基于微观蠕滑饱和的地铁线路钢轨波磨发生概率及发展特征

聚焦轮轨接触行为,从微观角度研究了地铁线路上钢轨波磨的发生概率和发展特性.利用车辆−轨道多体动力学数值模型,并结合Modified-Fastsim切向接触算法,提出了蠕滑率饱和临界值用于分析轨面光滑和粗糙条件下不同曲率半径线路上的波磨发生概率.同时,采用Archard模型计算了轮轨接触斑的平均磨耗深度,进而分析了钢轨波磨的演化特征.结果显示,内外侧轮轨接触蠕滑在线路曲线半径小于450 m时均趋近于饱和,说明内外侧钢轨均具有发生波磨的可能性,而当线路曲线半径大于450 m时,钢轨波磨发生概率降低.轨面不平顺的存在能够导致轮轨接触产生反馈振动,从而提高轮轨系统钢轨波磨的发生概率.随着线路曲线半径的增加,轮轨接触斑平均磨耗深度趋于减小,且平均磨耗深度减小速率表现为先增大后降低,说明曲线半径越小,钢轨波磨磨耗程度越大,磨耗速率越快.内外侧(左右侧)接触斑的平均磨耗深度变化相似,外侧接触斑的平均磨耗深度在小半径曲线上略高于内侧,表明内外侧(左右侧)钢轨的磨耗程度和磨耗速率基本相似,但考虑到内外侧轮轨接触几何关系有所差异,外轨倾向于轨侧波磨,内轨则主要为轨顶波磨.

不同含盐量条件下硫酸盐渍土蠕变特性与微观孔隙变化

为了探究不同含盐量条件下硫酸盐渍土的蠕变特性以及微观孔隙变化规律,采用自制一维蠕变仪对宁夏红寺堡地区的硫酸盐渍土进行蠕变试验,并对试验后的土样进行扫描电镜试验。结果表明:经历一维蠕变后,土体最终蠕变量随含盐量的增大而增大,随温度的降低而减小,蠕变速率随时间的增长而减小,且随含盐量的增大、温度的升高,土体经历衰减蠕变的时间越长,进入稳定蠕变的时间越晚;一维蠕变后,随含盐量的增加,大孔隙和中孔隙的数量减小,小孔隙和微孔隙的数量增加,孔隙形状以近椭圆形为主,复杂度增加,孔隙形状趋于复杂化,孔隙分形维数增大。

钢纤维对超高性能混凝土徐变损伤与失效行为的影响

为探明钢纤维对超高性能混凝土(UHPC)在高持久应力作用下的损伤与失效的影响,采用28天龄期的UHPC与普通混凝土试件开展了徐变损伤与失效试验。测试了各个试件加载全过程的轴向与环向应力应变,分析了其破坏模式、残余应变、徐变应变与名义泊松比。结合超声波无损检测与扫描电子显微镜手段,分析了UHPC内部微裂缝扩展与钢纤维与水泥基体的黏结损伤。结果表明:高持久应力的作用会导致UHPC与普通混凝土试件内部微裂缝扩展,引发构件横向膨胀,并最终导致构件破坏。UHPC中钢纤维的桥接约束效应可以很好地控制内部微裂缝扩展,从而限制了构件的横向膨胀。在持荷加载前,UHPC与普通混凝土具有类似的泊松比(0.18~0.19);在持荷破坏时,UHPC的最大泊松比为0.28,而普通混凝土的最大泊松比达到0.6。当持久应力水平超过0.70 f_(c)时,徐变损伤开始出现,具体表现为循环加载的强度与弹性模量下降。随着持久应力水平的提升,钢纤维与水泥基体的黏结出现损伤,钢纤维无法约束试件内部微裂缝的扩展,从而进一步加剧了试件损伤,甚至导致了试件的破坏。

深海硅藻土微观结构及一维压缩特性研究

目前陆上及浅海海相软土的微观结构和压缩特性研究较为广泛,而深海软土的微观结构和压缩特性研究较少,但随着海洋工程向深水发展,深海软土的特性值得关注。硅藻土广泛分布于深海海底,是深海软土的一种,其具有多样性,不遵循软土经典规律的特点,目前国内外对原位未扰动样品研究很少。针对西太平洋(水深为4423~4674 m)原位硅藻土样,通过电镜扫描(scanning electron microscope,简称SEM)、压汞试验(mercury intrusion porosimety,简称MIP)、常规一维压缩固结试验及多级荷载下(单级加载维持7 d)一维压缩固结试验,开展深海硅藻土微观结构、压缩特性及次固结特性的试验研究。试验结果表明:深海硅藻土的压缩指数分布在1.70~1.95之间,较其他陆上及浅海海相软土大0.6~1.2左右;且在固结完成后的蠕变阶段,硅藻土仍长时间发生体积变形,且并未出现变形收敛趋于稳定的态势,可能是由于硅藻颗粒外壳的持续破碎所导致,这一假设已被加载阶段的SEM和MIP试验观测结果所证实。

固溶态和时效态7075铝合金的微纳米压痕力学行为

采用微纳米压痕实验研究了固溶态和时效态7075铝合金的力学性能和压痕蠕变行为,获得了其力学本构方程、应力-应变曲线和蠕变应力指数。结果表明:两种状态铝合金的硬度和弹性模量均随着载荷的增大而减小,并在压痕深度小于1μm时表现出明显的尺寸效应。固溶态和时效态铝合金的屈服强度分别为446 MPa和497 MPa,抗拉强度分别为594 MPa和691 MPa。两种状态合金的最大蠕变深度和蠕变应力指数变化趋势相似,均随载荷和加载速率的增大而增大。

三轴压缩下岩石的宏细观蠕变损伤演化研究

从细观力学角度出发,研究三轴压缩条件下岩石蠕变特性,用反映岩石宏观蠕变损伤的基准量联系细观参量,建立岩石宏细观力学模型,求得微裂纹尖端的应力强度因子及宏细观蠕变关系式,对选取的砂岩进行算例分析与试验分析,探究微裂纹扩展规律及岩石的蠕变特性。结果表明,应力差与初始裂纹倾角对应力强度因子值有显著影响,当倾角φ增大到一定值时,应力强度因子K I出现负值,即微裂纹将不再发生纯I型裂纹破裂,理论曲线与试验曲线走势基本一致,可有效反映岩石的蠕变过程,研究结果为长期服役的基础岩体工程稳定性控制提供了一定的理论基础。

摩擦轮传动设计中的打滑率计算

本文对摩擦轮传动中的打滑现象进行了研究，深入分析了宏观打滑和微观打滑现象的机理。对打滑率计算进行了研究，并利用边界元法编制计算程序对微观打滑率进行数值计算。打滑率计算对摩擦轮传动设计，特别是传动精度设计具有指导作用。

滚动摩擦副打滑理论的研究

研究了圆柱型滚动摩擦副微观打滑机理，建立了接触区应力应变的理论模型，利用边界元法编制计算程序对打滑率进行数值计算，得到稳态滚动摩擦副打滑率的变化规律。对打滑率的修正方法作了简要分析。

煤岩蠕变模型与破坏特征试验研究

在MTS岩石伺服试验机上对山东某矿3煤进行了短时流变试验,并对试验结果进行了分析。结果表明:该煤岩蠕变门槛系数为0.915、流变系数为0.383;煤岩流变破坏呈现空间不均匀性,整体以塑性破坏为主,但存在剪切主导破坏面;煤岩流变过程中有微破裂破坏即损伤存在,并且这种损伤在较低的应力水平就有所发生,大量微破坏的积累与贯通导致了煤岩试件破坏;煤岩蠕变过程中不仅存在损伤软化,而且存在蠕变硬化,蠕变的过程取决于这两种机制竞争的综合结果;可以用3次多项式经验蠕变模型较好地描述该煤岩的蠕变特性,西原模型可以较好地描述该煤岩的初始蠕变和等速蠕变阶段,但不能描述加速蠕变阶段。

在线测量Sn-3．5Ag焊点蠕变的电阻应变

以焊料(Sn-3.5Ag)在薄铜基片之间制作截面积约为1 mm2,厚度分别为0.42 mm和0.10 mm的试样(其面积与电子封装中的无铅焊点面积大体相同)为对象,利用特制的电子测试系统实时、在线测量试样焊点的微电阻及其剪切应力,并通过串行接口将相关数据传输至计算机。数据经计算机处理后,拟合成实时微电阻和测试时间的关系曲线。基于经典的Griffith断裂模型,建立一个简易数学模型,从理论上论证电阻应变与焊点机械蠕变裂纹之间的关系。研究结果表明:该关系曲线反映焊点的裂纹连续生长、蠕变失效过程,变化趋势与经典结果吻合;在24 MPa应力作用下,厚度为0.42 mm的试样最大电阻应变为0.18,最大电阻应变率为2.2×10-3 s-1;在25 MPa应力作用下,厚度为0.10 mm试样的最大电阻应变为0.036,最大电阻应变率为3.5×10-3 s-1,实验持续时间较厚度为0.42 mm的试样短。

基于电磁驱动的蠕动型微机器人运动机理

根据仿生学原理开发了一种电磁驱动的蠕动型微机器人 ,利用计算机和机电控制系统对微机器人运动进行控制 .叙述了微机器人的结构 ,对其运动机理进行了分析和探讨 ,介绍了运动控制电路原理 ,并进行运动性能的实验分析 .实验表明 ,它能在直径小于 1 0 mm的管道内自行移动 ,携带内窥镜、CCD器件、照明系统进行管内目视检查作业 .

微小管道机器人机构设计及动力学分析

设计了一种蠕动式微小管道机器人，采用三组直流电机与螺旋传动装置，通过控制三组电机顺序协调动作，实现了机器人的蠕动前进。研究了机器人在竖直管道中驱动负载的情况，以及爪子适应管径变化的力学调节特征。利用ADAMS动力学分析软件，对机构做了运动学和动力学仿真，通过仿真得到了牵引力和移动速度与结构参数之间的关系。仿真表明，机器人可以适应（Ф15～20mm的管道，驱动力达到28N，移动速度为6mm／s。

锶在镁及其合金中的作用

在镁合金中添加适量的Sr,不仅可以降低过冷度,且易吸附在固/液界面的前沿形成富Sr的吸附膜,降低晶粒生长速度,从而细化晶粒。细小的晶粒有利于提高镁合金液的补缩能力,减少显微缩松,增加铸件的致密度。Sr与H2反应生成SrH2,减少氢气孔的析出。此外,在Mg-Al合金中加入Sr可以生成一些高温稳定的新相(Al10Mg13Sr),明显改善镁合金的高温蠕变性能和抗热裂性能。

Bi和Ni元素对Cu/SAC/Cu微焊点体钎料蠕变性能的影响

借助纳米压痕试验方法,对Cu/SAC305/Cu,Cu/SAC0705/Cu和Cu/SAC0705BiNi/Cu微焊点体钎料在不同最大载荷下的压入蠕变性能进行比较,并分析和讨论Bi、Ni元素的添加对低银Cu/SAC0705/Cu微焊点体钎料蠕变性能的影响。试验采用一次加载-卸载方式,加载时最大载荷分别为20mN、30mN、40mN和50mN,保载时间均为180s。采用FEISIRION扫描电子显微镜对微焊点体钎料在不同最大载荷下的压痕形貌进行观察。结果表明:在相同最大载荷和保载时间条件下,3种微焊点中Cu/SAC0705BiNi/Cu的蠕变深度和压痕尺寸均小于Cu/SAC305/Cu和Cu/SAC0705/Cu。在4种不同最大载荷下,与Cu/SAC0705/Cu微焊点体钎料相比,Cu/SAC0705BiNi/Cu微焊点体钎料的压入蠕变率分别降低了11.883%、16.059%、8.8157%和12.891%。Bi、Ni元素的添加,使Cu/SAC0705/Cu微焊点体钎料的蠕变应力指数提高了32.175%,有效提高了低银Cu/SAC0705/Cu微焊点体钎料的抗蠕变性能。

纳米压痕法测定微铸件室温蠕变速率敏感指数

采用纳米压痕仪,结合恒加载速率/载荷法(const.P/P)和恒载荷法(const.P)测试了室温下ZnAl_4合金微铸件的蠕变应变速率敏感指数(m).结果表明:微铸件不同位置的m值基本相同,齿顶与齿根处分别为0.0958和0.0879,与微铸件晶粒度无关;同时,同一位置在不同恒P/P下所获得的m值也基本相等,与加载P/P值无关.

基于微裂纹演化的岩石蠕变损伤与破裂过程的数值模拟

传统的岩石唯像蠕变模型忽略了岩石内在细观结构的时效损伤演化机制,无法从深层次上揭示复杂工程条件下岩石蠕变特性和时效破裂机理。基于连续介质力学理论,提出了一种表征真实岩石介质的宏-细观双尺度概念模型;依据细观尺度下微裂纹瞬时扩展和亚临界扩展的物理机制,运用损伤力学与断裂力学理论,建立了基于微裂纹演化的岩石细观蠕变损伤本构方程及破裂准则;采用Matlab软件编程将该细观模型嵌入到Comsol宏观有限元模型中,实现了一种能够模拟岩石蠕变损伤与破裂演化全过程的数值方法。在此基础上,利用建立的数值方法对双轴压缩条件下岩石蠕变过程进行了数值模拟,模拟结果很好地表征了岩石典型的3阶段蠕变特征,并以一种物理真实、可视化的方式深入地揭示了岩石从细观时效损伤演化至宏观破裂的全过程。

蠕变对巴氏合金ZChSnSb11-6力学性能和显微组织的影响

针对巴氏合金ZChSnSb11-6工作过程中的蠕变现象，对合金进行蠕变实验。基于蠕变实验所得蠕变曲线，证实ZChSnSb11-6在实际工作条件下会发生明显的蠕变现象，同时利用WDW-E100D试验机，获得ZChSnSb11-6蠕变前后的屈服强度等力学性能。通过分析合金蠕变、力学性能和显微组织之间的关系，得知蠕变明显降低ZChSnSb11-6的强度、塑性及抗弹性变形能力，并得到合金蠕变机理，明确ZChSnSb11-6蠕变变形是应变硬化与再结晶回复长时间交替作用的结果。通过计算合金的应变硬化指数，证实蠕变使合金均匀变形的能力降低，增大合金发生断裂破坏的可能性。同时，基于硬度试验获得合金硬度随温度变化的计算公式，确定ZChSnSb11-6的蠕变临界温度范围为50~60℃。通过观察ZChSnSb11-6蠕变前后的显微组织，发现蠕变使合金组织中SnSb和Cu 6 Sn 5明显减少，导致合金力学性能降低。

ANELASTIC RELAXATIONS ASSOCIATED WITH LOCAL DISORDERING AT GRAIN BOUNDARIES

Internal friction and micro-creep measurements were performed with high-purity aluminium bamboo-crystal specimens.The relaxation strength was found to decrease with the decrease of temperature and became zero at about 0.4 T_m(T_m is the melting temperature).This re- flects the occurrence of local disordering in the bamboo boundary region at this temperature. This result conforms to the picture of grain-boundary disordering constructed by atomic simulation studies.

P91钢蠕变—疲劳交互作用下断裂特性研究

在546℃下,对电厂用关键材料P91钢进行应力控制的蠕变—疲劳交互作用下试验。分别讨论平均应力和应力幅对断裂时间的影响,分析断口形貌与韧窝脱粒成分,断口裂纹金相,获得P91钢蠕变—疲劳交互作用下断裂机制与断裂特性。研究结果表明,由于微观裂纹的闭合,P91钢蠕变—疲劳交互作用寿命随着下保载的时间增加而增加。当平均应力远小于应力幅时,试样主要表现为疲劳断裂,当平均应力与应力幅相等时,试样为蠕变疲劳共同作用下的断裂特征,当平均应力远大于应力幅时,断裂特征为蠕变断裂。通过断口金相分析,试样断口裂纹均为穿晶断裂。对断口韧窝的脱粒成分研究,脱粒为氧化物。研究结果为P91钢蠕变—疲劳断裂机制分析提供理论和实验基础。

钙质砂一维蠕变分形破碎特性宏微观试验研究

钙质砂是远洋地区港口、机场和民用建筑等构筑物的天然地基材料。通过钙质砂一维压缩蠕变试验和微观结构测试,发现了蠕变前后表面孔隙面积减小且呈分散分布的规律以及试验过程中试样瞬时变形、快速变形和衰减变形特征与粒径的高度相关性;利用基于分形理论改进的相对颗粒破碎率和质量分形维数描述了蠕变前后颗粒破碎程度,得到了分形维数和蠕变与时间的衰减形态曲线关系以及宏观质量分形维数和微观表面分形维数的线性关系,并在此基础上对单一粒径组钙质砂蠕变过程中的分形破碎行为进行了多尺度分析和宏微观跨尺度关联性研究,获得了蠕变过程中颗粒破碎发展以及微观孔隙变化规律,证明了钙质砂蠕变过程中的颗粒重组排列、破碎和研磨行为,揭示了钙质砂蠕变机制。