考虑拉压异性徐变的高混凝土坝实测应变转换应力探讨

应变计组实测应变转换为应力与混凝土的徐变特性有关,本文探讨了基于拉压异性徐变的高混凝土坝实测应变转换为应力。首先针对施工期高混凝土坝实测应变存在监测误差,基于实测应变建立的统计模型,获得拟合应变过程线;然后采用应力增量法,基于线性叠加假设,导出了考虑拉伸压缩异性徐变的实测应变转换应力计算公式。结合某高混凝土坝工程应变计组实测应变,对比分析了拉压一致徐变、拉压异性徐变转换应力的差异。分析结果表明,考虑拉压异性徐变后,由于拉伸徐变度小于压缩徐变度,计算应力向拉应力方向偏移,且随时间的增加,偏移量缓慢增加。     

形成不同拉压允许应力Michell桁架的有限元方法

提出了形成具有不同拉压允许应力材料的Michell桁架的有限元方法。采用正交异性材料模型,以结点位置杆件的密度和方向作为设计变量,由结点位置的值插值得到有限单元内部的材料性质,材料在设计域内连续分布,这样避免了单元之间材料性质的突变,因此从根本上避免了单元铰接、棋盘格现象以及单元依赖性等数值计算不稳定性问题。提出了一种基于优化准则法的迭代算法,用以形成不同拉压允许应力材料的Michell桁架。由有限元分析得到结点位置处的主应力方向作为杆件方向,根据主应力方向的应变和材料拉压允许应力调整杆件密度。最后由结点位置的杆件方向形成Michell桁架中连续分布杆件。     

超声纯横波法测试45#钢的内部应力

声各向同性的金属材料在应力作用下,材料表现出声各向异性,这是用声弹性法分析材料内部应力的基础。本文用垂直于应力方向传播的超声纯横波对45#钢进行测试,测试时横波的偏振化方向分别平行和垂直于应力方向。实验结果表明:材料在拉、压应力作用下,相互正交的两超声纯横波的声速都发生了变化,且声各向异性因子与应力成线性关系。利用此关系可测试材料内部应力,提供了一种无损测试材料内部应力的方法,另外本实验方法也可以对材料内部残余应力进行评估。实验中利用回振法测量声速,可测量声速的微小变化,精度高。     

拉压异性材料含受压圆孔大平板的极限分析

探讨了广义双剪应力强度理论在平面应力状态下的屈服轨迹及其方程式,并用于拉压异性材料圆孔受内压的极限分析,得到了与拉压比有关的弹性极限内压力,弹塑性区的应力、塑性内压力与弹塑性分界半径之间的关系、塑性区的最大半径和最大内压力,所得极值均高于用莫尔强度理论分析的结果。     

纳米压痕残余应力场拉曼光谱实验研究

本文采用纳米压入仪在晶向为〈111〉和〈100〉的两种单晶硅片表面压入1000nm,卸载后得到深度约为550~570nm的压痕。使用共聚焦显微拉曼光谱仪对压痕周边区域进行测量,采用场扫描成像技术得到了压痕周边拉曼频移、半高宽、峰强等拉曼信息,通过分析由频移求得残余应力场的分布。在实验的基础上讨论了残余应力场的分布,以及晶向对应力场分布的影响,近似给出了压痕边缘最大压应力与微裂纹尖端最大拉应力。对其他拉曼信息的分析表明,半高宽和峰强信息与材料晶格结构的变化相关,在一定程度上也可以反映残余应力的作用。     

30CrMnSiNi2A超高强度钢孔挤压强化残余应力场的模拟

利用有限元软件ANSYS建立了30CrMnSiNi2A超高强度钢孔挤压强化残余应力场的三维有限元模型,分别模拟分析了不同孔径、过盈量、厚度和孔边距比下30CrMnSiNi2A超高强度钢构件孔挤压强化的三维残余应力场分布.模拟结果表明,残余应力沿厚度在中层和出口处随着孔径的增大而增大,且残余拉应力的增加幅度也大;随着过盈量的增大,残余压应力增大,但达到一定程度后过盈量的增量所引起的有利残余压应力的增量减小;随着厚度的增加,残余压应力在入口表面的孔周处先减小后增大;孔边距的减小,对残余压应力影响较小,而对残余拉应力的影响很大.     

双向应力状态下铝硅合金ZL105塑性行为的实验研究

本文对典型的拉、压性能不同的金属材料铝硅合金ZL105的塑性行为,屈服、强化、体积变化和流动特性,在双向应力状态下进行了全面和系统的实验研究,深入地探讨了影响材料塑性行为的主要因素,得出了新的结果和重要的结论。实验结果表明,平均应力直接影响材料的塑性行为,平均压应力使材料的韧性增强,而平均拉应力使材料的脆性增强。平均压应力不利于塑性变形的发生,相应平均压应力增大的应力状态,材料的屈服应力提高。与流行的塑性体积膨胀的观点不同,在平均应力是压应力的应力状态下,塑性体积收缩,因此,经典的正交准则不再适宜描述该材料的流动性质。材料的强化性质明显地依赖于应力状态。     

考虑拉压强度差效应的厚壁圆筒承载能力分析

应用双剪统一强度理论，考虑材料的拉压异性和同性，推导了在内压力和轴力联合作用下的厚壁圆筒的塑性极限载荷表达式．在该表达式中，当反映中间主应力效应的系数取不同的值时，就能得到按Tresca屈服准则、线性逼近的Mises屈服准则和双剪应力屈服准则的计算结果，并且绘制了在相应准则下的极限应力线图．从而可知：在三维应力状态下，应用该理论，可以获得极限载荷分析的精确解；极限载荷线图与三种屈服准则的屈服曲线是相吻合的；计算的结果可以用于拉压异性和同性的材料，为工程应用提供了理论依据．     

加载路径和温度对NiTi合金相变特性的影响

利用MTS装置,对NiTi形状记忆合金在不同加载路径(拉、压、扭以及拉/压-扭比例加载)和不同温度(28~150℃)下的准静态相变行为进行了较系统的实验研究。结果表明,材料呈现明显的伪弹性效应和拉压不对称性。随着温度的升高,相变起始应力逐渐增大,伪弹性效应和拉压不对称性逐渐减弱。当温度达到一定阈值时,拉压不对称性消失,材料基本呈现弹塑性状态。通过实验曲线确定了NiTi合金的相变临界参数,在σ-τ应力空间中对三种常用宏观相变临界准则进行了讨论,比较了它们各自的适用性。     

弱正交异性材料残余应力测量的声弹性方法

为了适应工程材料的残余应力无损测量的要求,本文将横波和纵波声弹性相结合,建立适用於弱正交异性材料的平面声弹性残余应力测量方法,并应用该方法及自行研制的横波换能器对焊接试件的二维残余应力进行了测试。     

热障涂层弹性模量和残余应力测试研究

采用数字图像相关法实验研究了热喷涂制作的热障涂层的弹性模量和残余应力。首先,采用三点弯测试方法对热障涂层试件进行加载,并利用二维数字图像相关方法对热障涂层试件加装过程中的弯曲变形进行了精确的测量,进而获得了热障涂层在受拉和受压两种状态下的弹性模量,结果表明,受拉时热障涂层试件陶瓷层的弹性模量为31GPa,而受压时其弹性模量为34GPa。其次,基于内力平衡,推导了考虑曲率变化的涂层残余应力计算公式;利用三维数字图像相关法测量了喷涂前后基体曲率的变化,进而获得了涂层残余应力的大小,结果表明,热喷涂后的热障涂层残余应力为压应力,大小为-86^-70MPa。     

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对具有不同拉压模量的厚壁球壳,采用双剪统一强度理论推导了其扩张问题的应力及位移的 统一解. 分析了不同模量、不同模型控制参数对厚壁球壳扩张时的扩张压力和应力场的影响. 结果表明：厚壁球壳弹性极限压力、应力场、位移场等均随着模量控制参数、模型参数的变 化而变化,在$\alpha<1$的情况下(即$E^ + < E^ - $),可以明显提高球壳的弹 性极限压力$p_e $; 厚壁球壳塑性极限压力与材料的拉压模量无关,与模型参数$\eta $有关,且随$\eta$的增加,先增大后减小. 因此若采用经典的弹性理论和单一的 模型参数对厚壁球壳进行设计计算,会带来较大的误差.     

拉压不同弹性模量薄板上圆孔的应力分析

采用弹性理论研究了拉压不同弹性模量薄板上圆孔的孔边应力集中问题．采用广义虎克定律推导出了拉压不同弹性模量薄板上圆孔边的应力平衡方程,并联合利用应力函数及边界条件得到了拉压不同弹性模量薄板上圆孔边的应力表达式．算例分析表明,当薄板材料的拉压弹性模量相差较大时,采用经典弹性理论研究薄板上圆孔的孔边应力是不合适的,当经典弹性理论与拉压不同弹性模量弹性理论的计算结果间的差别超过工程允许误差5%时,应该采用拉压不同弹性模量弹性理论进行计算．     

含微裂纹材料的损伤理论

本文从含微裂纹材料的变形能出发引出了裂纹的方位张量。在考虑裂纹受压闭合与滑动摩擦的基础上,给出了损伤张量、损伤应变及有效弹性常数。文中给出了损伤机构离散化的方法,并对方位密度给出了演化方程。最后给出一个单向拉压的应力应变关系例子,并揭示了裂纹扩展时的应力突跌现象。     

用高阶剪切变形理论研究双模量梁的弯曲

利用高阶剪切变形理论研究了双模量梁的弯曲变形问题，推导出了双模量梁的挠曲线方程及弯曲正应力公式．讨论分析了翘曲函数的指数n对挠度、正应力的影响．研究结果表明：拉压弹性模量的差异对梁的弯曲应力有较大影响．把高阶剪切变形理论的计算结果与弹性理论计算结果进行比较，可知该方法计算精度非常高．     

考虑损伤拉压不同模量梁的纯弯曲

根据考虑损伤的变模量弹性理论,建立了考虑损伤的拉压不同模量梁的弯曲基本方程,推导了梁的拉（压)应力、受拉区高度和挠度的计算公式．应用数值计算方法,分别得到了有损与无损时梁极限拉（压）应力、受拉区高度与模量比的关系曲线以及有损梁的最大挠度和模量比的关系曲线,同时得到了梁拉（压）应力比值、损伤引起的中性轴偏移量和梁跨中挠度比值与载荷的关系曲线．这些结论可为工程上具拉压不同模量梁的截面设计提供一定的参考价值．     

Effect of mechanical stresses on the magnetic characteristics of pipe steel

The effect of elastic deformation in tension (compression) torsion, internal pressure loading, and their combination on the magnetic characteristics of 09G2S pipe steel is studied. It is found that in the cases of compression, torsion, and internal pressure loading, the coercive force, residual induction, and maximum magnetic permeability are uniquely dependent on the stress. It is shown that the strength of the applied magnetic field in which the magnetostriction becomes negative decreases under the action of tensile stresses. It is found that in the case of combined tension (compression) and torsion, shear stresses weaken the effect of normal stresses on the magnetic properties. In the case of a combination of all three types of loading, increasing internal pressure leads to an increase in the coercive force and a decrease in the residual induction and maximum magnetic permeability. Measurement results were used to plot the dependence of the stress intensity on the coercive force for different values of the Lode parameter, which determines the type of stress state of the object.     

不同拉压特性的厚壁圆筒极限内压统一解

厚壁圆筒在实际工程领域中应用广泛,若能精确计算出极限内压,对预防事故发生,降低风险有重要意义.工程中存在许多材料,其拉压强度和拉压模量均存在差异,这些差异对极限内压的大小有显著影响.以往研究表明,仅考虑拉压强度与拉压模量的一个方面,计算结果与实际情况存在一定的误差.本文基于双剪统一强度理论,综合考虑中间主应力效应及材料拉压强度和拉压模量的不同,推导了内压作用下厚壁圆筒的弹、塑性状态的应力分布及弹性极限内压、塑性极限内压与安定极限内压的统一解,通过与其他文献对比分析验证了本文计算结果的正确性,分析了半径比、统一强度理论参数、拉压强度比与拉压模量系数对弹性极限内压、塑性极限内压及安定极限内压的影响.结果表明:统一解均随半径比和统一强度理论参数的增大而增大,随拉压强度比的增大而减小,弹性极限内压随材料拉压模量系数的增大而减小,当壁厚增加到一定值后,安定极限内压随材料拉压模量系数的增大而减小;材料的拉压模量不同、拉压强度差异对厚壁圆筒的安定性影响显著,考虑中间主应力效应可使材料的潜能得到更充分发挥,极限内压随半径比的变化规律可为选择合理壁厚提供参考,该结论可为厚壁圆筒的工程应用提供理论依据.     

INFLUENCE OF SAMPLE PREPARATION TECHNOLOGY ON SHEAR BEHAVIOR OF INHERENT ANISOTROPIC SAND IN TRIAXIAL TESTS 1)

基于砂土颗粒的毛细效应特性和冻融试验原理,提出一种砂土试样制备方法,能够在0°~90°范围内任意选取沉积方向,且适用于不同颗粒级配的试样。在中围压条件下进行三轴固结排水剪切试验,研究结果表明,毛细效应、冻融相结合的制样方法能够减缓压缩剪切试验的应力-应变关系增长速度,降低试样的抗剪峰值强度,对残余强度的影响相对较弱。在其他应力路径条件下,例如拉伸、减压压缩、等应力压缩等试验中,可以不考虑装样方法的影响。建议的制样方法能够合理应用到砂土初始各向异性的研究工作中。     

复杂加载下混凝土的弹塑性本构模型

混凝土材料在不同应力路径下或复杂加载条件下会表现出差异性显著的应力应变关系,在小幅循环加载条件下,其应力应变关系会表现出类似于弹性变形的滞回曲线.在不同应力水平下,混凝土的应力应变关系以及破坏特性都具有静水压力相关特点,即随着静水压力增大,各向异性强度特性弱化.此外,混凝土受压及受拉破坏机理不同,因而对应于混凝土硬化损伤亦有不同,即可分为受压硬化损伤,受拉硬化损伤及两者的混合硬化损伤类型.基于Hsieh模型,对该模型进行了三点改进.（1）针对小幅循环加载下混凝土无塑性变形的试验规律,而模型中在应力水平较低的循环加载条件下始终存在塑性变形的预测问题,采用在边界面模型框架下,设置了应力空间的弹性域,初始屈服面与后续临界状态屈服面几何相似的假定.（2）基于广义非线性强度准则将原模型采用变换应力方法将其推广为三维弹塑性本构模型,采用变换后模型可合理的考虑不同应力路径对于子午面以及偏平面上静水压力效应形成的影响,并避免了边界面应力点奇异问题.（3）分别对拉压两种加载损伤模式建议了相应的硬化参数表达式,可分别用于描述上述加载中产生的应变软化及强度退化行为.基于多种加载路径模拟表明:所建立的三维弹塑性本构模型可合理地用于描述混凝土的一般应力应变关系特性.