A New Modification to Shear Lag Model as Applied to Stiffness and Yield Strength of Short Fiber Reinforced Metal Matrix Composites

A new modification for the shear lag model is given and the expressions for the stiffness and yield Strength of short fiber metal matri×composite are derived. These expressions are then compared with our experimental data in a SiCw/Al-Li T6 composite and the published experimental data on different SiCw/Al T6 composites and also compared with the previous shear lag models and the other theoretical models.

原状Q2黄土三轴剪切特性

探讨陕西蒲城电厂原状Q2黄土的变形、强度和屈服特性,并研究吸力对非饱和原状Q2黄土性质的影响。共进行2种12个原状Q2黄土试样的三轴剪切试验,即控制吸力和净围压为常数的非饱和土三轴排水剪切试验与控制初始含水量和围压为常数的三轴剪切试验。研究结果表明,非饱和原状Q2黄土控制吸力为100,300,450 kPa的试验试样呈塑性破坏,而控制初始含水量为4.78%和7.64%的试验试样则呈脆性破坏。原状Q2黄土随着吸力降低(或含水量增大)和固结围压的增大,应力–应变曲线由软化型逐渐向理想塑性及硬化型发展。在试验给出的吸力范围(100～450 kPa)内,非饱和原状Q2黄土的黏聚力随吸力线性增加,而内摩擦角随吸力的变化很小,基本上可以认为是一常数。建议一种确定原状Q2黄土三轴剪切条件下屈服应力的方法,得到的屈服净平均应力和屈服偏应力随吸力增大而增大;同一吸力或含水量下屈服偏应力和屈服净平均应力则呈线性关系。

高阻尼隔震橡胶支座的相关性试验研究及其参数取值分析

本文目的是研究各种因素对新型桥梁高阻尼隔震橡胶支座(简称HDR)水平剪切性能的影响。采用反复加载试验方法,进行了HDR支座剪应变相关性、压应力相关性、加载频率相关性、反复加载次数相关性、温度相关性、老化相关性等试验,研究了其相应因素对HDR支座滞回环面积、屈服强度、等效阻尼比、屈服后刚度、等效刚度的影响。试验结果表明,加载频率、反复加载次数、温度、老化对HDR支座表征阻尼特征的指标影响较大,而对其刚度影响相对较小。通过对试验曲线的分析,给出了G值为0.64 MPa,100%剪应变时设计等效阻尼比为12%的HDR支座的等效剪切模量、等效阻尼比、屈服强度、屈服前刚度、屈服后刚度随剪应变变化的经验公式。

高温高压下材料的本构模型

在SCG模型基础上对其温度软化效应项作了改进 ,所提出的新模型在熔点温度Tm 处满足剪切模量G(Tm) =0 ,从而提高了温度的适用范围。对Al和 93W作了计算 。

MR-J型磁流变阻尼器性能测试与阻尼力预估模型

磁流变阻尼器阻尼力预估模型易受磁流变液磁感应强度-剪切屈服强度(B-τ)曲线精度及磁芯饱和效应的影响,导致阻尼器的预估阻尼力与实际阻尼力有较大偏差.针对上述问题,设计并制作了2个磁芯可更换的MR-J型磁流变阻尼器,通过对阻尼器的磁场分布和动力性能的测试,研究了磁芯面积、活塞节段数及磁场分布对阻尼器力学性能的影响;结合实测结果与有限元分析结果,提出了B-τ曲线的实用识别方法,建立了考虑磁芯饱和效应的阻尼力预估模型.研究表明:磁流变阻尼器的磁场分布和阻尼力随磁动势上升存在明显的磁芯饱和效应,且阻尼器的饱和磁动势随磁芯面积增大而增大;所提出的磁流变液B-τ曲线实用识别方法能正确描述阻尼器实际工作状态下磁流变液的性能参数;所提出的阻尼力预估模型能较为精确地预估磁流变阻尼器的实际阻尼力.

动高压下拉格朗日声速的测定及其应用

通过实时记录冲击加载—再加载和冲击加载—卸载波的粒子速度剖面，得到了再加载和卸载波在９３Ｗ合金中传播的拉格朗日声速。通过拉格朗日声速从准弹性到纯塑性的转化，获得了材料在一次冲击终态时的剪应力、剪切模量以及考虑了剪应力修正后的９３Ｗ合金的冲击绝热关系。

结构性对非饱和Q_3黄土强度和屈服特性的影响

为研究结构性对黄土强度特性和屈服应力及屈服吸力的影响,以兰州非饱和原状Q3黄土及其重塑土为研究对象,利用非饱和土四联直剪仪和改进型非饱和土三轴仪进行了一系列的非饱和土直剪和各向等压加载以及三轴收缩试验。试验结果表明:原状黄土及其重塑土的黏聚力和内摩擦角均随吸力的增加呈线性增长趋势,吸力越大,抗剪强度越高;Q3原状黄土具有较高的结构性,其抵抗外力破坏的能力较高,而重塑土土粒之间结构比较松散,因此,原状土的抗剪强度要高于重塑土,尤其在低吸力和高含水率情况下;定义了黏聚力结构参数cM和内摩擦角结构参数M?,得到了黏聚力耦合值*c和内摩擦角耦合值*?随吸力变化的拟合公式,为实际工程抗剪强度指标的选取提供另一种尝试;原状黄土的屈服应力和屈服吸力均大于重塑土,在p-s平面上原状黄土的弹性区要大于重塑土;两种土的屈服应力之差随着吸力的增大而线性增大,屈服吸力趋近于一常数,受净平均应力的影响较小;试样屈服前,原状黄土较强的结构性导致其变形要小于重塑土,试样屈服后,两者变形差别不大。试验结果为进一步建立结构性模型提供了试验基础,也为黄土地区工程建设提供了参数依据。

强度理论的发展和展望

强度是各种地上、地下、水下和上天结构的共同的最基本要求。强度理论是研究材料在复杂应力下屈服和破坏规律的学科。由于各种土木、水利、机械、航空、军工等工程结构中的材料,大多处于复杂应力作用下,因此强度理论得到广泛的研究和应用。强度理论是各种工程结构强度计算和设计必需的基础理论。它们也是固体力学、材料强度学研究从弹性到塑性,从弹性到软化或硬化,从弹性到脆塑性,以及从线性到非线性的开始。对材料在复杂应力状态下强度理论(屈服准则、破坏准则等)的发展进行了总结。给出了 80 多种准则的方程式,反映出强度理论研究的“百花齐放,百家争鸣”。讨论了各种准则的分类和它们之间的关系,以及在研究和工程应用中的合理选择破坏准则问题。还总结了三大系列强度理论、统一屈服准则、统一强度理论和其他各种强度理论。 最后讨论了强度理论的发展展望,包括:真三轴试验和假三轴试验;强度理论的经济效益;各向异性材料和复合材料的破坏准则;多孔隙材料和多相材料的破坏准则;其它各种特殊材料的强度理论;安定性、多轴疲劳、蠕变、损伤、断裂和相关现象;强度理论的计算机程序实施和角点奇异性;特殊环境下的强度理论问题;强度理论的美;强度理论研究的不同层次。

基于二阶损伤张量的节理岩体各向异性屈服准则

为了在节理岩体的本构关系中反映岩体几何特征的影响,采用一个二阶损伤张量,将岩体各方向截面的连通率表示为其截面法向的连续函数。根据连通率将完整岩体与完全裂隙的内摩擦系数与粘聚力加权平均得到节理岩体的各向异性抗剪材料参数,从岩体的面抗剪强度准则(莫尔–库仑条件)出发,建立了各向异性节理岩体的抗剪屈服准则隐式表达式。在主应力轴空间内,将损伤张量分解为各向同性部分和偏量部分,以损伤张量为各向同性时的临界屈服面单位法向量和显式屈服准则的解为基础,导出了一般情况下具有一阶精度的临界屈服面单位法向量的解,相应的显式各向异性屈服准则表达式为主应力的二次式,其系数是损伤张量的函数。研究了二阶损伤张量的6个独立参量:3个主值及其主轴与主应力轴的Euler角对岩体屈服各向异性的影响。针对6个参量取值的几种代表性情况,分别采用隐式屈服准则和具有一阶精度的显式屈服准则计算出屈服应力,绘出了偏平面和子午面内岩体屈服曲线的形状。研究表明,提出的节理岩体各向异性显式屈服准则具有很高的精度。

原状黄土的平面应变剪切、屈服性状的试验研究

黄土工程中有许多平面应变问题。模拟黄土原位沉积方向,通过开展均压固结竖向加载和侧向卸载的平面应变试验,揭示剪切变形特性和屈服、破坏强度变化规律。表明黄土竖向柱状结构抵抗压缩作用,结构屈服前侧胀变形很小,结构屈服后侧胀变形发展明显,存在明显的屈服特征,剪切过程呈剪缩硬化性,屈服强度不同于破坏强度;侧向卸载条件下侧胀变形发展明显,结构屈服前竖向压缩变形增长较小,结构屈服后竖向压缩变形增长较大,也存在明显的屈服特征,剪切过程呈剪胀理想塑性,屈服强度与破坏强度近似一致;黄土的竖向加载强度线和侧向卸载强度线服从同一变化规律。不同含水率黄土竖向加载与侧向卸载的剪切变形特性和强度变化规律相似,同一含水率黄土的平面应变强度线近似呈同一线性变化规律。随着含水率的增大,黄土的屈服强度线和破坏强度线依次降低。

孔隙度对烧结不锈钢纤维多孔材料剪切性能的影响

将丝径为100μm的不锈钢纤维松装于烧舟中,经1150℃/2h真空烧结和后续加工制备了具有孔隙度范围在70%～95%之间的金属纤维多孔板材。在MTS858材料试验机上检测了多孔板材的准静态剪切性能,重点研究了孔隙度对剪切性能的影响。结果表明,面内剪切应力-应变曲线大致分为3个阶段:应变很低情况下的线性弹性阶段、塑性变形区和应力破坏阶段;随着孔隙度的增加,不锈钢纤维多孔材料的剪切模量、屈服强度减小。

基于双剪屈服条件的输油管道腐蚀剩余强度可靠性研究

提出基于双剪屈服塑性极限条件的管道可靠性爆破压力可靠度模型,在基于剩余强度可靠性理论基础上,着重分析随机参数,即腐蚀深度、腐蚀长度和运行压力的分布情况,通过经典可靠性计算方法、JC法将非正态分布转化成标准正态分布,从而建立起基于双剪屈服条件的管道腐蚀可靠性计算模型。通过提取现场实验数据进行验算,其结果表明:双剪屈服强度理论算得的爆破压力更接近实验结果,该方法降低API579的保守性,大大提高了可靠性的计算精度。

高应变率环境下材料的失效机理研究

采用双层约束爆炸方法对高应变率环境下材料的失效模式及其影响因素进行了研究。结果表明:材料存在拉伸断裂和绝热剪切断裂两种模式。碳含量越高,材料对绝热剪切越敏感;同种材料的淬、回火类组织比正火类组织绝热剪切敏感性高。材料的屈导比Ψ决定了材料的失效模式,Ψ越大,材料越倾向于以绝热剪切模式失效。

双孔微剪切法测定材料的局部强度

工程上进行焊接接头强度设计或承载能力评定时,需要测定焊接接头各区域的局部强度.文章提出一种双孔微剪切局部强度试验测定方法.在被测材料的小区域两侧开2个小孔,剪切压头从其中一孔对被测区域加载直到破坏,根据加载过程中的载荷位移曲线,确定材料的强度.实验说明,该方法具有很好的重复精度.通过对管线钢、紫铜和6063铝合金三种材料的标准拉伸和双孔微剪切的对比试验,发现拉伸屈服强度是屈服剪应力的2.01倍,抗拉强度是最大剪应力的1.46倍.最后测定了焊接接头局部强度,其分布趋势与硬度值基本相似.

形状优化的菱形开孔剪切型金属阻尼器减震性能

目的为解决传统开长缝的剪切型金属阻尼器应力集中以及焊接产生的热效应影响,提高阻尼器耗能能力,提出一种采用等强度线优化开孔形状的菱形开孔剪切型金属阻尼器.方法根据弹塑性力学理论寻找耗能单元截面在受弯、受剪条件下屈服强度相等的曲线,将该等强度曲线所围成的四边形作为对阻尼器耗能板的开孔形状,并推导了阻尼器弹性等效刚度与屈服强度的设计公式;对阻尼器耗能单元进行材料试验,基于真实的材料本构关系数据建立了精细化有限元数值仿真模型,模拟其低周往复加载的力学性能,分析阻尼器的变形模式与耗能能力,并比较了开长缝和开优化形状菱形孔阻尼器的减震性能.结果屈服强度的仿真结果与计算结果误差小于2%,刚度误差小于1%;相比传统的开长缝钢板阻尼器,形状优化的菱形开孔阻尼器累积等效塑性应变最大值减小为24.3%~37.5%;加载位移角小于1/20工况时,耗能未明显提升;加载位移角超过1/20工况时,形状优化的菱形开孔阻尼器单位体积耗能率增加多至32.9%.所建立的有限元模型是基于真实材性试验数据给出的,能更好地反映阻尼器金属的力学行为;设计公式计算结果与数值仿真结果吻合较好,可作为该类阻尼器的设计公式.结论与开长缝的钢板阻尼器相比,形状优化的菱形开孔阻尼器的强度随着滞回行为而稳定强化,具有良好的低周疲劳性能与稳定的耗能能力,塑性变形分布更加均匀,最大累积等效塑性应变明显减小.

湿压剪条件下黄土的结构屈服与强度特性

针对黄土的典型结构性特征,以常规三轴试验为手段,研究了黄土的结构性宏观力学反应及结构屈服与强度特性,研究结果表明:(1)在湿压剪应力作用下,土骨架被扰动、颗粒之间的联结被削弱,土稳定状态从亚稳定状态逐渐向稳定状态过渡,结构性降低;(2)在湿压减应力作用下,由于结构性黄土对水的特殊敏感性,结构性黄土的剪切屈服点向正常固结土的剪切屈服线移动,当这种增湿作用造成解结构性渐变演化过程完成时,结构性黄土的剪切屈服线与正常固结土的剪切屈服线重合;(3)对于结构性黄土而言,同一含水率条件时不同结构性参数p-q偏平面的临界状态线基本互相平行。(4)依据等结构性条件下黄土的结构屈服特性,建立了考虑结构性的摩尔库伦准则及黄土结构强度与应力比结构性参数之间的关系。

硬齿轮屈服强度与疲劳裂纹源的判定

基于局部屈服强度值方法判定准则,以拖拉机变速箱主动弧齿轮为例,进行了硬齿轮疲劳裂纹源的判定分析和生产实际验证。通过硬齿轮表层上剪切应力的分析以及硬度与强度之间的转换关系,得到了齿轮沿齿面深度方向的剪切应力与剪切强度分布,判断出自表面下0.4~0.45mm之间是疲劳裂纹源的萌生区域,分析了表层下疲劳失效形式和转化的机理,并以大量失效齿轮的观察分析进行验证。结果表明,这一基于应力/强度的判定方法可以直观、快速地进行疲劳失效形式和疲劳裂纹源预测判定。

母液对磁流变液力学性质的影响

研究了磁流变液中母液分子在磁场作用下磁矩的变化以及由此引起的剪切屈服强度的变化,探讨了磁流变的微观机理。研究表明,由分子磁矩引起的剪切屈服强度与磁流变液总屈服强度的比随母液分子内电子数的增加而增加,一般情况下,单位体积内的平均分子磁矩占总磁矩的2·53%,由此引起的剪切屈服强度的减少占总剪切屈服强度的5·15%。为减少误差,可尽量选用电子数较少的分子材料作母液。

改进型的磁流变液剪切屈服强度测试仪

根据两个相对运动的平行圆盘间的流体简单剪切流状态的原理,设计了一种改进型的旋转圆盘式磁流变液剪切屈服强度测试仪。测试仪采用可细分式步进电机驱动测试圆盘,通过扭矩传感器测量上下圆盘间的磁流变液发生流变后所产生的扭矩,从而计算出磁流变液的剪切屈服强度。对剪切圆盘机构和磁路进行了优化设计分析,将剪切圆盘置于电磁线圈内部的中间位置,将测试圆盘所在区域的磁场强度不均匀性降至1%,从而可大大降低测量误差。

植被固土减蚀作用的力学效应

通过分析黄土丘陵沟壑区第一副区、第二副区和水蚀风蚀交错区不同植被坡面土壤的抗剪切力特性,研究植被固土减蚀的力学效应。结果表明,不同植被坡面土壤抗剪强度随垂直压力的增大而呈线性增大,抗剪强度与剪切面上的法向压力成正比,且符合库仑定律;由于根系的固结作用,植被坡面土壤的抗剪强度明显增加,植被坡面的黏聚力和内摩擦角角度大于裸地坡面的黏聚力和内摩擦角角度;不同植被坡面的黏聚力是裸地黏聚力的1.04～2.11倍,不同植被坡面的内摩擦角角度是裸地内摩擦角角度的1.03～1.19倍;不同植被坡面黏聚力与侵蚀产沙量呈显著的负相关关系,随着黏聚力的增大,产沙量呈下降的趋势;不同植被坡面产沙量随径流切应力的增大而增大,具有较好的线性相关关系。在上述分析基础上,建立了临界径流切应力与土壤抗剪强度和黏聚力的关系,从力学层面认识了坡面侵蚀产沙的过程机理。