PVDF应力测量技术及在混凝土冲击实验中的应用

介绍了使用PVDF(polyvinylidene fluoride,聚偏二氟乙烯)应力计的应力直接测量技术。在SHPB装置上进行自制PVDF应力计动态压电系数的标定实验,分析了应力集中、横向泊松效应、摩擦效应对PVDF应力计信号及动态压电系数的影响。用PVDF应力计进行了混凝土的冲击压缩实验。利用混凝土前后端面PVDF应力计信号分析了实验过程中混凝土试样的应力均匀性。与应变计直测应变技术相结合得到了混凝土的动态应力-应变关系。     

基于应变计观测数据的混凝土温度应力解析

混凝土温度应力测定一直是人们致力解决的科学难题.本文根据振弦式混凝土应变计的工作原理,提出了基于混凝土应变计观测数据的温度应力计算公式,并采用电热带给试件直接施加温度作用的方法,模拟弹性约束条件进行了温度应力试验测定,确定了计算公式中温度应力修正系数与温度变化的关系.研究结果表明,振弦式混凝土应变计可以用来测定均匀温度作用产生的温度应力,根据本文提出的计算公式得到的温度应力计算值与实测值吻合良好.     

受压混凝土的不可逆变形与刚度衰减的研究

本文根据内变量定义，引入表征塑性发展和产生损伤的内变量，根据塑性力学和损伤学方法，结合混凝土单调受压应力一应变全曲线的试验结果，对混凝土不可逆变形和刚度衰减进行了研究，经与反复加卸载试验结果相比，吻合较好，如果将其推广至反复加卸载试验极为困难的复杂受力工况将是方便有效的。     

混凝土分段曲线损伤模型

在对比分析国内外现有的混凝土受拉损伤模型基础上，结合素混凝土受拉应力应变曲线的试验结果，提出了一个新的混凝土分段曲线损伤模型，并利用应力连续条件确定了损伤模型中各系数的值。运用该模型到力学分析中，推导了矩形截面的混凝土梁在纯弯矩作用下，在损伤较小和损伤较大时的力学方程，算出了梁的最大承载能力，并与材料力学计算的梁承载能力进行了对比。详细分析了损伤区域及损伤应力在横截面上的变化过程，确定了极限状态下含损伤混凝土梁的应力分布和相应的承载能力，画出了损伤状态梁截面的应力分布图。     

高强混凝土动态压缩试验分析

准确测量混凝土动态压缩性能及其应变率强化效应一直是冲击动力学研究领域的重点和难点之一。针对混凝土大口径SHPB实验，分析探讨了其中几个主要问题:应力均匀性问题、恒应变率问题和端面接触问题。研究表明:对于此次试验中混凝土试件而言，应力均匀性假设限制试验最大应变率小于166 s?1；杆和试件端面接触不平和接触不良使得测算出的杨氏模量和屈服强度明显小于实际值；在此基础上，给出了五步测试法和预应力法；利用复合整形技术实现了近似恒应变率加载。利用以上所发展和改进的技术得到了C110混凝土动静态应力应变曲线，结果显示，在试验范围内混凝土杨氏模量并没有应变率效应，其单轴压缩屈服强度与应变率对数呈线性正比关系，其唯象应变率强化因子为0.10。理论分析表明，大口径SHPB试验所得混凝土应变率效应是一种唯象效应，对于混凝土类压力敏感屈服材料而言，应该根据其屈服面方程对其进行校正，从而得到其本构方程中材料的应变率强化因子，分别利用Tresca屈服准则和K&C本构中屈服面方程对其进行校正，得到C110材料的真实应变率强化因子分别为0.015和0.038。     

大直径SHPB装置的数值模拟及实验误差分析

介绍了用于混凝土冲击试验的Φ100SHPB装置。利用数值模拟和应变测试相结合的方法讨论了应力波在该装置中的传播特性。二维效应导致应力波在大直径SHPB装置传播过程的弥散现象。同时在实验的大部分时间内大尺寸试样的应力(应变)存在不均匀性。因此大直径SHPB装置进行混凝土冲击压缩应力-应变曲线的实验研究会产生误差。利用数值模拟分析了误差影响程度,同时验证了用混凝土试样应变和透射杆应力得到应力-应变曲线初始段的可行性。     

用HJC本构模型模拟混凝土SHPB实验

运用Holmquist-Johnson-Cook (HJC) 本构模型对混凝土的SHPB实验进行了数值模拟。解决了罚函数算法中罚因子合理数值的选取问题。利用模拟结果按SHPB两波法重构了试样的应力应变曲线。分析了混凝土材料的SHPB实验得到应力应变曲线的有效段范围和各段的力学规律。通过比较实际混凝土材料SHPB实验和数值模拟得到的应力应变曲线,发现两者体现的力学行为很相似,即HJC模型是描述该类材料的一种合理本构模型。模拟了试样不同平行度公差下的SHPB实验,发现在一定应变率范围内其影响程度远大于试样应力(应变)不均匀性。     

冲击荷载作用下混凝土材料的细观本构模型

将混凝土材料看成是水泥砂浆基体和粗骨料颗粒组成的2相复合材料,假设水泥砂浆基体和粗骨料颗粒均为弹性、均匀、各向同性的,粗骨料颗粒为球形。基于Mori-Tanaka理论和Eshelby 等效夹杂理论推出了混凝土材料弹性模量的计算公式。在Horii和Nemat-Nasser提出的脆性材料在双轴向压应力作用下破坏的滑移裂纹模型基础上,运用细观力学方法推导了微裂纹对材料弹性模量的弱化作用以及微裂纹的损伤演化方程。建立了混凝土材料在冲击荷载作用下的一维动态本构模型,模拟曲线与实验曲线符合良好,因而可以用该模型模拟混凝土材料在冲击荷载下的动态特性。     

混凝土三维细观模型的建模方法与力学特性分析

根据混凝土材料的细观组成和结构特点，基于三维Voronoi图形提出了一种简单高效的混凝土细观模型生成方法，利用塑性损伤模型对该细观模型进行了单、多轴应力状态下的准静态分析以及SHPB动态有限元分析。结果表明，数值模拟得到的应力应变曲线和破坏模式与实验结果基本吻合，本文中提出的混凝土三维细观模型可较好地模拟混凝土的静、动态力学特性，为进一步从细观力学角度研究混凝土损伤演化规律和破坏机理提供了模型基础。     

波分离技术在混凝土冲击压缩试验中的应用

介绍了SHPB实验中的波分离技术基本原理,该方法利用两相距很近应变计测量信号分离重叠的入射波和反射波。由于两应变计的距离很近,在弹性杆可以忽略应力波传播的弥散。由于应变计的位置可以非常接近试样,减少了实验中因应力波弥散产生的误差。利用该方法对混凝土进行了冲击压缩实验研究,得到了混凝土的动态应力-应变关系。讨论了测量误差导致波分离技术的误差。     

有限弹塑性变形中应变及应变率的分解

本文对有限弹塑性变形中关于应变及应变率的分解问题进行了系统的评述。在讨论各派理论的基础上提出了我们的观点,并从缺陷场论角度研究了不协调塑性场的应变率分解。      

Establishing strain response model of vibrational structure by strain modal analysis approach

An analysis of the stress field under a dynamic load in strength design and fatigue life estimation is a topic of great importance. Based on the theory of vibrational displacement modal analysis, the principle and techniques of vibrational strain modal analysis are developed. The peculiarities of the strain transfer function matrix, the test approaches of it and the relation with the displacement transfer function are expounded. Resistance strain gauges are used to measure the strain transfer function and the modal parameters are identified on this basis. After that, the strain response expression and thereby the stress response expression are obtained.     

电阻应变测试技术中的温度补偿功能辨析

针对基于温度应变补偿的结构电阻应变测试技术,分析了结构温度应变的产生原理与结构温度应变的补偿原理,辨析了结构温度应变与补偿块温度应变二者的相互关联与差异.在此基础上,指出了基于温度应变补偿模式的结构电阻应变测试技术的错误在于:概念上混淆了结构的温度应变与补偿块的温度应变,导致了结构温度应变的错误补偿.同时,给出了正确实现工程结构应变测试的环境条件,以最大限度地保证了结构应变测试数据的客观性与可靠性.     

PVDF在动态应变测量中的应用

研究了用PVDF压电薄膜进行动态应变测量的原理和方法,在单向应变块上对两种PVDF应变片的应变电荷常数进行了标定,并对一维应力杆中的应变波形进行了测量。实验给出了较好的测量精度。研究结果表明,PVDF应变片在动态应变测量中具有很好的应用潜力。     

Interpretation of experimental data for Poisson's ratio of highly nonlinear materials

The Poisson's ratio of a material is strictly defined only for small strain linear elastic behavior. In practice, engineering strains are often used to calculate Poisson's ratio in place of the mathematically correct true strains with only very small differences resulting in the case of many engineering amterials. The engineering strain definition is often used even in the inelastic region, for example, in metals during plastic yielding. However, for highly nonlinear elastic materials, such as many biomaterials, smart materials and microstructured materials, this convenient extension may be misleading, and it becomes advantageous to define a strainvarying Poisson's function. This is analogous to the use of a tangent modulus for stiffness. An important recent application of such a Poisson's function is that of auxetic materials that demonstrate a negative Poisson's ratio and are often highly strain dependent. In this paper, the importance of the use of a Poisson's function in appropriate circumstances is demonstrated. Interpretation methods for coping with error-sensitive data or small strains are also described.     

An approach to approximate analysis of deformation and strain

An approach to approximate analysis of deformation and strain is developed from recent work on Cauchy mean rotation [1,2]. The approximate expressions of Green strain usually employed in solving problems of nonlinear mechanics and their errors are discussed. The estimation of error is strictly based on the definition of small strain and medium or large rotation.     

温度场中应变光纤测试方法

研究温度变化时光纤应变测试系统中的传输光纤和感应光纤产生附加相位的问题推导出附加相位与温度变化的关系式，提出消除附加相位的补偿法通过实验分析证明了补偿法对消除附加相位是行之有效的，提高了测试精度     

应变疲劳强度概率分布

利用概率论方法建立了应变疲劳强度概率分布与应变疲劳寿命概率分布之间的数学关系式，并根据应变－寿命转换关系，由已知的给定应变水平下的疲劳寿命概率分布求出给定寿命下的应变疲劳强度分布函数，便于进行可靠性分析。     

动－静态应变的红外遥测

本文介绍了动、静态应变测量的一种新方法——红外遥测法的基本工作原理、操作方法及其几个有关技术问题     

干涉型光纤应变测试方法的感应光纤

本文讨论了干涉型光纤应变测试方法中感应光纤的基本测量原理，对直线形和圆弧形栅状感应光纤进行了分析，同时介绍了直线形栅状感应光纤的制作方法。利用马赫－泽德干涉光纤应变测试系统和直线形栅状感应光纤测量了等强度悬臂梁的应变，测试结果与理论应变值进行了比较，相对误差为１．６７％。