕变实验,并用黏弹性损伤模型对蠕变柔量主曲线进行描述。结果表明:等应力移位过程中的垂直移位可忽略,而等温移位过程中的垂直修正不可忽略,且对蠕变柔量主曲线的获得有很大影响;拟合曲线与实验数据吻合很好。

时间-温度-应力等效原理在PET蠕变拉伸中的应用

为了研究时间-温度-应力等效原理在PET材料蠕变拉伸中的应用,预测PET材料的长期性能。对PET材料进行恒温度不同应力和恒应力不同温度下的短期拉伸蠕变试验,分析其蠕变行为。结果表明,在测试温度和测试应力范围内,PET材料表现出明显蠕变现象,且蠕变性能具有明显的温度相关性和应力水平相关性。不同温度和不同应力水平下的短期蠕变柔量曲线沿对数时间坐标轴可构建出宽广时域下温度应力耦合的蠕变柔量主曲线,所得温度应力耦合蠕变柔量主曲线基本一致,表明在试验温度和试验应力下,时间-温度-应力等效原理对PET材料有良好的适用性,可以用于PET材料的长期蠕变性能加速表征。此外,比较先温度后应力、先应力后温度和温度应力同时移位三种不同移位顺序下所获得的温度-移位联合移位因子,结果表明三种移位顺序下的联合移位因子近似相等,验证了联合移位因子分步获取的可行性。

风电功率波动特性的概率分布研究

波动性是风电功率的固有特性，如何定量地描述风电功率的波动性尚缺乏有效方法。基于大量实测数据的分析，发现可以采用带移位因子与伸缩系数的t分布（flocation-scale）描述风电功率波动特性的概率分布。分析表明：风电功率的min级分量约占风电场装机容量的2％～5％：多个风电场输出叠加在一起后可以有效减小min级分量的比例：风机类型对风电波动特性的影响很小，而风电场当前风电出力则对风电波动特性几乎无影响。带移位因子与伸缩系数的t分布还适合于描述风电场相邻时间间隔平均功率变化的概率分布，时间间隔加长后，由于风速相关性减弱，相邻时段平均功率的波动特性增强。

平抑风电波动的混合储能系统的容量配置

风电功率波动对电网造成不容忽视影响。用滑动平均法平滑风电功率,降低风电并网对电网的影响。滑动窗口的选取具有随机性,直接影响平滑效果。该研究提出滑动平均和标准校正的组合方法,分离出并网分量和储能分量。混合储能系统采用小波分解算法,可以有效地解耦出电池及超级电容器分量。对各储能分量统计分析,证明它们均服从t location-scale分布。在不同置信水平和容量下,以波动量的均值、方差、波动范围及波动点数为指标,分析混合储能系统的平抑效果。

非线性粘弹性高分子材料长期蠕变行为的加速测试技术

时间-温度-应力等效原理是时间-温度等效原理的延伸,可用于材料力学行为的加速表征,通过短期实验来预测材料的长期力学性能。针对PMMA试件在不同温度、不同应力水平条件下的蠕变实验,分析PMMA蠕变行为的非线性特性。本文应用时间-温度-应力等效原理,得到相应的温度移位因子、应力移位因子和温度-应力联合移位因子,构建了参考温度和参考应力水平条件下的蠕变柔量主曲线。理论和数值计算表明,较高温度和应力水平下的PMMA短期蠕变实验可用于预测其在较低温度和应力水平下的长期蠕变行为。

岩石时-温等效原理的理论与实验研究──第一部分:岩石时-温等效原理的热力学基础

第一部分基于不可逆过程热力学内变量理论，对岩石类材料进行了系统的非线性热力学分析，建立了非线性应力－应变－温度方程，得到了岩石时－温等效原理的一般理论表述，由此表明了岩石时．温等效原理的客观存在。

应力对聚丙烯蠕变行为的时间-温度等效性的影响

研究不同应力和温度条件下聚丙烯材料的蠕变行为。试验结果表明，聚丙烯材料的蠕变行为是非线性的。同一应力水平下不同温度的蠕变柔量曲线满足时间-温度等效原理．通过水平移位可以得到光精的蠕变柔量主曲线，移位因子与温度变化成线性关系．但不同应力水平下的时间-温度移位因子是不同的．从蠕变乘量主曲线和温度移位因子可知，应力为16MPa时14—26℃下的短期（1500s）试验数据可以用于预估14℃时长达3d的蠕变性能．

物理老化对玻璃态高聚物非线性蠕变行为的影响

在不同应力水平下对经历不同老化时间的有机玻璃(PMMA)进行常温蠕变测试,分析物理老化和应力对材料蠕变柔量函数的影响.分析表明,老化时间对PMMA蠕变行为的影响满足流变简单性规律,即不同老化时间的蠕变柔量曲线可以沿对数时间轴平移而叠加到参考曲线上.取最长的老化时间为参考状态,依时间-老化时间等效原理,得到了各应力水平下的蠕变柔量主曲线.老化移位因子与老化时间在双对数坐标图上呈现线性关系,其负斜率就是老化移位率.结果表明,老化移位率随应力的增高而减小.

辽宁省典型沥青混合料动态模量

使用UTM试验系统,采取动态频率扫描试验对辽宁省高速公路沥青路面常用的三类混合料(AC-16、AC-20和AC-25),进行了4种试验温度和9种加载频率下的试验研究,比较分析了试验温度、加载频率对沥青混合料动态模量和相位角的影响.结果表明,同一加载频率下沥青混合料的动态模量随着试验温度的升高而降低,同一试验温度下沥青混合料的动态模量随着频率的增加而增加;进而依据时温等效原则,得到三类混合料的动态模量主曲线和主曲线簇,提出典型条件下的设计参数,为深入开展沥青路面的力学分析提供重要参量,为动态模量作为沥青路面设计参数和沥青性能评价提供了有益的参考.

时间相关的聚合物基复合材料失效准则

聚合物基复合材料的黏弹性导致其力学性能随着服役时间的增加而下降,为了合理设计聚合物基复合材料结构,需要建立时间相关的失效准则。将幂律模型与波尔兹曼叠加原理相结合,以最大应变理论为基础建立了一种时间相关的聚合物基复合材料失效准则,并采用双移位因子法来考虑不同服役条件的影响。根据该失效准则,可以获得聚合物基复合材料结构在服役条件下的失效时间或满足设计使用年限要求的最小初始性能参数。

花岗岩时-温等效原理的进一步验证

考虑岩石材料蠕变特性的时间、温度的相关性,认为岩石蠕变与应力水平、材料组成、温度、时间有关,相同应力水平下的同种岩石的蠕变具有时间-温度等效效应。通过采用国际上公开发表的花岗岩蠕变的相关试验结果(温度变化为20～400℃),分析了花岗岩蠕变的时-温等效性,计算出相应的水平移位因子并获得了其蠕变柔量的主曲线。

发展沥青混合料间接拉伸动态模量及其主曲线(英文)

沥青混合料的动态模量是沥青路面设计的重要参数,间接拉伸试验的优势决定了在该试验模式下测定沥青混合料动态模量的重要意义。采用我国3种典型的沥青混合料,在间接拉伸试验模式下,基于GPM测试模式,通过修正的二轴方向的应力和应变决定沥青混合料的动态模量。根据时间-温度转换原则,通过Hirsch模型估算混合料模量极大值,分别采用Global Aging模型和Arrhenius模型获得移位因子,通过数值优化发展了参考温度为20℃的3种典型沥青混合料动态模量及相位角主曲线,得出了主曲线的Sigmoidal数学模型,拟合的相关系数R2均在0.99以上,表明模型拟合效果非常好。

基于DSR试验的硅藻土/玄武岩纤维复合改性沥青性能研究

为探究硅藻土和玄武岩纤维复合改性对沥青性能的影响,通过动态剪切流变(DSR)试验,以硅藻土和玄武岩纤维掺量为自变量,深入分析玄武岩纤维和硅藻土复合改性对沥青高温和疲劳性能的影响;并根据CAM模型拟合分析了不同复合掺量硅藻土和玄武岩纤维对沥青流变特性的作用;通过双因素方差分析方法,研究玄武岩纤维和硅藻土之间的交互作用,并分析玄武岩纤维、硅藻土以及两者之间的交互作用对复合改性沥青各项性能影响的显著性。研究结果表明:复掺硅藻土和玄武岩纤维可以显著改善沥青的高温性能,降低沥青材料的温度敏感性,但玄武岩纤维掺量过多时,会对沥青性能产生不利影响。

双轴拉伸下高聚物的时间-应力等效原理试验研究

时间-应力等效原理(TSSP)能有效简化高聚物的黏弹性本构模型和力学性能测试。以往研究主要集中在单向应力状态,但工程构件通常处于双向或三向复杂应力状态。为此,首先利用有限元方法对双轴十字型试样进行合理设计与优化,使试样中心测试区的应力和应变基本满足均匀分布,并依此加工出硅橡胶试样。然后,对硅橡胶试样进行不同应力水平及应力比的双轴蠕变试验,获得一系列短期蠕变试验曲线。基于柯西应力和左柯西-格林变形张量定义合适的应力度量和变形度量以探讨双轴拉伸下的TSSP。按照主曲线移位方法,将不同应力水平下的短期性能曲线沿对数时间轴移位构建出宽广时域的主曲线。利用应力移位因子方程对移位结果进行非线性回归分析,获得相应的方程参数。研究结果可为复杂应力状态下黏弹性高聚物的长期力学性能加速表征和长期寿命预估提供理论基础和重要参考。

间接拉伸与单轴压缩模式沥青混合料动态模量比较分析

采用目前我国常用的5种沥青混合料,在间接拉伸试验模式下,用标点装配模式测量系统,准确测定沥青混合料的动态模量;根据时-温转换原则,建立了参考温度为20℃的动态模量及相位角主曲线;对2种试验模式下的5种沥青混合料的动态模量及相位角主曲线的进行了比较分析,得出2种动态模量值之间转化的拟合公式。结果表明:2种试验模式下,沥青混合料的动态模量,相位角及移位因子均存在较为明显的区别;2种试验模式下动态模量相关关系拟合方程的拟合效果非常好。

PR PLAST S改性沥青高温流变性能实验研究

为研究Performance Requirement Plast Super(PR PLAST S)改性沥青在高温状态下抵抗变形的能力,采用动态剪切流变仪(DSR)分别对多因素(改性剂掺量、剪切频率、试验温度)、多水平下的PR PLAST S改性沥青进行温度扫描和频率扫描试验,并利用车辙因子(G*/sinδ)、主曲线与移位因子等指标来评价改性沥青性能。结果表明:PR PLAST S的添加提高了沥青的高温稳定性,掺量为7‰时,其时温等效失效温度在试验中最高,达到70℃;PR PLAST S掺量与复数黏度呈正相关,表明改性沥青的抗裂性能随掺量的增加而增大;当频率为0.1rad/s、PR PLAST S掺量为7‰时,复数黏度在所有试件中最大,推荐长大纵坡路段PR PLAST S掺量为7‰。

岩石蠕变时温等效效应的实验验证

岩石材料的蠕变特性与应力水平、材料组成、温度、时间相关,同一应力水平下,同种岩石蠕变具有时-温等效效应。采用花岗岩蠕变实验结果(温度变化范围20℃～400℃),分析了花岗岩蠕变的时-温等效特性,计算出相应的水平移位因子,并获得了其蠕变柔量的主曲线。

冷拌冷铺沥青混合料动态模量及其主曲线研究

在90℃养生24 h条件下,对乳化型和溶剂型冷拌冷铺沥青混合料的静、动态回弹模量进行测试;基于时温等效原理,采用非线性最小二乘法进行拟合,确定了2种冷拌冷铺沥青混合料的动态模量主曲线,通过主曲线求解出2种混合料的移位因子,据此对其高低温性能进行了预测;并与静态模量进行对比分析。结果表明:温度和频率对冷拌冷铺沥青混合料影响较大;频率较低时的动态模量与静态模量相对应;与溶剂型沥青混合料相比,乳化型沥青混合料的低温抗变形和高温抗车辙性能更高。

构建沥青基材料力学行为主曲线的两阶段方法

为建立普适性的沥青基材料力学行为主曲线构建方法,依据主曲线定义提出了将主曲线获取与主曲线拟合分离的两阶段方法,用基质沥青的试验数据对比了采用两阶段方法与规范方法绘制主曲线时的拟合效果,并用沥青砂浆及橡胶测试数据检验了采用两阶段方法绘制主曲线时的稳健性.结果表明:两阶段方法克服了规范方法需预设主曲线模型与移位因子方程的缺陷,可在主曲线拟合阶段对主曲线模型的准确性进行检验,并可用于主曲线模型或移位因子方程的优化;两阶段方法不仅适用于构建具有时温等效特性的沥青基材料力学行为主曲线,对非沥青基材料也有较好的适用性.