泥岩三轴蠕变实验研究

采用MTS伺服刚性压力实验机对高家梁煤矿泥岩进行了三轴蠕变实验研究,获得了泥岩在不同应力条件下的蠕变变形规律。实验表明围压对泥岩微观缺陷的发展有一定的限制作用。随着围压的增加,泥岩的三轴抗压强度和弹性模量均有所增加。在围压一定时:衰减蠕变量随轴压的增大而增大;衰减蠕变率随偏应力的增加而增大;稳态蠕变率随偏应力的增大而增大。在偏应力一定时,稳态蠕变率随围压的增大而减小。当围压大于4MPa后,围压的限制作用将明显减小。随着围压继续增大,稳态蠕变率变化并不明显。根据获得的实验数据,用回归法求出了H-K模型蠕变方程的参数。结果表明H-K模型能较好地模拟实验结果。在实际工程中可通过支护增加围压以提高围岩屈服强度,也可根据实际工程中泥岩蠕变的变化趋势确定合理的二次支护时间,避免流变破坏的发生。     

兼具基体蠕变和轻度界面蠕变的复合材料的本构特性

金属基复合材料的基体蠕变特性在一定的温度与应力下表现明显，当界面为非理想并具有粘弹性性质时，其对复合材料的整体蠕变亦有重要影响．本文利用具有非理想界面的复合材料的Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ方法，研究了既具有基体蠕变又具有界面轻度蠕变的复合材料的本构关系，给出了各微结构参量对复合材料整体蠕变特性的影响     

兼具基体蠕变和轻度界面蠕变的复合材料的本构特性

金属基复合材料的基体蠕变特性在一定的温度与应力下表现明显，当界面为非理想并具有粘弹性性质时，其对复合材料的整体蠕变亦有重要影响．本文利用具有非理想界面的复合材料的Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ方法，研究了既具有基体蠕变又具有界面轻度蠕变的复合材料的本构关系，给出了各微结构参量对复合材料整体蠕变特性的影响     

纤维增强金属基复合材料整体蠕变性能的细观力学分析

高温下金属基复合材料的蠕变主要由基体蠕变和界面扩散蠕变两部分构成,以往的研究中常常只考虑其中一种蠕变机理,从而导致得到的规律具有较大的局限性．本文提出了一种可预测金属基复合材料整体蠕变性能的细观力学方法,同时考虑了基体蠕变和界面扩散蠕变两种蠕变机理,导出了具有张量形式并满足不可压缩性的界面扩散蠕变应变表达式．采用Mori-Tanaka法和自洽法二者结果的平均以便更准确地计算纤维中的应力,揭示了两种蠕变机理相互影响的竞争关系．研究了恒定双轴荷载下的总体蠕变和固定位移约束下的应力松弛这两种常见蠕变问题,探究了基体蠕变与界面扩散蠕变两种蠕变机理在总蠕变中发挥的作用,考察了不同加载条件和不同纤维体积分数对复合材料整体蠕变行为的影响．     

SMA复合材料在热载条件下的残余应力分析

本文基于三相复合圆柱模型发展了增量型的分析方法,讨论在ＳＭＡ复合材料中由于ＳＭＡ材料相变以及各相材料热特性随温度变化引起的残余应力。研究基体与过渡恸介面和纤维与过渡界面间的残余应力,同时讨论由于基体相的变化对残余应力的影响。特别研究了涂层和复合材料基体间界面处的残余应力受纤维体积比、涂层厚度、纤维最大相变应以及基体中纤维取向等影响,而且讨论了计及应力对相就运动方程的影响时对ＳＭＡ复合材料相变温度和     

岩石蠕变特性试验研究

针对大安山煤矿+550水平西二石门围岩蠕变变形严重的问题,采用室内蠕变试验与理论分析相结合的方法研究岩石蠕变特性。选取泥质粉砂岩作为软岩试样,通过自制三轴蠕变仪对所取岩样进行恒围压分级增轴压的三轴压缩蠕变试验,结果表明:随应力水平的提高,起始蠕变速率增大,进入稳态蠕变阶段用时延长,稳态蠕变速率从0h-1增大到3.12e-4·h-1,瞬时应变以线性关系增加,围压9MPa条件下的起始蠕变应力阈值为6MPa,当应力水平超过岩石长期强度时出现加速蠕变。基于蠕变试验规律,考虑起始蠕变应力阈值,将一种可用阶跃函数表示的开关元件与广义K体并联,并引入损伤元件对CVISC蠕变模型进行改进。采用1st-Opt中的Levenberg-Marquardt+通用全局优化法计算蠕变参数并进行反演。反演结果表明理论曲线与试验曲线的吻合效果较好,证明了所建模型的合理性。上述研究成果可为岩石工程的长期稳定性分析提供试验和理论依据。     

高温环境下纤维复合材料蠕变损伤的细观机理研究

首先利用复合材料纤维断裂单胞模型，编制蠕变损伤子程序，对单胞模型进行蠕变损伤分析。分析了纤维／基体弹性模量比对蠕变变形、蠕变损伤以及应力场的影响。从计算结果发现，蠕变损伤首先在纤维断裂尖端起始，然后沿着一定的角度向基体外围延伸，直至完全损伤，而且纤维／基体模量比对高温环境下的复合材料蠕变损伤产生很大的影响；纤维与基体的模量相差越大，复合材料越容易变形，抵抗蠕变变形的能力就越小，蠕变损伤越严重。经过对不同韧性的基体材料进行研究，发现基体韧性低的复合材料蠕变损伤明显高于高韧性基体复合材料，表明低韧性基体复合材料抵抗蠕变破坏的能力较低。     

金属基复合材料的蠕变与松弛

本文利用微观力学方法研究了金属基复合材料的常温蠕变和应力松弛,连续纤维在弹性粘塑性基体内单向铺设。本文的结果与实验结果符合较好。研究表明,纤维在轴向对基体的蠕变起到明显阻止作用,而在横向和剪切变形下的作用较小。在低应力水平下,复合材料的蠕变变形很小,在高应力水平时,蠕变变形明显甚至引起蠕变破坏。     

边坡预应力锚杆蠕变的数值分析

运用非线性蠕变分析理论模型,采用MSC.MARC软件重点研究了锚杆的应力指数、蠕变系数和几何参数的变化对于锚杆应力松弛的影响.通过对预应力锚杆支护的边坡进行数值分析,探讨了锚杆的蠕变规律以及锚杆预应力松弛现象.锚杆的参数取不同数值时,比较数值模拟结果发现:锚杆的轴力和剪力主要分布在锚固段的前端;随着锚杆应力指数及蠕变系数的增加,蠕变应变增大,应力松弛加快.     

红砂岩路基土动态模量影响因素及预估模型研究

为研究红砂岩路基土动态模量的影响因素,采用室内重复加载三轴试验。结合红砂岩路基土在不同含水率时的动态模量,分析偏应力、体应力和含水率对红砂岩路基土动态模量的影响;采用三参数复合模型进行回归,并通过有限元计算和实体工程现场检测,建立室内试验动态模量与现场检测动态模量的回归关系。研究结果表明,动态模量随体应力(或围压)增大而增大,随偏应力增大而减小;随着含水率的增大,动态模量呈先增大后逐步减少的趋势。三参数复合预估模型与试验检测结果之间具有较高相关性。此外,红砂岩路基土室内试验动态模量与现场检测动态模量具有良好的回归关系,室内试验动态模量与现场检测动态模量可以实现有效换算。     

STATISTIC MODELING OF THE CREEP BEHAVIOR OF METAL MATRIX COMPOSITES BASED ON FINITE ELEMENT ANALYSIS

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｃｒｅｅｐｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｓｈｏｒｔｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅＭｅｔａｌＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ (ＭＭＣｓ)ｄｅｐｅｎｄｓｏｎｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｆａｃｔｏｒｓ,ｓｕｃｈａｓｔｈｅｃｒｅｅｐｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｔｈｅｍａｔｒｉｘ ,ｅｌａｓｔｉｃａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅｓｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒ,ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒｓ,ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒｓａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｔｈｅｆ…     

含与不含晶界空穴的双晶体蠕变行为研究

基于晶体滑移理论,建立了各向异性镍基合金双晶体的蠕变本构模型和蠕变寿命预测模型,通过MARC用户子程序CRPLAW将上述本构模型进行了有限元实现,并对双晶体蠕变行为进行了计算分析,考虑了:(1)晶体取向的影响;(2)垂直、倾斜和平行于外载方向的三种位向晶界情况;(3)晶界处引进空间空穴的影响。结果表明,双晶体上特别是微空穴和晶界附近区域的蠕变应力应变呈现不同的变化规律,对此晶粒晶体取向和晶界位向有较大的影响;微空穴的存在削弱了双晶体的承载能力,显著地影响了双晶体蠕变持久寿命;相同条件下,垂直晶界对双晶体模型的蠕变损伤影响最为强烈,倾斜晶界次之,平行晶界最小;微空穴的生长与晶界位向和晶体取向有强烈的依赖关系,其中垂直晶界更有利于晶体滑移和微空穴生长。     

Creep-rupture lifetime simulation of unidirectional metal matrix composites with and without time-dependent fiber breakage

A numerical simulation for predicting the axial creep-rupture lifetime of continuous fiber-reinforced metal matrix composites is proposed, based on the finite element method. The simulation model is composed of line elements representing the fibers and four-node isoparametric plane elements representing the matrix. While the fibers behave as an elastic body at all times, the matrix behaves as an elasto-plastic body at the loading process and an elasto-plastic creep body at the creep process. It is further assumed in the simulation that the fibers are fractured not only in stress criterion but time-dependently with random nature. Simulation results were compared with the creep-rupture lifetime data of a boron-aluminum composite with 10% fiber volume fraction experimentally obtained. The simulated creep-rupture lifetimes agreed well with the averages of the experimental data. The proposed simulation is further carried out to predict a possibility of creep-rupture for the composite without time-dependent fiber breakage. It is finally concluded that the creep-rupture of a boron-aluminum composite is closely related with the shear stress relaxation occurring in the matrix as well as time-dependent fiber breakage.     

Onset of failure in finitely strained layered composites subjected to combined normal and shear loading

A limiting factor in the design of fiber-reinforced composites is their failure under axial compression along the fiber direction. These critical axial stresses are significantly reduced in the presence of shear stresses. This investigation is motivated by the desire to study the onset of failure in fiber-reinforced composites under arbitrary multi-axial loading and in the absence of the experimentally inevitable imperfections and finite boundaries.By using a finite strain continuum mechanics formulation for the bifurcation (buckling) problem of a rate-independent, perfectly periodic (layered) solid of infinite extent, we are able to study the influence of load orientation, material properties and fiber volume fraction on the onset of instability in fiber-reinforced composites. Two applications of the general theory are presented in detail, one for a finitely strained elastic rubber composite and another for a graphite-epoxy composite, whose constitutive properties have been determined experimentally. For the latter case, extensive comparisons are made between the predictions of our general theory and the available experimental results as well as to the existing approximate structural theories. It is found that the load orientation, material properties and fiber volume fraction have substantial effects on the onset of failure stresses as well as on the type of the corresponding mode (local or global).     

分级加卸载硬岩短时蠕变特性实验研究

由单向抗压强度实验及8级加卸载短时蠕变实验,得到蠕变下限为27MPa的细砂岩试样典型的坚硬岩石脆性断裂特征.应力-应变等时曲线线性回归函数的相关系数均高于0.92,长期强度与瞬时强度之比达94.39%,证明细砂岩试样的整体蠕变特性不强.应力-轴向应变等时曲线线性回归函数的平均相关系数高出应力-径向应变等时曲线线性回归函数的平均相关系数3.92%,因此其轴向非线性蠕变特性相对于径向非线性蠕变特性更弱.随着时间延续,细砂岩试样的非线性蠕变特性总体服从负Gauss分布规律,具有明显的时间效应.随加载应力水平的提高,应力-轴向应变等时曲线和应力-径向应变等时曲线线性拟合函数的平均相关系数下降幅度分别为0.97%和0.67%,线性相关性普遍降低.所以细砂岩试样的非线性蠕变程度随加载应力水平的提高而提高,载荷效应明显.     

非理想界面对三相复合材料应力场的影响

对非理想界面的三相复合材料,提出了计算弹性应力场的微观力学模型,在适当的简化假设下,对带界相的颗粒增强和纤维增强复合材料,得到了应力场的计算公式。以剪切载荷为例给出了数值例子。给出的数值结果表明非理想界面对三相复合材料应力场的影响。     

Connections between different models describing imperfect interfaces in periodic fiber-reinforced composites

The paper addresses the problem of modeling of fiber reinforced composites with imperfect bonding between the matrix and the inhomogeneities. The imperfections of different kinds are usually modeled as either layered inhomogeneities or by springs of certain stiffnesses distributed along the matrix/fiber interfaces. We compare the two approaches for the case of incompressible layer between the phases and calculate effective properties of fiber reinforced composites with periodic square arrays of fibers possessing imperfect contact with the surrounding material. We identify the interval of thickness at which the interphase does not influence the effective properties and show how the imperfection effects described by different models can be expressed in terms of each other.     

基于界面层模型的双周期纳米夹杂复合材料反平面问题研究

利用复变函数方法并结合双准周期Riemann边值问题理论，获得了含双周期分布非均匀相（夹杂/界面层）的复合材料在远场均匀反平面应力下弹性场的全场解答．该解答可用于对纳米夹杂复合材料的应力进行分析，结合平均场理论也用于预测纳米夹杂复合材料的有效性能．计算结果表明：当夹杂尺度在纳米量级时，应力和有效反平面剪切模量具有明显的尺度依赖性，并且随着夹杂尺寸的增加，趋近于不考虑界面效应时的结果；界面层厚度和性能对应力和有效反平面剪切模量明显变化时所对应的夹杂尺度范围和趋近于无界面效应结果的快慢有显著影响；当界面厚度足够薄时，界面层模型可用于模拟零厚度界面情况．