单轴压缩下煤岩细观结构参数表征及演化规律

为研究煤岩细观结构特征随着轴向应力增加的演化规律,利用NanoVoxel-3502E X射线三维显微镜与Deben原位加载实验台进行煤岩单轴压缩试验,获取不同应变条件下的CT数据,并结合三维可视化软件AVIZO,研究煤样试件的孔隙裂隙分布特征,统计分析煤样试件孔隙裂隙细观参数-球形度、配位数、曲率和开度。揭示了煤样在单轴压缩情况下的细观结构空间分布特征及随时间的展布规律,细观结构随轴向应力的演化规律。研究表明:微小裂隙在20~732 N过程中大量出现,孔隙增多,在431~732 N过程中孔隙球形度集中分布范围变窄,部分孔裂隙逐渐融合进入裂隙网络,部分孔裂隙被压实压密,732 N时部分孔隙被压实压密,导致孔裂隙减少90000个,裂隙曲率逐渐增大、裂隙逐渐开度变大,配位数集中率更高,同时也说明煤样内部连通性更好,732 N是裂隙网络发育的巅峰。轴向力达到1100 N(峰值)时,形成复杂的裂隙网络。随着单轴压缩过程的推进,部分孔裂隙虽然在732 N被压实压密,但由于轴向力的增大以及残余荷载的作用,孔裂隙的增多是必然趋势,峰值和峰后仍然存在微小孔裂隙,但峰后裂隙较窄,球形度更多的是集中在1.5~2.0。贯通裂隙的曲率在裂隙网络的边缘普遍较高,即裂隙网络边缘为裂隙发育带。为研究煤样的时空演化规律提供了一种可行的技术手段,对于阐释煤岩细观结构时空演化过程具有实际意义。

短纤维增强橡胶基密封复合材料细观结构参数及其界面力学行为研究

分别从试验与理论2个方面介绍了短纤维复合材料中纤维长径比和纤维取向两细观结构参数的测试与表征方法;并对该种复合材料界面力学行为的理论和试验研究方法进行了阐述。在此基础上对短纤维增强橡胶基密封复合材料方面的相关工作进行了初步探讨,为进一步深入研究短纤维增强橡胶基复合材料的性能评价与表征技术提供有益的参考。

压电功能梯度材料细观结构参数对材料性能的影响

基于压电功能梯度材料物性参数沿厚度为幂函数变化的梯度模型,引入反映设计与实现间误差的修正因子,分析中采用含压电耦合项的修正层合理论,将压电功能梯度板分为厚度足够小的若干薄层,从而可近似地认为每层的材料特性为均匀的.仅考虑电场作用,对四边简支的压电功能梯度矩形板的位移和应力场做了解析分析.在此基础上分析了材料组分分布、每一层的厚度和层数等材料细观结构参数对材料性能的影响.结果表明,在一定区域,细观结构参数对材料性能有重要影响.当超出某一范围后,细观结构参数的变化对材料性能影响甚微.

织物细观结构参数对三维机织陶瓷基复合材料弹性性能的影响

提出倾斜内锁型三维机织陶瓷基复合材料弹性性能预测模型,考虑材料实际的编织结构和相邻纤维束之间的孔隙,讨论织物细观结构参数对倾斜内锁型三维机织陶瓷基复合材料弹性性能的影响。通过两个重要细观结构参数分析探讨不同结构参数对纤维体积含量和曲屈率的影响,并进一步给出纤维体积含量和曲屈率对弹性性能的变化关系。另外还对编织陶瓷基复合材料制造过程中材料的高温损伤进行初步分析。

三维编织复合材料细观结构参数对有效弹性模量影响

应用细观力学方法对三维编织结构复合材料的有效性能进行预测是研究编织复合材料宏观性能的重要途径。细观结构参数决定编织体内纤维束的结构形态特征及复合材料的各种性能。根据作者提出的三维四向编织复合材料代表单元模型 ,文章应用选择平均法 (SAM)详细的分析了主要细观结构参数(单步步长、纤维束弯曲半径 )与编织体有效弹性模量之间的变化关系 ,分析了细观结构参数对编织体有效弹性模量的影响 。

考虑细观结构变化的原状Q3黄土变形和强度特性

为研究结构性对非饱和原状Q3黄土变形和强度特性的影响，做了12个非饱和原状Q3黄土的CT-三轴侧向卸荷试验。在试验剪切过程中，利用CT机对试样进行跟踪扫描，共得到168张CT图像。基于试验数据建立了细观结构参数，并利用该参数来反映非饱和原状Q3黄土的变形和强度特性，从而得到能反映细观结构性影响的非线性应力-应变关系以及摩尔-库伦强度公式。

三维四向编织复合材料纤维体积含量的预测与参数分析

纤维体积含量是决定编织复合材料各种性能的重要参数指标 ,纤维含量的高低将直接影响到各种材料性能。通过细致研究三维四向 1 x1编织体编织工艺过程 ,提出了更为精确的纤维体积含量预测方法。应用这一方法对实际编织体预测 ,其结果与实验结果吻合得很好。在此基础上 ,分析了纤维束直径、纤维束弯曲半径、携纱器单步运动形成编织体高度等主要细观结构参数 ,对代表单元编织体纤维体积含量的影响敏感度及关系曲线 ,为编织复合材料性能及纤维含量的细观优化设计奠定了分析基础。

冻融循环下膨胀土物理力学特性研究

处在季节性冻土区的膨胀土渠道极易受到冻融循环作用的影响,影响工程的稳定安全。为了探究冻融循环作用对膨胀土物理力学特性的影响,以南阳膨胀土为研究对象,开展了不同含水率条件下膨胀土试样的冻融循环试验,对经历不同冻融循环次数作用后的试样进行了变形测量、无侧限压缩试验和微细结构试验。结果表明,在冻融循环过程中含水率低的膨胀土体积变化规律表现为"冻缩融胀",含水率高的膨胀土体积变化规律表现为"冻胀融缩";冻融循环作用对膨胀土的应力应变曲线、强度和弹性模量有着显著的影响,尤其是第1次冻融循环作用;试样的含水率越高,膨胀土的力学参数受冻融循环作用的影响越大;试样的面孔隙度和孔隙定向度的变化规律与力学参数的大致呈负相关,说明冻融循环作用下土体内部微细结构的变化直接影响着膨胀土的力学性质。

MICRO MECHANICAL ANALYSIS OF 3-D WOVEN COMPOSITES

A micro mechanical model is carried out to predict micro stresses and macro elastic properties of 3-D woven composites. A unit cell is composed of two phases. One is fiber yarn and the other is resin or fiber yarn in transverse. The additional shearing introduced by bending of fiber yarn is considered. The method to determine the microstructure is also discussed. This model is applied to the analysis of a 3-D woven graphite/epoxy composite. Micro stresses of the cell are studied, and then macro modulus is obtained by employing the average method. The predictions agree well with experimental results.