饱和岩石滞弹性弛豫机理的实验研究

通过Metravib热机械分析仪,用正弦波加载方式,模拟地震波的传播。实验时固定静载为100N,正弦波动载荷恒为60N,将总载荷控制在屈服点以下。在温度为-50℃~90℃,升温速率保持在1℃/分,频率为5Hz~400Hz的条件下,对饱和泵油彭山砂岩和遂宁砂岩样品进行单轴循环加载实验,获得饱和泵油彭山砂岩和遂宁砂岩的衰减、虚模量、实模量、波速与温度和频率以及动载荷的关系。以此研究了饱和多孔岩石的衰减和虚模量、杨氏模量和弹性波波速随温度和频率的动态响应。取得了随频率增高,饱和多孔岩石的衰减峰和虚模量峰的峰位向高温方向移动的热激活弛豫机制。杨氏模量和弹性波波速随温度升高而下降,随频率增高而增大,具有频散效应;杨氏模量和弹性波波速随动载荷振幅的增大而降低。这些结果与低频共振的驻波实验取得了同样的热激活弛豫规律,说明热激活弛豫规律具有一定的普适性。     

冻融和循环载荷作用下对饱和砂岩损伤机理的研究

为研究寒冷地区饱和砂岩的冻融损伤机理,采用DMA450伺服压机,在静载100N、动载80N、波动频率5~200Hz、温度-40~40℃的条件下,进行了饱和砂岩在不同频率正弦波单轴载荷作用下杨氏模量随温度变化的实验研究,获得滞(粘)弹性的弛豫衰减,以及有衰减引起的砂岩样品微结构变化情况。结果表明:饱和砂岩的杨氏模量和弹性波速度随温度升高而降低,随频率提高而增大;-40~20℃温度范围是冻融损伤最严重的区域。同时,在三种低频条件下(1.6Hz、2.8Hz和5.0Hz)用共振法在0℃获得相变衰减峰,反映了饱和砂岩的冻胀融缩效应,其产生的应力导致了饱和砂岩的损伤。从机理来看,前者是微观缺陷的演变,长期积累会导致破坏;后者是一种物理风化作用造成的宏观损伤。本文结果可为研究寒冷地区饱和岩石冻融损伤的机理及规律提供一定的参考。     

岩石对冲击波的非线性动态响应

对干燥、饱水、饱泵油大理岩和饱和砂岩进行了SHPB冲击压缩实验,得到了干燥岩石和饱和岩石的应力波衰减规律。在应力波传播过程中,其幅值有较大的衰减,干燥岩石的衰减最大,且孔隙度越大衰减越大,饱和岩石还存在较强的波弥散效应。在小于岩石屈服强度时,多次冲击加载下获得随冲击加载次数的增加,加载模量增大,残余应变减小的压实效应。这一结果可用于大型地震工程和防护工程的设计和建造。     

表层嵌贴CFRP板条-混凝土界面粘结应力模型的试验与理论研究

为研究寒冷地区饱和砂岩的冻融损伤机理,采用DMA450伺服压机,在静载100N、动载80N、波动频率5～200Hz、温度-40～40℃的条件下,进行了饱和砂岩在不同频率正弦波单轴载荷作用下杨氏模量随温度变化的实验研究,获得滞(粘)弹性的弛豫衰减,以及有衰减引起的砂岩样品微结构变化情况。结果表明：饱和砂岩的杨氏模量和弹性波速度随温度升高而降低,随频率提高而增大; -40～20℃温度范围是冻融损伤最严重的区域。同时,在三种低频条件下(1.6Hz、2.8Hz和5.0Hz)用共振法在0℃获得相变衰减峰,反映了饱和砂岩的冻胀融缩效应,其产生的应力导致了饱和砂岩的损伤。从机理来看,前者是微观缺陷的演变,长期积累会导致破坏;后者是一种物理风化作用造成的宏观损伤。本文结果可为研究寒冷地区饱和岩石冻融损伤的机理及规律提供一定的参考。     

岩石时频效应的实验研究

对饱和泵油南京砂岩和饱水大理岩在MTS上进行了单轴压缩实验和正弦波加载实验,求得两种饱和岩石的单轴抗压强度和屈服强度,并获得随正弦波频率的提高,饱和泵油南京砂岩的杨氏模量、纵横波速度增大,具有较明显的频散效应.饱和岩石中的微细观缺陷在正弦波加载中引起滞后,导致瞬时杨氏模量与应力成不对称"X"形,获得随正弦波频率增高,"X"交点在模量轴上的位置增高,杨氏模量增大,模量的频散增强.本文揭示了岩石的非线性时频响应的一些物理机理,对于岩石介质中的非线性波动研究以及地震、工程等理论研究和应用都具有重要意义.     

大理岩和砂岩动态本构的实验研究

探讨了在Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆装置上进行岩石长杆冲击实验。用多组埋入式聚偏四氟乙烯薄膜应力计，进行了波衰减的测量，获得了大理岩、砂岩在干燥、饱水、饱油情况下的衰减系数。对实测波形运用拉格朗日分析和路径线方法获取了大理岩、砂岩动态本构关系。     

温度对灰砂岩物理特征及抗拉强度影响的试验研究

为研究温度对灰砂岩物理特征及抗拉强度的影响,利用对径压缩试验对经历不同温度的灰砂岩圆盘试件的力学特性进行分析,结合动态信号测试分析系统实时监测并记录试件中部侧向应变,采用非金属超声检测分析仪、SEM等手段对经历不同温度的灰砂岩纵波波速、微观结构等特征进行表征。试验结果表明:1高温导致灰砂岩质量与纵波波速分别降低了3.83%与50.03%,损伤程度逐渐增大,且在经历温度为600℃时发生突变;2灰砂岩抗拉强度随经历温度的升高而减小,近似服从负线性分布,峰值压缩变形量与峰值侧向应变均随经历温度的升高而增大,在经历温度为600℃时发生突变;3高温导致试件颜色由灰白色变为淡黄色,断面起伏度降低,裂隙数量与裂隙类型增加。上述研究成果可以为热作用下地下结构稳定性的研究提供参考。     

高低温加载对大理岩力学特性影响的试验研究

许多工程（如采矿、隧道掘进、地热开采等）都涉及到岩石损伤及破碎问题．传统的岩石损伤破碎技术，如爆破法、水射流法、机械掘进法等均面临着一系列问题，利用岩石的热损伤性质辅助机械破岩有望实现安全、高效破岩的目的．大理岩是一种典型的硬岩，常见许多工程之中，因此本文以大理岩为研究对象，首先将均质性较好的大理岩试样加热至不同温度(20~1000 °C)后放入液氮中进行急速冷处理，然后对其进行了系列的物理力学性质测试．试验结果表明：处理后密度、纵波波速、抗拉强度、单轴抗压强度(UCS)和弹性模量整体上都随温度的上升而下降；当加热温度在100 °C之前，大理岩表现出一定的热硬化现象，即随着温度升高，其UCS、纵波波速以及弹性变形模量均增大；UCS变化的阈值温度为400 °C左右，一旦温度超过400 °C，UCS迅速下降，其速率达到了9 MPa/100 °C，当温度超过500 °C弹性模量迅速下降，其速率达到7.00 GPa/100 °C，表明岩样抵抗变形能力减弱．整体上，热加载降低了大理岩的脆性，使其在单轴作用下的破坏模式由脆性破坏逐渐转化为弹塑性破坏．     

自然冷却和遇水冷却后高温花岗岩力-声特性试验研究

以松辽盆地露天花岗岩为研究对象，对自然冷却和遇水冷却后高温花岗岩进行单轴压、拉和声波测定试验。研究不同方式冷却后花岗岩温度（100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃，以下简称100℃-800℃）与表观形态、纵、横波波速、弹性模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度间关系，并将纵、横波波速与抗压强度、弹性模量建立联系。同时考虑遇水冷却后静置过程对花岗岩力-声性质影响。研究表明：（1）静置0h-2h是质量损失、纵波波速下降主要时段，静置6h后变化率可以忽略；自由水损失量与力-声特性损失量存在一定线性关系；（2）温度升高，自然冷却后花岗岩纵、横波波速、弹性模量、抗压强度、抗拉强度呈线型下降，遇水冷却后呈凹线型下降；高于300℃，自然冷却后花岗岩力-声参数均大于遇水冷却，泊松比变化率与其相反，600℃时冷却方式不同对花岗岩纵、横波波速、弹性模量、抗压强度影响达到最大，遇水冷却比自然冷却分别低33.33%、31.88%、53.33%、31.74%，700℃-800℃时冷却方式对花岗岩力声特性影响减小；（3）温度变化，花岗岩纵、横波波速与抗压强度、弹性模量呈良好相关性。所得结论可以提高花岗岩力-声特性测量准确性，为力学特性预测提供一个可行方法，并为岩体工程安全稳定性评估提供依据。     

基于数字图像测量技术的尾粉砂动三轴试验研究

尾粉砂的动力学特性往往通过室内动三轴试验来进行研究,因此试验数据的精度尤为重要。本文将数字图像测量技术应用于土工动三轴试样的应变测量中。采用Butterworth数字滤波器进行数据降噪处理,并将图像测量获得的整体应变结果与传感器测量的应变结果进行了比较,表明通过图像测量方法测得的数据更能反映试样的真实变形。以某地饱和尾粉砂动三轴试验为例,通过采用该种非接触式测量方法,分别得到试样局部的动位移和动应变,进而得到动模量随动应变的变化规律,并与传感器得到的数据进行比较,结果表明,局部的动模量分布在整体动模量衰减曲线周围,并且在小变形下不同位置处其动模量与整体动模量差别较大,应变较大时,局部动模量趋于整体动模量。     

双炔酸聚合LB膜结构及其摩擦磨损行为研究

采用垂直提拉法将单层双炔酸膜转移到云母基片上,同时将13层双炔酸膜转移到经过亲水处理的单晶硅片和石英片上,使双炔酸在紫外光照射下发生拓扑聚合制备双炔酸聚合LB膜,并对双炔酸和经紫外光照射后聚合双炔酸LB膜的结构及摩擦磨损特性进行研究.结果表明:双炔酸在可见区无吸收峰,但经紫外光照射后因双炔酸聚合后形成的共轭大π键在可见区出现了吸收峰;双炔酸LB膜均匀平整,厚度约为3.5 nm,聚合后其结构发生变化,厚度降至约1.5 nm;而聚合后双炔酸LB膜的减摩性能基本保持不变,聚合前后双炔酸LB膜的摩擦系数不随载荷而变化,符合阿芒顿定律,其抗磨特性得到明显提高;磨痕结果充分表明聚合双炔酸耐磨性能较好.     

Fundamental properties of elasto-plastic matrix and existence and uniqueness of elasto-plastic stress and displacement

Based on the assumption that the yield criterionF(,)=0 is a differentiable surface in stress space and by starting from a specially defined real Euclidean space, the fundamental properties of the elasto-plastic matrix in the incremental theory of plasticity is discussed in detail. By using these results, a convex analysis is made to prove the existence and uniqueness of 1) the distribution of incremental elasto-plastic stress for work-hardening materrials; 2) the displacement distribution for work-hardening materials. Material isotropy is assumed in all discussions of relevant problems.     

弹性与弹塑性问题的有限元与边界元耦合解法

本文提出了一种新的弹性与弹塑性问题的对称耦合解法。根据分区广义变分原理,直接导出问题的求解方程式。通过典型算例,验证了该方法的有效性,本文建议的方法与超单元形式的耦合法相比,在理论上比较直接,在计算上更为经济。     

科学的统一性与力学的范围地位和方向

综述科学的统一性和统一性所决定的科学发展的方向,并从科学统一性的观战简评力不的范围,它在科学上的地位,影响和今后发展的方向。．     

Probability of random events of inspection and repair and maintaining reliability of structures

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＦａｔｉｇｕｅｆｒａｃｔｒｕｅｉｓａｐｒｉｍａｒｙｍｏｄｅｏｆｆａｉｌｕｒｅｆｏｒｍｅｔａｌｌｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｖａｒｉｏｕｓｄｙｎａｍｉｃｌｏａｄｓ.Ａｔｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｏｆｓｅｒｖｉｃｅ,ｓｏｍｅｉｎｈｅｒｅｎｔｄｅｆｅｃｔｓｓｕｃｈａｓｍｉｃｒｏｃｒａｃｋｓ,ｗｅｌｄｉｎｇｄｅｆｅｃｔｓ,ｎｏｔｃｈｅｓ,ｖｏｉｄｓｅｔｃ.ｅｘｉｓｔｉｎｍａｎｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｒｅｌｅｍｅｎｔｓ.Ｔｈｅｓｅｄ…     

Theoretical prediction of stiffness and strength of three-dimensional and four-directional braided composites

Based on unit cell model, the 3D 4-directional braided composites can be simplified as unidirectional composites with different local axial coordinate system and the compliance matrix of unidirectional composites can be defined utilizing the bridge model. The total stiffness matrix of braided composites can be obtained by the volume average stiffness of unidirectional composites with different local axial coordinate system and the engineering elastic constants of braided composites were computed further. Based on the iso-strain assumption and the bridge model, the stress distribution of fiber bundle and matrix of different unidirectional composites can be determined and the tensile strength of 3D 4-directional braided composites was predicted by means of the Hoffman＇s failure criterion for the fiber bundle and Mises＇ failure criterion for the matrix.     

涡旋波流场的涡量测试与计算及特征参数的影响

从实验和模拟计算两个方面,对涡旋波流场的速度矢量图和涡量进行了定量测试和综合分析,并对涡旋波流动与其特征影响参数之间的关系进行了研究。结果表明:涡旋波流动只在二维层流状态下产生,涡旋波形成后,Re数对旋涡尺寸的影响较小,涡量随Re数的增大而增大,但涡量不随时间的增加而单调增加。随着St数的减小,旋涡尺寸明显增大,涡量却随之减小。本文也对不同槽道内的涡旋波流场进行了数值模拟计算,进而确定了涡旋波流场的形成条件。     

Pressure and velocity of air during drying and storage of cereal grains

A common method of drying cereal grains is to ventilate a large static mass of grain with an even flow of air at near ambient temperature. After the grain has been dried it is often stored in the same container and kept cool by aeration with a lower velocity of air than is used in drying. To analyse the airflow through this mass of grain a nonlinear momentum equation for flow through porous media is used where the resistance to flow is a + b ¦ν¦. This equation, together with the assumption that the air is incompressible, defines the problem which is solved numerically, using the finite element method, and the results compared with experimental values. The small parameter ε = bν _r /a, where ν _r is the velocity scale, is used in a perturbation analysis to examine the nonlinear effects of the resistance on the airflow. When ε = 0 the equations reduce to those for potential flow, while for small values of ε there are first-order corrections to the pressure p ₁ and the stream function χ ₁. The nonlinear problem is simplified by changing to curvilinear coordinates (s, t) where s is constant on the potential flow isobars while t is constant on the streamlines. General conclusions are derived for p ₁ and χ ₁, for example that they depend on the curvature of the potential flow solution with a large curvature of the isobars leading to larger values of p ₁ and similarly for the streamlines. The potential flow solution p ₀ and the first order solution p ₀ + εp ₁ are close to the solution of the full nonlinear problem when ε is small. To illustrate this for a typical grain storage problem, the solution p ₀ is shown to be very close to the finite element solution (with a difference of less than 1%) when ε < 0.03 while for the first order solution p ₀ + εp ₁ the difference is less than 1% when ε < 0.1.     

Measurement of rheological and ultrasonic properties of food and synthetic polymer melts

A slit die viscometer has been used in conjunction with a co-rotating twin screw extruder to study the rheological behaviour of maize grits, potato powder and low density polyethylene, as a function of feed rate, screw speed and temperature. The shear viscosity of both maize and potato decreased with increasing feed rate. Increasing the temperature or screw speed at any given feed rate also reduced the viscosity. The ultrasonic velocity through the material has also been shown to be sensitive to the extruder operating conditions. Overall, the ultrasonic velocity decreased as screw speed and temperature increased and feed rate decreased.