汽车玻璃高温蠕变特性的实验与理论研究

通过对汽车用挡风玻璃进行不同温度、不同应力水平下的单轴拉伸蠕变实验,揭示了其非线性蠕变变形特性.实验发现,不同温度和载荷下的蠕变曲线形状类似,高温(550℃～590℃)下该材料的减速蠕变变形不很明显,主要表现为稳态和加速蠕变变形,且其断裂数据符合Monkman-Grant关系,应力和温度对其影响不显著.基于实验结果,本文建立了非线性高温蠕变本构方程.理论预测与实验数据进行了比较,结果表明所提出的本构方程能较好地描述汽车玻璃高温蠕变变形的全过程.     

切应力对牛骨蠕变变形的影响研究

骨尤其是湿骨,在恒定载荷作用下会发生蠕变变形。为了确定切应力是否影响骨的蠕变变形,采用对骨薄板试样分别施加集中载荷和均布载荷的方式,测量试样挠度实时的变化曲线。结果显示,在载荷恒定时,骨试样的挠度随时间不断增加,体现了典型的蠕变特性。集中荷载下骨的蠕变变形远大于均布荷载下骨的蠕变变形,湿骨的蠕变位移比干骨高近7倍。分析认为,对试样粘弹性性质的影响不仅有正应力的作用,也有切应力的作用;切应力产生的蠕变变形约为正应力所产生蠕变变形的0.85倍。     

人工冻结深部软岩单轴力学性能试验及蠕变模型1）

为了了解深部软岩在冻结条件下的单轴力学性能,以东北地区的原状泥砂岩为试验对象,利用自行研制的WDT-100型人工冻土试验仪器,对其进行不同温度下的人工冻土单轴抗压强度试验和单轴蠕变试验,得到泥砂岩单轴压缩应力-应变关系曲线,各温度下试样的单轴抗压强度以及蠕变曲线.单轴压缩试验结果表明：试样在给定温度和加载速率条件下,单轴压缩应力-应变关系曲线都有较为明显的屈服点,并且都在屈服点后,强度有所提高,出现硬化现象.单轴蠕变试验结果表明：单轴压缩蠕变曲线有非线性特征,单轴压缩蠕变的等时应力-应变曲线向应变轴靠拢;单轴压缩时蠕变模量随时间的增长而降低.最后采用遗传算法优化模型参数,得出泥砂岩蠕变经验方程.与试验结果对比,发现拟合情况较好.     

分级加载条件下紫色泥岩三轴蠕变特性研究

流变性质是岩石材料的重要力学特性,以紫色泥岩为例,在分级加载条件下研究了其三轴蠕变特性。采用自行研制的重力杠杆式岩石蠕变实验机,并配备三轴压力室,对紫色泥岩实施分级加载三轴蠕变实验。实验结果表明,紫色泥岩在相同轴压条件下,围压越大,瞬时弹性变形和蠕变变形越小;在相同围压条件下,轴压越大,二者变形越大。紫色泥岩的蠕变速率具有相同的变化趋势,且在相同轴压条件下,围压越大,稳定蠕变阶段的蠕变速率越不明显。另外,应力与瞬时应变线性拟合结果表明,瞬时轴向应变与轴向荷载近似成比例增长。通过分析紫色泥岩蠕变曲线变化趋势,认为采用H/M模型进行模拟较为合理。并且采用MATLAB软件非线性回归分析进行模型参数拟合,最后得到实验曲线与理论曲线的最大误差在2e-5左右。证明采用的H/M模型能较好地描述紫色泥岩的蠕变特性。     

软硬互层状岩石类材料双轴压缩蠕变特性试验研究

自然界中广泛分布的复合层状岩体，具有显著的结构不连续性、非均质性和各向异性特征。为揭示软硬互层状岩体在双轴压缩下的蠕变特征，采用相似模型试验，制作软硬互层状岩石类试样，开展了3种不同侧向应力水平条件下平行于层理方向的轴向分级加载双轴压缩蠕变试验，并利用数字图像相关技术(DIC)进行了试样表面变形观测。研究发现，软硬互层状岩石类材料的蠕变包括减速蠕变、等速蠕变、加速蠕变3个阶段，且减速蠕变阶段与等速蠕变阶段占比较大，而加速蠕变阶段占比较小；随着侧向应力的增加，试样的蠕变破坏强度逐渐降低，而蠕变应变增加率随之增加；应力水平差异对试样蠕变特征有着显著的影响，当侧向应力相同时，随着轴向应力的增加，轴向应变也随之增加；当轴向应力相同时，轴向应变与侧向应变随着侧向应力的增加先减小后增大。试验过程中，利用DIC技术监测试样表面变形，发现当侧向应力水平较低时，试样的轴向应变主要取决于硬岩层，而当侧向应力水平超过软岩抗压强度后，软岩层内部裂纹的产生会导致试样宏观破坏提前发生。上述研究结果可为软硬互层状岩体工程建设及围岩长期稳定性分析提供理论参考。     

熔盐堆空气换热器结构完整性分析

熔盐堆作为第四代核反应堆备选堆型之一,运行温度高,对材料高温性能要求严格;熔盐堆空气换热器作为实验堆关键设备,工作温度高,启停机次数多,长期运行后,材料许用应力松弛下降,应力、应变可能超出允许限值,或发生蠕变疲劳失效。使用Workbench软件,对熔盐堆空气换热器进行力学分析,并对A级使用载荷要求进行结构完整性评定,结果表明:熔盐堆空气换热器满足力学性能要求,其中疲劳损伤占比重较大,高温蠕变损伤也较为显著。     

SUS304奥氏体不锈钢摩擦跑和阶段的摩擦表面层演变及其对摩擦行为的影响

跑合阶段材料的形变过程与组织变化对材料的摩擦行为有重要影响.试验以SUS304奥氏体不锈钢和WCCo硬质合金球为对摩副,采用50 N载荷进行干摩擦试验,对跑合初期磨痕表面粗糙度、氧含量、硬度、形貌、物相以及磨痕截面硬度等分布进行了观察与测量.结果显示:摩擦的最初4个周次,SUS304不锈钢表层发生剧烈的马氏体相变以及塑性变形,导致磨痕表面迅速粗化并生成磨屑,这对随后SUS304不锈钢跑合阶段的摩擦行为产生了重要影响.在后续的摩擦过程中,SUS304不锈钢表层和亚表层组织逐渐演化,形成较为稳定的结构,使得摩擦过程进入稳态.     

高温结构蠕变裂尖拘束效应

如何对蠕变裂纹扩展寿命进行准确预测和评价是高温结构完整性评定、寿命设计和运行维护中需要解决的核心问题.基于宏观单参数C?的蠕变断裂行为的评价方法,未有效纳入裂尖拘束效应的影响,因而其评价结果过于保守或非保守.目前国内外还未建立起有效纳入裂尖拘束效应的高温结构蠕变寿命评价的理论体系和技术方法,还没有纳入蠕变拘束效应的高温结构完整性评定规范.本文综述了作者近年来在高温蠕变断裂拘束效应方面的研究工作.主要包括:裂尖拘束对材料蠕变裂纹扩展行为的影响及机理;蠕变裂尖场和拘束参数R的定义和影响因素;载荷无关的蠕变拘束参数R? 的提出及其应用基础;承压管道表面裂纹的拘束参数R? 解及纳入裂尖拘束的蠕变寿命评价方法;试样与管道轴向裂纹蠕变裂尖拘束的关联;基于裂尖等效蠕变应变的面内与面外蠕变裂尖拘束的统一表征参数Ac的研究;材料拘束相关的蠕变裂纹扩展速率的建立;宽范围C? 区蠕变裂纹扩展速率及其拘束效应的数值预测;材料拘束对焊接接头蠕变裂纹扩展行为的影响及机理等.这些研究为建立纳入裂尖拘束效应的高温部件的蠕变裂纹扩展寿命评价方法奠定了理论和技术基础.论文对后续拟开展的工作也进行了展望.     

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。     

蠕变条件下刚性夹杂填充高聚物复合材料的延迟时间-蠕变荷载幂率关系研究

本文研发了不锈钢短纤维(SSFs)填充聚丙烯(PP)的新型高聚物复合材料,开展了在不同的蠕变荷载下材料的蠕变行为研究。实验证实,在相同的持载时间条件下,蠕变变形与蠕变载荷之间呈非线性关系,这个现象用传统的线性粘弹性理论难以解释。本文采用延迟时间与蠕变荷载相关的观点,对蠕变变形-蠕变载荷的非线性现象进行分析,发现了在对数坐标下延迟时间与蠕变载荷之间存在线性关系,从而得到了延迟时间与蠕变载荷之间的幂律关系。进一步的分析指出,蠕变载荷提升导致延迟时间增加的机理主要由材料体系的损伤所诱发。     

Effects of Geometry and Dimension of Specimen and Rig on Small Punch Creep Property

The purpose of this study was to examine the effects of the geometries and dimensions of the rig and specimen of a small punch (SP) test on the determined creep property. The SP creep property of a specimen was evaluated using finite element analysis by varying the specimen thickness and diameter, diameter of the spherical and hemispherical indentation punches, inner diameter of the lower die, and dimensions of the chamfer of the lower die. We observed that the rupture time decreased with decreasing specimen thickness and punch diameter and with increasing chamfer size and inner diameter of the lower die. Under similar analytical conditions of static average equivalent stress in steady state, the SP creep curves reasonably agreed even in the case where the specimens or rigs have different geometries, which implied the possibility of direct comparison of the test results obtained from specimens and rigs with different dimensions and geometries.     

钢筋再生混凝土梁徐变性能试验研究

为揭示钢筋再生混凝土梁的徐变性能,通过三种持荷水平下9根钢筋再生混凝土梁试件的徐变(徐变应变与徐变挠度)对比试验,分析了钢筋再生混凝土梁徐变与时间的相关关系,研究了加荷幅值、初始变形(初始应变、初始挠度)等因素对钢筋再生混凝土梁徐变性能的影响规律,揭示了钢筋再生混凝土梁的徐变机理。研究结果表明:在45%极限荷载水平的持续作用下,钢筋再生混凝土梁总徐变挠度值为初始挠度值的62%左右,并且在前期发展较快,7d发展至总徐变挠度值的64%左右,后期变缓;钢筋再生混凝土梁徐变随着施加荷载幅值、初始变形的升高而有所增加。经历徐变过程后的钢筋再生混凝土梁,其承载性能有所下降,变化趋势为总徐变值越大,降低的幅度也越大。     

The investigation of the metal damage at the creep by the method of electrical resistance measuring

In this paper the method of damage measurement of metal structure at the creep is proposed. In contrast to other methods, it allows the measurement of this damage to be carried out in the process of creep test without unloading and cooling of specimens. Experimental damage curves during creep are obtained as a result of test data processing by the suggested method. The analysis of these curves leads to a conclusion that the material damage at repture is monotonically decreasing function of the applied stress. This conclusion is an experimental verification of the theoretical result, obtained earlier. Visiting scholar (1988–1989) at South China University of Technology     

基于厚度法确定小冲杆试验能量转变温度

以A106管材钢为研究对象,进行了小冲杆断裂试验,获得断后试样的最小厚度;在对试样断裂后的变形分析中,建立了试样厚度减薄率与温度的关系,规避了低温试验中载荷和位移测量不准确导致小冲杆能量转变温度不确定的问题。结果表明:基于厚度法可以准确确定小冲杆断裂试验的能量转变温度;小冲杆断裂试验后,试样最薄厚度的减小率与温度曲线关系呈现S型,有上平台、转变区、下平台三个典型区域;根据厚度减薄率与温度曲线关系可以得到小冲杆的能量转变温度。采用厚度法得到的小冲杆断裂试验的转变温度与能量法获得的结果基本一致。     

螺旋压缩弹簧应力松弛特性试验分析及其应用

本文通过应力松弛试验、理论推导及数值模拟研究了高温下螺旋压缩弹簧的应力松弛规律,并利用加速模型对工况下弹簧应力松弛服役寿命做出预测。首先,根据螺旋压缩弹簧的结构特点搭建了弹簧应力松弛连续动态测试装置,该装置不仅避免了传统测试方法存在的缺陷,而且能够保证试验过程中位移载荷恒定,并实时监测载荷变化。本文以某飞机舱门单锁机构中的螺旋压缩弹簧为试验对象进行了不同温度条件下的应力松弛试验,得到其松弛动力学曲线,并基于Arrhenius模型建立了弹簧在工况下的应力松弛服役寿命预测模型;其次,基于应力松弛和蠕变在本质上的一致性,结合金属材料蠕变规律并根据试验弹簧的受力特点,推导出用于描述试验材料松弛行为的蠕变本构方程,由试验结果获得该本构方程的材料常数;最后,通过该本构方程及材料常数,在ANSYS软件中对试验弹簧的松弛过程进行模拟,结果表明,模拟结果与试验结果误差不大于4%。因此,通过本文方法所建立的蠕变方程对弹簧在不同载荷条件下的应力松弛规律进行仿真分析具有一定的可行性与准确性。     

Experimental and Numerical Analysis of Initial Plasticity in P91 Steel Small Punch Creep Samples

To date, the complex behaviour of small punch creep test (SPCT) specimens has not been completely understood, making the test hard to numerically model and the data difficult to interpret. This paper presents a novel numerical model able to generate results that match the experimental findings. For the first time, pre-strained uniaxial creep test data of a P91 steel at 600 ^°C have been implemented in a conveniently modified Liu and Murakami creep damage model in order to simulate the effects of the initial localised plasticity on the subsequent creep response of a small punch creep test specimen. Finite element (FE) results, in terms of creep displacement rate and time to failure, obtained by the modified Liu and Murakami model are in good agreement with experimental small punch creep test data. The rupture times obtained by the FE calculations which make use of the non-modified creep damage model are one order of magnitude shorter than those obtained by using the modified constitutive model. Although further investigation is needed, this novel approach has confirmed that the effects of initial localised plasticity, taking place in the early stages of small punch creep test, cannot be neglected. The new results, obtained by using the modified constitutive model, show a significant improvement with respect to those obtained by a ’state of the art’ creep damage constitutive model (the Liu and Murakami constitutive model) both in terms of minimum load-line displacement rate and time to rupture. The new modelling method will potentially lead to improved capability for SPCT data interpretation.     

高地应力围岩流变特性及竖井长期稳定性分析

基于自行研制的重力加载流变仪,采用多级加载对4种典型矿岩开展了三点弯曲蠕变试验研究,获得了蠕变试验曲线. 将Burger's模型与Mohr-Coulomb准则相结合,形成改进的Burger's模型. 并通过最小二乘法对均质混合岩进行蠕变参数拟合,获得了与蠕变试验曲线相吻合的蠕变理论曲线. 结果表明改进的Burger's模型能较好地描述均质混合岩的蠕变特性. 在此基础上,采用该流变模型,对返修后的竖井工程进行三维流变数值模拟和稳定分析,为竖井工程的长期稳定预测和失稳风险预测提供了理论依据.      

An Extension of the Monkman-Grant Model for the Prediction of the Creep Rupture Time Using Small Punch Tests

Creep tests on a small scale have the potential to be used without significant removal of material or in areas where the available material is limited. In this paper an extension of the modified Monkman-Grant model for the prediction of the creep rupture time using Small Punch Creep Tests (SPCT) is investigated. This test basically consists of punching, under constant load, a small size specimen (10×10×0.5 mm) with the ends fixed. For this purpose an AZ31B magnesium alloy, taking a test temperature of 150?ºC, has been selected. The Monkman-Grant relation is a predictive model, initially developed for uniaxial creep tests, which can be used to predict the rupture time of tests which have been interrupted once secondary stage of creep has been reached. The proposed extension of the Monkman-Grant model for SPCT is based on the definition of the Minimum Relative Punch Displacement Rate. The experimental techniques and data analysis, involving small punch testing, are explained in detail. The proposed predictive model allows the test times of small punch testing to be reduced and it can be directly applied to predict the failure time from an interrupted test at the time when the Minimum Relative Punch Displacement Rate is reached. Good correlations are obtained by comparing the failure time from the proposed Monkman-Grant extension with the experimental failure time.     

长期荷载作用下CFST界面粘结损伤试验研究

为考察在役钢管混凝土界面粘结性能与荷载作用时间的关系,以荷载作用时间段为基本参数,完成了7根圆钢管混凝土试件的推出试验.试验结果表明,钢管混凝土界面粘结力随荷载作用时间的延长而减小.根据试验结果,得出各个试件的荷载—滑移曲线.基于ANSI/ACI308-1992混凝土养护规程,得出每个试件在荷载作用下的混凝土徐变应变.从损伤力学的角度出发,定义界面损伤变量,推导了混凝土徐变应变与损伤的关系.通过回归得出含损伤变量的界面粘结—滑移本构关系.     

ANALYSIS OF MECHANICAL CHARACTERISTICS OF FROZEN CLAY AND MODIFIED S-M CREEP MODEL1)

为合理描述人工冻结法施工的矿井土层力学特性,对某矿井土样的重塑土进行单轴抗压强度实验和单轴压缩蠕变实验,得到重塑冻结黏土在不同温度及载荷加载等级下的应力-应变曲线和蠕变曲线。实验结果表明：冻结温度越低,土样的单轴强度越大;相同冻结温度下,土样的蠕变变形随着应力水平的升高而增大。单轴压缩蠕变的等时应力-应变曲线随时间发展向应变轴靠拢;土样经历初始蠕变和等速蠕变两个阶段,在较高应力水平下有进入加速蠕变的趋势;对S-M模型中各参数的意义进行修正并考虑温度的影响,得到人工冻结黏土改进S-M蠕变显式模型,然后采用粒子群算法对人工冻结黏土S-M蠕变模型参数进行优化。改进S-M蠕变显式模型理论计算值与实验值吻合良好,表明改进S-M蠕变显式模型能较好模拟人工冻结黏土的蠕变特性。改进S-M蠕变显式模型为人工冻土蠕变计算提供一种新方法。