HTPB推进剂热力耦合加速老化细观损伤机理分析

为了深入探究端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在热力耦合作用下的细观损伤机理,采用了试验表征和理论分析相结合的方法。具体而言,对在不同环境温度(50,70℃和90℃)及不同加载次数下的HTPB推进剂进行了细观层面分析。在50℃下,分别进行了约3000次和10800次加载;在70℃下,分别进行了约1800,3600次和7030次加载;而在90℃下,则进行了约1800次加载。研究发现:在热力耦合加速老化作用下,HTPB推进剂的细观损伤比单一因素老化更为显著。其细观损伤机理主要涉及两方面:一是由于基体热降解,基体自身的承载性能及其与颗粒间的粘接强度均有所下降,进而导致颗粒“脱湿”;二是颗粒的“脱湿”现象反过来进一步加剧了基体的热降解。这种相互作用使得细观损伤更加严重。研究还发现,随着老化温度的增加,细观损伤的程度会加剧,但温度过高将改变老化过程的细观损伤机理。此外,研究指出,在其他条件不变的前提下,合理选择终止加载次数对于判断HTPB推进剂是否发生显著细观损伤至关重要。本研究中,当50℃和70℃下的加载次数比(N/N_(End))分别超过0.281和0.330时,HTPB推进剂会产生显著的细观损伤。

钢渣基胶凝剂改性注浆体的力学特性与细观损伤机理研究

为研究不同钢渣基胶凝剂掺量条件下注浆体的破坏特征及细观机理,对试件开展单轴压缩试验,并通过PFC2D软件进行注浆体的二维离散元模拟,分析了破坏后注浆体力学行为的细观机理。结果表明:随着钢渣基胶凝剂掺量的增加,注浆体试件的无侧限抗压强度与弹性模量呈现指数型上升规律,破坏应变呈抛物线函数的变化趋势;由离散元模拟得到的注浆体力学参数及应力-应变关系与实测结果较为吻合;随着钢渣基胶凝剂掺量的增加,注浆体的破坏形式逐渐由压碎型破坏向剪切型破坏模式过渡;由离散元模拟得到的颗粒位移矢量场准确地反映了注浆体在单轴压缩荷载作用下的细观损伤特征与破坏模式。

煤矸石混凝土三相细观力学性能及细观破坏机理

为探究煤矸石混凝土力学特性,开展了煤矸石混凝土的多相细观力学特性试验研究,并基于细观尺度建立了煤矸石混凝土非均质数值模型,研究了煤矸石混凝土内部各种介质对煤矸石混凝土力学性能的影响。结果表明:细观模型能较好地描述煤矸石混凝土的力学特性、破坏模式和内部损伤演化过程;煤矸石混凝土的力学特性与三相力学性能有关,随着ITZ强度的增加,煤矸石混凝土的峰值应力先增大后减小,但残余强度趋于一致。改善ITZ力学特性对煤矸石混凝土的破坏模式及宏观裂缝的分布和扩展影响不大;提高水泥砂浆强度可以提高煤矸石混凝土的峰值应力和脆性;粗骨料强度提高了混凝土的峰值应力。当σ_(cp-Agg)<σ_(cp-M)时,可有效提高混凝土的峰值应力;当σ_(cp-M)<σ_(cp-Agg)时,峰值应力增长率迅速下降。增加骨料的强度可以改善混凝土的脆性。

玻璃纤维加筋土细观损伤演化及机理研究

为探究玻璃纤维对红黏土的加固机理,采用离散元技术进行了数值模型试验,基于微裂纹演化过程划分了加筋土细观损伤演化阶段,并研究了各损伤阶段微裂纹与力学演化特征,并揭示了加筋土细观损伤机理。试验结果表明:纤维土微裂纹于初始损伤阶段开始产生并逐渐扩展,当轴向应力达到峰值时加筋土进入破坏阶段,微裂纹快速发展。玻璃纤维周边土体产生的微裂纹以剪切裂纹为主,而土体中产生的微裂纹以拉裂纹为主。由于玻璃纤维有效减缓了土体中裂纹的快速扩展,导致加筋土抗压强度的增强。纤维含量越高加筋土所能承受的损伤程度越小,随着纤维含量的增加加筋土越容易沿着纤维发生局部破坏,导致加筋土抗压强度随着纤维含量的增加而减小。

原位赋存环境下煤体结构损伤演化机理研究

煤炭资源进入深部开采之后,由于深部原位赋存环境的特殊性,深部煤体的孔隙结构、力学性质和工程响应均与浅部煤体具有较大的差异性。采用微CT扫描-三维重构技术对煤体内部细观孔隙结构进行三维定量化分析,研究原位赋存环境下煤体细观孔隙结构的差异性对其宏观力学性质及细观损伤机理的影响。通过数字岩芯-数值模拟技术对含有不同孔隙结构的数字化煤体进行单轴压缩损伤破裂数值模拟研究。研究结果表明:孔隙度、分形维数和孔隙等效直径3个参数能够较好地定量化表征三维孔隙结构特征;数字化煤体受压时,内部拉伸损伤滞后于压缩损伤且细观孔隙结构对数字化煤体力学特性和脆-延性都具有较大影响;数字化煤体的弹性模量和峰值强度随着孔隙度和分形维数的增大而减小。孔隙结构降低了数字煤体的“损伤应力阈值”,当分形维数较大时,增大了贯穿整体裂纹出现的概率,降低了数字化煤体破坏时的损伤体积占比。

基于直接拉伸试验的钢纤维混凝土损伤特性研究

结合DIC技术对预埋螺栓式钢纤维混凝土试件展开直接拉伸试验,研究了钢纤维体积掺量、钢纤维长度和钢纤维类型对钢纤维混凝土开裂模式、抗拉强度、峰值应变以及裂后延性的耦合影响规律。研究结果表明:钢纤维混凝土在直接拉伸过程中的开裂声响、裂缝形态及裂缝数目等特性受钢纤维掺量影响显著;掺入钢纤维后混凝土的抗拉强度、峰值应变及裂后延性均有不同程度增加;相较于铣削型钢纤维浇筑时易出现重叠和成团现象,端钩型钢纤维更易浇筑均匀及密实,与混凝土基体间形成更加紧密的黏结,拉伸后期端部弯钩的变形抵抗力提升了桥联作用,端钩型钢纤维对抗拉强度和裂后延性的提升表现较优越。结合DIC结果进一步揭示了钢纤维混凝土直接拉伸作用下的细观破坏机理,钢纤维混凝土拉伸破坏可以分解为4个阶段:Ⅰ弹性阶段、Ⅱ细观裂缝稳定扩展阶段、Ⅲ裂缝失稳扩展阶段、Ⅳ纤维拔出阶段。根据试验结果建立了综合考虑混凝土基体特性、钢纤维体积掺量、钢纤维长度及钢纤维类型影响的钢纤维混凝土应力-应变模型,在此基础上,引入拉伸损伤因子综合考虑抗拉强度、峰值应变以及裂后延性对钢纤维混凝土损伤发展特性的影响。