含水状态对石英砂岩单轴分级蠕变性能影响研究

为研究含水状态对深埋岩体开挖卸荷后蠕变力学行为的影响,对干燥状态与饱和含水状态石英砂岩开展单轴分级加载蠕变试验,同时结合声发射技术进行实时监测。结果表明:随着含水率的增加,岩石蠕变失效强度降低,其宏观特征由剪切破坏过渡为劈裂破坏;水的存在对岩石的瞬时弹性应变和蠕变应变均抑制明显,试件含水饱和后蠕变增量和相应的稳态蠕变速率均明显降低。通过Levenberg-Marquarat算法对蠕变曲线进行拟合和参数辨识,证明Burgers蠕变力学模型能较好表述石英砂岩蠕变特性;试件含水饱和后弹性系数E_1、E_2和粘性系数η_1、η_2降低,岩石粘滞性增强,损伤硬化特征明显;试件含水饱和后加载瞬间与蠕变阶段声发射事件能率降低,内部微裂纹演化进程减慢。通过对比分析发现,稳态蠕变阶段声发射事件能率与蠕变速率的演化趋势较一致。试验研究结果可以为工程岩体破裂失稳的预测和防治提供一定的理论参考。     

Q235钢细观损伤声发射源动态观测实验研究

金属材料细观损伤过程伴随有瞬态应力波的释放,利用声发射检测技术可采集到应力波的信息,但由于缺少直观可视的手段,利用声发射信息定量评价金属材料的细观损伤存在困难。本文将SEMtester1000原位拉伸试验机、MZ1000正置显微镜和PCI-2型声发射检测系统相结合,搭建了声发射源动态观测实验系统。以Q235钢可视化原位拉伸实验为例,获取了晶体的滑移和夹杂物的断裂两种典型声发射源图像及对应的声发射信号。通过对不同声发射源信号的分析可知,滑移是一个持续的过程,复杂的滑移活动会产生多类型的声发射信号。夹杂物断裂是瞬态过程,产生典型的突发型声发射信号,能量较滑移信号更高。依据声发射源动态观察结果及图像分析,建立了基于声发射机制的Q235钢细观损伤模型。     

Q245R钢拉伸过程屈服载荷的声学测试实验研究

屈服载荷是评判塑性金属材料由弹性变形转化为塑性损伤的重要指标,由于材料内部组织发生塑性变形的不同时性和不均匀性,导致无法在材料损伤的早期确定屈服载荷值,影响材料损伤评价的准确性。本文采用声发射和非线性超声技术,对Q245R钢双边"V"型缺口试件的单轴拉伸过程进行在线测试,分别得到声发射测试条件下的屈服载荷值F_(As)和非线性超声测试条件下的屈服载荷值F_(βs)。通过与试件名义屈服载荷值F_s间的比较得到F_(As)F_(βs)F_s,证明了利用声发射和非线性超声技术能够实现材料损伤的早期检出。     

高径比对砂岩单轴压缩声发射特性的影响研究

岩石尺寸效应对声发射特性的影响对于利用声发射技术监测岩石失稳破坏具有重要的实践意义.本文选择不同高径比的长石细砂岩试样开展单轴压缩声发射试验,探讨尺寸效应对岩石声发射事件数、振铃计数、峰值频率等声发射特性参数的影响.研究结果表明:根据岩石试件撞击数的增长速率,将试件破坏阶段分为突变期、平静期、爆发期三个阶段,随着岩石试...     

Q345钢和H62黄铜声发射信号及力学行为的关系研究

本文利用声发射装置采集了Q345钢和H62黄铜两种材料拉伸过程中的动态声信号。结果发现两种材料在线弹性阶段末端都会产生大量声发射信号,但有明显屈服流动的Q345钢在硬化阶段的开始时段也会产生信号峰值。为了研究两种材料在拉伸变形过程中声发射的微观机制,本文采用扫描电镜下原位拉伸实验方式观察了两种材料在不同拉应力下晶粒内部滑移线的产生和演变过程。在此基础上总结出了两种材料声发射信号与力学行为的关系,指出应以第一次声发射信号的峰值对应的工作应力作为材料屈服应力及其合理性,并按此标准给出H62黄铜的屈服应力为193MPa。     

基于J-C模型的Q235钢的失效准则

使用Instron材料试验机、霍普金森拉杆（SHTB）对Q235钢试件进行了不同温度下的准静态和动态拉伸实验,研究了温度、应变率及应力三轴度对Q235钢失效应变的影响,结果表明:Q235钢失效应变随温度的升高而增加,随应变率的增加而减小,随应力三轴度的增加先减小后增加再减小。基于实验结果对Q235钢J-C失效模型中的温度项进行了修正,并结合数值模拟提出了基于J-C失效模型的应力三轴度三分段式失效准则,通过Taylor撞击实验和数值模拟对给出的模型相关参量进行了验证,实验与模拟结果吻合较好。     

混凝土材料三点弯曲破坏的声发射特性

为了研究碎石混凝土材料在不同应力状态下的声发射信号特征,在MTS材料试验机上对混凝土梁进行了三点弯曲实验,并利用先进的多通道声发射系统监测了混凝土梁在三点弯曲载荷下的破坏过程。通过对声发射信号的持续时间、振铃计数、撞击数进行滤波,将混凝土材料破坏过程的声发射信号分成七种类型,同时结合前人关于混凝土材料Kaiser效应的试验研究,将七种类型的声发射信号对应于不同的相对应力水平。研究结果表明,声发射信号的持续时间、振铃计数以及撞击数不仅可以表征混凝土破坏过程的类型,还可以表征混凝土材料所处的应力状态,从而为声发射技术在线监测混凝土材料提供了一种新的途径。     

韧性金属Kaiser效应方向独立性的实验研究

Kaiser效应是声发射技术实际应用的理论基础。本文以韧性金属材料Q345不同方向拉伸实验为例,探究力的方向对韧性金属Kaiser效应的影响。实验结果表明,韧性金属材料在某一方向加载时,表现出了Kaiser效应;当改变加载方向时,呈现出与第一次加载方向类似的声发射特性,说明声发射现象对其他加载方向上所承受的最大载荷不具有记忆的能力,而仅与该方向承载历史有关,即韧性金属Kaiser效应与力的方向性间具有独立性。同时,利用细观损伤理论对这一现象产生的机理进行了定性的解释。     

修正金属本构模型在超高速撞击模拟中的应用

为更加准确地计算93钨合金弹超高速撞击Q345钢板问题,构建了修正的金属本构模型。引入GRAY三相物态方程描述材料相态变化,采用Johnson-Cook强度模型描述撞击后期材料的力学行为。结合封加波损伤演化模型以及Johnson-Cook失效模型描述不同应力三轴度下材料的拉伸、剪切失效行为;引入曹祥提出的断裂演化模型,描述材料失效后应力归零的过程。通过对比超高速撞击数值模拟结果与实验结果,验证了本构模型的适用性,并进一步分析了典型弹靶撞击条件下破片群的空间分布特征。研究结果表明：基于修正金属本构模型获得的超高速撞击靶板穿孔直径、弹体侵蚀长度、破片群扩展速度结果与实验结果一致;GRAY三相物态方程能够相对准确地给出弹体撞击首层靶板以及剩余弹体、破片群撞击第2层靶板时弹靶材料的熔化情况;封加波损伤演化模型能够准确判断超高速撞击过程中靶板是否产生层裂破坏;综合封加波损伤演化模型、Johnson-Cook失效模型以及曹祥提出的断裂演化模型后,数值模拟获得的破片群撞击后效靶板的穿孔面积与累积数量的统计曲线结果与实验结果一致;获得了典型条件下的柱形93钨弹体超高速撞击Q345靶板破片群空间分布结果...     

无铅焊料合金压入蠕变性能参数表征研究

微互连焊点高温下的服役可靠性很大程度上决定了电子产品性能的优劣,本文通过微纳米压入法开展了典型无铅焊料合金Sn-3.0Ag-0.5Cu 的高温蠕变性能研究,采用“快速加载–保载–快速卸载”的测试方式获取不同温度下完备的蠕变行为,分析发现温度升高焊料软化加剧、蠕变变形更为明显;得到了焊料合金不同温度下的稳态蠕变应力指数n 与不同硬度下的蠕变激活能Q,分析了温度与硬度对二者的影响并给出激活能Q 与lnH之间的关系．     

含孔复合材料层合板静拉伸损伤演化的实验和表征方法

为了深入探究复合材料层合板结构的损伤机理和损伤演化,应用声发射技术和图像相关技术同步实时监测含孔碳纤维复合材料层合板试样在静拉伸过程中的损伤演化。实验结果表明,试样表面应变场呈现局部化特征。对应变集中带在加载方向的应变值进行了统计分析,获得了应变场的特征统计量(标准差)随加载的演化模型。层合板损伤时产生声发射信号的峰值频率大小能够有效区分复合材料的损伤模式,由此,建立了基于损伤模式累积声发射数的损伤演化模型。通过对应变场演化模型和声发射损伤演化模型的分析,可以将复合材料的损伤演化分为损伤初始阶段、损伤平稳扩展期、损伤严重阶段三个部分。统计分析结果表明:在损伤严重阶段,基于声发射事件数的各种损伤的损伤变量和局部应变场标准差快速增长,因此局部应变场统计标准差可以作为后期局部损伤严重程度的识别指标。     

A3钢损伤累积过程的声发射监测

研究Ａ３结构钢，损伤累积过程中的声发射特性，对其在静、动载荷下声发射参数进行了分析。声发射振铃的上升、下降与材料内部的损伤程度有关。在一定的条件下，可以根据声发射信号的强弱、上升及下降的趋势，判别材料内部的损伤程度．     

基于声发射参量的不同深度灰岩塑性破坏识别研究

对某矿深部灰岩进行单轴压缩试验,测得试件破坏全过程的应力、应变和声发射参数。通过分析应力、应变和声发射参数之间的关系,可根据声发射振铃计数率的变化情况,将全过程分为三个阶段:第一阶段处于孔隙裂隙压密阶段,振铃计数率较多;第二阶段处于稳定变形阶段,声发射处于平静期;第三阶段岩石进入塑性变形阶段,振铃计数率明显增加。研究发现,深度越深,第一阶段终止时的应力水平越高;将声发射累计能率与累计振铃计数率的比值定义为能振比λ,λ的变化规律一定程度上反映出试件内部裂隙发展情况。研究λ的变化规律能够为识别岩体失稳提供依据,提高声发射技术监测预报的准确性。     

周期荷载作用下煤岩声发射特征的颗粒流模拟

为研究周期荷载应力水平对煤样声发射特征的影响,采用PFC数值软件开展了 3种不同应力水平的等幅周期荷载数值模拟试验,分析了周期荷载应力水平对煤样破坏循环次数、声发射计数及损伤演化特征的影响.研究结果表明:周期荷载作用下,煤样破坏过程中的声发射活动呈现初始、相对平静和活跃三阶段演化规律,且在煤样破坏前的周期荷载卸载阶段及...     

Andrade and critical time-to-failure laws in fiber-matrix composites: Experiments and model

We present creep experiments on fiber composite materials. Recorded strain rates and acoustic emission (AE) rates exhibit both a power-law relaxation in the primary creep regime and a power-law acceleration before global failure. In particular, we observe time-to-failure power-laws in the tertiary regime for acoustic emissions over four decades in time. We also discover correlations between some characteristics of the primary creep (exponent of the power-law and duration) and the time to failure of the samples. This result indicates that the tertiary regime is dependent on the relaxation and damage processes that occur in the primary regime and suggests a method for predicting the time to failure based on the early time recording of the strain rate or AE rate. We consider a simple model of representative elements, interacting via democratic load sharing, with a large heterogeneity of strengths. Each element consists of a non-linear dashpot in parallel with a spring. This model recovers the experimental observations of the strain rate as a function of time.     

砂岩脆性变形破坏过程中声发射信息试验研究

针对砂岩试样进行了单轴刚性加载试验,并测试整个过程的声发射信息。根据试验情况,可将砂岩在整个变形阶段的声发射信号特征划分为压密、弹性、稳定破裂、非稳定破裂和峰后情况五个阶段。通过对稳定破裂和非稳定破裂分界点对应的临界点处的应力和应变值与峰值应力及其对应的应变比值分析发现,大部分应变比在74%与78%之间;应力比则相对具有较大的离散性,均值在73%左右。上述研究,通过对砂岩脆性破坏过程中声发射信息与应力比和应变比之间的关系分析,增进了对岩石破裂过程中生发现象的认识,为相应岩石脆性破坏导致的地质灾害分析提供了新的研究思路。