基于电测法测量弹性模量和泊松比的实验研究

测量材料的弹性模量和泊松比是材料力学实验的一项重要实验项目。为了丰富材料力学实验教学手段和教学内容,把理论计算、有限元仿真技术和电测法测试技术有机地融合在一起。分别通过电测法、ABAQUS软件模拟和理论计算方法得到低碳钢的弹性模量和泊松比。结果表明:模拟结果和理论计算结果几乎相等,但是电测法实验测试结果与理论计算结果之间的误差相对较大,主要是由于电阻应变片在试样表面的粘贴质量不高和试样的几何尺寸测量不精确造成的。

基于正交-响应面法的砂土细观参数标定

颗粒离散元的模拟精度主要取决于所标定细观参数的准确性,为提升细观参数的标定精度和效率,本文首先采用抗转动线性接触模型模拟砂土三轴压缩试验;再利用正交试验中的方差分析法筛选出宏观参数的控制性细观参数;然后建立宏观参数与控制性细观参数的响应面方程,依据室内三轴试验确定的砂土宏观参数,代入所建的响应面方程求解得到控制性细观参数;最后结合三轴试验结果验证所标定细观参数的准确性。结果表明:宏观参数包括弹性模量、泊松比、峰值摩擦角和剪胀角,其中弹性模量的控制性细观参数为有效模量和摩擦系数,泊松比的控制性细观参数为刚度比与摩擦系数,峰值摩擦角和剪胀角的控制性细观参数都为摩擦系数;通过三轴试验得出宏观参数取值,弹性模量为83.83 MPa、泊松比为0.45、峰值摩擦角为34.47°、剪胀角为8.93°;进一步标定细观参数取值,有效模量为153.35 MPa,刚度比为2.16,摩擦系数为0.45;利用标定的细观参数进行三轴试验模拟,结果与室内试验结果在低围压(100 kPa)下峰值强度相差7.2%,在高围压(300、500 kPa)下误差都控制在了±15.0%以内,证明了所提出的标定方法具有准确性和可靠性。

冻土动力学参数研究的成果综述与展望

通过对前人的试验成果进行整理,得到冻土动力学参数随温度、频率、应变幅、含水量和围压等因素的整体变化规律.整体上看,冻土的动弹性模量和动剪切模量随温度的降低而增大、随荷载振动频率的增加而增大、随动应变幅的增加而减小、随含水量的增加先增大后减小、随围压的增加而增大;冻土的泊松比随温度的降低而增大;冻土的阻尼比随温度的降低而减小,随频率、应变幅、含水量、围压的变化规律性不强.通过对试验条件和数值模拟时的实际工况对比分析,给出如下建议:动弹性模量和动剪切模量的预估适合用两段式线性模型,-5℃可以作为两段式的分界点;列车荷载作用下冻土的动力响应属于小应变幅的振动,冻土动力学参数应选择波速法的试验结果.

岩石动静力学参数的试验研究

在三轴应力下对砂、泥岩等岩芯（干岩样）进行了岩石力学参数的动、静态同步测试，并对动静态弹性参数进行了线性回归。结果表明：岩石的动静态杨氏模量之间存在较好的相关性，而动静态泊松比之间的关系不明显，该项研究为岩石的声学性质在石油工程中的应用提供了实验依据。

基于有限差分法的边坡稳定影响因素分析

首先探讨了有限差分法自身的误差,提出了合理的网格密度及边界条件;然后,通过与极限平衡法的比较,研究了剪胀角、抗拉强度、泊松比及弹性模量对边坡安全系数的敏感性以及对边坡变形特征的影响。研究表明:剪胀角、泊松比和弹性模量对边坡破坏时变形的影响较为明显,但弹性模量相对泊松比更为明显,抗拉强度较小时对边坡变形有影响。

薄膜弹性性能和膜厚对其弹性模量的影响

基于应变协调理论模型推导出薄膜弹性模量和泊松比表达式,对普通拉伸试验法进行了改进,即采用分区不同膜厚拉伸法分别研究了氧化铝薄膜/铝合金基体系统和氮化钛薄膜/高速钢基体系统上不同厚度薄膜的弹性模量和泊松比。结果表明:该方法可有效地减少薄膜制备、拉伸试验中偶然因素以及基体材料等对所测薄膜弹性性能的影响。通过不同厚度薄膜弹性模量的对比,可知2种体系薄膜的弹性模量随膜厚的增加而提高。分析认为薄膜内应力的状态、大小以及在薄膜厚度方向的重新分配等因素对薄膜弹性模量有很大影响。

橡胶混凝土动力性能试验研究

采用自由振动法对混凝土简支梁进行试验,以测量小变形情况下不同橡胶掺量和橡胶粒径对橡胶混凝土阻尼比的影响.同时,测量了橡胶掺量和粒径对简支梁的自由振动频率的影响.用弹性波法测量了橡胶混凝土的动弹性模量,并对动弹模和静弹模的试验结果进行了比较.试验结果发现,橡胶混凝土的阻尼较之普通混凝土有显著提高,弹性模量和基频随橡胶掺量的增加而降低.

不同温压下页岩动态与静态弹性模量转换研究

岩石动态与静态弹性参数存在差异,在应用时需要进行转换。目前国内外学者对岩石动态与静态弹性模量转换实验多在常温与常压下进行测试,没有考虑温度和压力对测试结果的影响,导致转换结果不能充分反映储层力学性质。本次研究以四川盆地上奥陶统和下志留统的五峰组-龙马溪组黑色页岩为研究目标,开展不同温度与压力条件下岩石动态与静态弹性力学实验,并对测试结果进行分析。结果表明:(1)当温度与压力一定时,动态杨氏模量测试值比静态杨氏模量测试值大,并且二者有一定的线性相关性;(2)页岩动态与静态杨氏模量均与温度、压力有关,温度一定时,页岩动、静态杨氏模量均随着围压的增大而增大;压力一定时,页岩动态与静态杨氏模量均随着温度升高而降低,并对不同温度、压力条件下动、静态弹性力学参数变化规律进行了机理分析;(3)建立了不同温度、压力条件下页岩动态与静态弹性参数转换模型,该模型可以将任意温度、压力条件下测试的动态弹性参数转换为储层条件下岩石的静态弹性参数,并能取得较好效果。利用本模型可以为研究区页岩气开采及注水压裂施工方案提供可靠的静态弹性模量,研究具有一定的实际意义。

复合材料多层板边缘效应起因分析

为分析引起复合材料多层板自由边沿效应与端部效应的物理因素 ,分别研究了弹性模量、泊松比和上下两层材料主轴方向夹角对自由边沿效应的影响 ,给出了相应的三维有限元层间应力解及其三维分布图 .结果表明 ,弹性模量和上下两层材料主轴方向夹角使层合板上下两层变形不一致 ,引起多层板自由边沿效应与端部效应 。

冻结黏土的动力学参数确定方法研究

基于黏弹性理论,对土的动弹性模量和阻尼比确定方法进行探讨,并结合青藏铁路沿线黏土在一系列温度下的动三轴试验结果,给出冻结黏土的动弹性模量和阻尼比的确定方法.结果表明:冻结黏土的骨干曲线不是双曲线,建议通过滞回曲线求冻土的动弹性模量和动应变幅,从而获得它们之间的关系;不同计算方法得到的阻尼比随动应变幅的变化趋势基本相同,用滞后角法计算得到的阻尼比整体小于用能量损失法计算得到的阻尼比,建议采用相关函数法计算应变滞后于应力的滞后角,然后用滞后角法计算土的阻尼比;冻结黏土的阻尼比随动应变幅的增加而增大.

砂岩弹性参数与波速关系的实验研究

为进一步了解岩石弹性参数(如杨氏模量、泊松比)与超声波波速的关系,将岩石加卸载循环实验和超声波测量实验同时进行,得到同一组样品的测量数据并作对比分析。实验结果表明,应力的变化会导致岩石样品的孔隙度、裂隙、岩石结构和构造的改变。受这些因素的影响砂岩的杨氏模量、泊松比、波速,也都会有规律地变化。较低应力水平时用小循环加卸载测得的动态弹性模量是不准确的,计算的波速也不准确,只有通过波速实验才能准确测出;饱水情况的加卸载纵波波速之差比干燥情况小,饱水波速大于干燥波速;动态泊松比比较稳定,但静态泊松比随着应力的增加而增加,从0.07增加到0.12,有趋近于动态泊松比的趋势;用P-M模型从微观概率分布入手,能够很好地解释静态和动态弹性参数的差别。通过本实验,采用回归分析的方法,成功建立起了岩石介质中弹性参数与波速的关系,为类似实验提供参考依据。

用弹性模量缩减法分析刚架结构的极限承载力

首先,综合考虑单元的内力和屈服强度,定义了单元承载比、承载比均匀度以及基准承载比等参数的概念和计算表达式;在此基础上,根据相邻迭代步变形能守恒关系,研究建立弹性模量的调整计算公式,建立了一种新型的弹性模量调整策略;进而提出了刚架结构极限承载力分析的弹性模量缩减法,即通过系统地调整高承载比单元的弹性模量来确定结构的极限荷载下限值。该方法对于结构的局部破坏模式及整体破坏模式分析均具有较好的适用性。算例分析表明,本文方法具有较高的计算精度和计算效率。

米老排三向弹性常数研究

通过实验研究获得米老排三向(纵向L、径向R、弦向T)弹性模量和三向泊松比,以掌握米老排弹性变形特性,为进一步研究米老排的力学性质和为木结构设计提供理论依据。以电阻应变片为变形传感器,采用单轴压缩,并通过电阻应变仪进行应变测量,再由材料力学方法获得红锥的三向弹性模量和三向泊松比。米老排的三向弹性模量分别为EL=12196MPa、ER=1415MPa、ET=791MPa;三向泊松比分别为μLT=0.634、μLR=0.467、μRT=0.762、μRL=0.045、μTL=0.035、μTR=0.435。实验结果表明:米老排的纵向弹性模量最大,径向弹性模量次之,弦向弹性模量最小。泊松比则μRT最大,μTL最小,即当R方向加载时,T向的变形最大;T方向加载时,L向的变形最小。

手风琴式蜂窝材料的等效弹性模量分析

变体飞机具有良好的气动效率和机动性能,日益受到航空界的关注。而变体飞机需要一种能承受大应变能力,且在受到拉或压时,不会引起另外一个方向的收缩/拉伸,即具有零泊松比性质的蒙皮。分析研究了折叠式蜂窝材料或称"手风琴"式蜂窝材料的等效模量和等效泊松比的计算方法,采用经典欧拉梁理论,得到了面内两个正交等效模量以及泊松比解析表达式,验证了该蜂窝材料具有零泊松比的性质。最后用有限元分析软件ANSYS作了数值模拟分析,与解析模型进行了对比检验。

基于孔隙度分级的页岩脆性矿物指数预测方法

均分权值计算法是目前应用最为广泛的一种弹性参数法,但该方法在孔隙度变换范围比较大的地区存在适应差的问题,针对这一问题,通过研究提出一种基于孔隙度分级的弹性参数法。该方法最主要的优点体现在,采用孔隙度分级的思想来获得准确度更高的页岩脆性矿物指数预测。研究成果在某地区S井的应用效果表明,提出的方法预测精度要远好于目前常用方法,这说明,本方法能够被用来更好地指导研究区的脆性矿物指数预测。

白马松华地区岩石动静参数的变化规律及相互关系

岩石的力学参数中 ,弹性模量和泊松比为独立参数 ,岩石弹性模量、泊松比的测定方法有动态法和静态法两种。文中通过对四川白马、松华地区部分施工井动、静弹性参数的对比 ,探讨动。

基于离散元数值方法的砂土小应变弹性特性探讨

土体在非常小应变(小于10-6)时表现为线弹性。以往大量试验研究表明,土体的弹性特性主要受到土体有效围压、孔隙比、颗粒级配和试样制备方法等影响。通过离散元方法模拟Duffy和Mindlin中的物理试验,建立球形颗粒规则排列的三维模型,继而进行小变形条件下的数值加载试验来确定弹性特性,并从细观层面揭示决定土体弹性特性的内在因素。模拟结果表明:粒状土的弹性模量取决于土体的颗粒接触配位数、法向接触力的大小和分布,跟宏观土体孔隙比、有效围压作用相对应。弹性模量应力指数n高于Hertz-Mindlin接触法则对应的1/3,主要是由于应力增加过程中配位数的增加和接触力趋于更均匀导致。同时,泊松比也随着配位数的增加而减小,并非保持不变,跟试验结果趋势一致。

山西寿阳15号煤层动静弹性参数实验研究

利用SD-I型声波检测仪对山西寿阳15号煤层进行超声波速度测定;利用MTS815岩石伺服试验机进行强度实验,在此基础上讨论了纵波波速与煤岩强度的关系以及动静态弹性参数间的关系。结果表明:煤岩单轴抗压强度与纵波速度呈较好的指数关系,单轴抗压强度随纵波速度增大而增大;煤岩的动静态弹性模量之间存在较好的线性关系,且煤岩的动态弹性模量大于静态弹性模量;煤岩的动静态泊松比基本上呈正相关性。给出的煤岩动静态参数间的拟合关系式有助于今后做进一步研究。

基于等效静态载荷法的非线性动态拓扑优化

等效静态载荷法是目前解决动态拓扑优化问题的一种有效方法,但是由于未考虑塑性变形中应力应变关系的时效性,会导致等效载荷偏大和载荷方向偏差,因此无法有效处理材料的非线性问题。据此,提出一种基于模量比率因子的等效静态载荷计算方法。首先,根据结构应力、应变和杨氏模量之间的函数关系,计算各时刻的计算杨氏模量;然后,得到各时刻的模量比率因子,根据位移等效原则计算修正等效静态载荷,进而进行多工况静态拓扑优化,并更新设计变量再次进行动力学分析,重复直至收敛。数值算例表明,修正后的等效静态载荷法能够解决弹塑性材料的非线性问题,在提高等效精度的同时拓展了在非线性材料方面的应用边界。工程算例表明,在相同约束下,采用基于模量比率因子的等效静态载荷法在轻量化的同时能得到更小的塑性应变。

类球体果实生物力学特性研究综述

农产品果实在采集、运输、加工处理和储存等过程中不可避免会受到各种外部载荷,从而对果实造成机械损伤,因此全面深入了解果实的生物力学特性,对于现代农业的发展进步具有重要意义。尽管国内外学者对于果实的生物力学特性进行大量研究,然而尚无针对类球体果实生物力学特性的综述。为深入了解类球体果实的生物力学特性,总结果实力学特性的研究方法,重点讨论果实压缩力学特性、果皮拉伸力学特性和果实冲击力学特性三个方面的研究现状及进展。分析果实储存时间、储存温度和果实成熟度对其力学特性的影响,得出果实力学特性随影响因素变化的大致规律。通过对研究进展分析,指出果实生物力学特性的发展趋势。本文旨在为今后各种类球体农产品果实的生物力学特性研究提供研究方向和解决方法。