水泥粉煤灰加固有机质土的试验研究

对于高有机质含量的泻湖相软土,单纯采用水泥不能有效提高该软土的力学性能,因此提出了采用水泥和粉煤灰作为固化剂的加固方法。通过不同水泥掺入量、粉煤灰掺入量和龄期下水泥土的无侧限抗压强度试验,分析了水泥粉煤灰固化土的强度规律和变形规律,探讨了水泥和粉煤灰加固高有机质含量软土的机理。结果表明,粉煤灰对于水泥试块的早期强度影响较小,对后期强度影响较大;粉煤灰最佳掺入量为12％,超过此掺入量水泥土强度反而会降低,粉煤灰水泥土的破坏应变、E50也在粉煤灰掺量为12％时分别达到最低值和最大值。水泥掺加粉煤灰可有效地提高高有机质含量软土的强度。     

压力作用下锂渣混凝土氯离子渗透性研究

研究混凝土纤维掺量、掺合料种类和所受压应力大小等三种因素对混凝土抗氯离子渗透性能的作用,对于氯离子侵蚀环境中的混凝土结构耐久性设计有非常重要的意义。本文通过设计正交试验,将56d龄期混凝土试块置于能够给混凝土施加持续压力作用的特制混凝土氯离子渗透性能测试装置下进行氯离子电通量试验。试验结果表明:聚丙烯纤维的掺入可以提高混凝土抗氯离子渗透性能,且最佳纤维掺量为0.1%;掺合料对混凝土抗氯离子渗透性作用效应由强到弱依次为:锂渣锂渣粉煤灰复掺粉煤灰普通混凝土硅灰,锂渣的掺入能够明显改善混凝土抗氯离子渗透性能;施加压应力初期混凝土抗氯离子渗透性能得以增强,但压应力过大反而降低了混凝土抗氯离子渗透性能,有益于混凝土抗氯离子渗透性的压应力大小不能超过混凝土极限强度的50%。通过对正交试验结果进行极差分析发现:掺合料种类为影响混凝土渗透性的最大因素,纤维掺量与压应力大小对混凝土渗透性的作用效应相当。     

考虑温湿度耦合的水工混凝土抗压强度分数阶模型探讨

养护温度、湿度、龄期对早期抗压强度的发展具有重要影响,综合考虑温度和湿度对水工混凝土的早期抗压强度影响研究偏少。本文结合掺粉煤灰水工混凝土,开展了不同养护条件(标准、包裹、裸露)的早龄期抗压强度发展规律影响试验,进而基于等效龄期理论建立了温湿度耦合作用下的水工混凝土抗压强度分数阶计算模型。试验结果表明,养护温度和湿度对混凝土抗压强度的初期影响较大,后期影响相对较小。不同养护条件下混凝土抗压强度大小规律为:标准养护下的抗压强度最大,包裹养护条件下的抗压强度次之,裸露养护下的抗压强度最小。虽然组合指数式、组合修正对数式、分数阶早期抗压强度计算模型均能较好地反映水工混凝土早期抗压强度的发展规律,但从与试验数据拟合效果来看,分数阶计算模型略优于其它计算模型。     

爆破冲击对早龄期混凝土强度影响的实验研究

以某大型全碎石填方机场工程为背景,针对早龄期混凝土受爆破振动损伤开展了实验研究。通过室内实验模拟场地爆破振动作用于早龄期混凝土试块,测量了不同龄期混凝土受振损伤后的强度。并将实验结果与有限元数值计算和现场爆破场地测试数据相结合,分析了早龄期混凝土损伤后的强度增长规律,建立了场地爆破与混凝土结构浇筑平行施工的安全技术指标。     

复掺纳米材料对混凝土力学性能的影响研究

纳米材料可有效改善水泥基的力学性能和耐久性，为探索纳米SiO₂、Fe₂O₃对混凝土材料的增强机理，研制力学性能更优的混凝土，制备了0%～2.0%掺量范围内单掺纳米SiO₂、纳米Fe₂O₃、复掺纳米SiO₂和纳米Fe₂O₃的混凝土试件，对养护龄期为7 d及28 d的混凝土力学性能开展试验研究，结果表明：纳米材料总掺量为1.5%且纳米SiO₂掺量为1.0%、纳米Fe₂O₃掺量为0.5%时改性混凝土的力学性能达到最优，该复掺比例改性混凝土比普通混凝土及同掺量的单掺改性混凝土具有更优异的力学性能。采用冷场发射扫描电镜对纳米改性混凝土内部微观形貌进行观察，并借助能量分散谱仪分析纳米改性混凝土的化学成分，结果表明掺入的纳米SiO₂及纳米Fe₂O₃会发生晶核作用并与Ca(OH...     

纤维混杂效应对混凝土弯曲韧性的改善

本文采用在C30混凝土中以不同的方式掺入玄武岩纤维与聚丙烯纤维,通过对8种单掺纤维混凝土试件和16种混杂纤维混凝土试件的弯曲性能进行试验研究,分析玄武岩纤维、聚丙烯纤维及其混杂纤维对混凝土弯曲力学特征的影响。试验结果表明,玄武岩纤维、聚丙烯纤维及玄武岩-聚丙烯混杂纤维的掺入对基体混凝土弯曲破坏时承受的最大荷载、破坏点挠度值和韧性指数均有很大的改善,其中,混杂纤维优于单掺纤维。混杂纤维对基体混凝土韧性指数提高最大达到18.1%。本文提出"纤维混杂效应函数"概念,并利用Matlab数据拟合出玄武岩-聚丙烯混杂纤维改善基体混凝土弯曲韧性的混杂效应函数。通过对混杂效应函数求极值,得到玄武岩-聚丙烯混杂纤维对基体混凝土弯曲韧性改善的最佳的体积掺加率,该值与试验数据基本一致。     

冻融循环作用及风化砂掺量对改良膨胀土CBR的影响研究

首次研究了风化砂改良膨胀土的CBR值与风化砂掺量、冻融循环次数之间的定性和定量关系。膨胀土中分别掺入0%、10%、20%、30%、40%、50%的风化砂,经过0次、1次、3次、6次、9次、12次冻融循环后,在万能试验机上进行CBR值测试。试验结果表明:在同一冻融循环次数下,风化砂改良膨胀土的CBR值随掺砂比例的增大而增大;在同一掺砂比例下,风化砂改良膨胀土的CBR值随冻融循环次数的增大而减小,其减小的速率亦随冻融循环次数的增大而减小,且CBR值与冻融循环次数的自然对数呈较好的线性关系。     

橡胶粉对PVA-ECC力学性能影响研究

为研究橡胶粉对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)力学性能的影响,以掺入了橡胶粉的PVA-ECC为研究对象,对其强度和压缩韧性进行试验研究,并采用扫描电镜对橡胶粉表面微观形貌进行分析。研究参数包括橡胶粉掺量、改性方式及粒径。试验结果表明:相对于基准试件,橡胶粉掺量为5%时,试件抗压强度提高了6%;掺量为10%时,试件抗压强度基本相等,压缩韧性指标有所提高;橡胶粉掺量较低时,试件呈现多裂缝失效模式,延性相对于基准试件有一定提高;橡胶粉粒径及处理方式对试件力学性能影响不大。因此,采用掺量低于10%的水洗橡胶粉制备PVA-ECC能提高其抗压强度、压缩韧性及延性,且更易制备。     

早龄期混凝土抗裂性环形试验研究进展

早龄期混凝土极易在限制收缩条件下产生裂缝进而影响结构的安全性、耐久性和适用性,因此提供一种简单有效的方法来评估早龄期混凝土在限制收缩条件下的抗裂性,就显得非常重要.由于能够提供一定的约束刚度并易于实验室操作,限制收缩环形试验被广泛应用到混凝土在限制收缩条件下的抗裂性评估.主要从限制收缩环形试验的发展、破坏机理、影响因素三方面进行阐述.通过限制收缩环形试验进行不同目的的混凝土试验研究,推动了限制收缩环形试验的不断发展;破坏机理主要有最大拉应力理论以及基于断裂力学的断裂能机制预测混凝土的开裂;环形试验的影响因素主要有试件几何尺寸,边界条件,混凝土材料性能以及预制裂缝四个方面.最后介绍了一种椭圆环试验方法,可有效评估高约束度下混凝土的抗裂性.     

掺合料混凝土早期碳化的微观分析

为探明掺合料混凝土早期碳化过程中微观性能的变化,通过测试pH值研究了掺合料混凝土早期碳化后内部pH值沿试件深度的分布规律;对比pH值和酚酞试剂测试结果的差异,探讨了酚酞试剂测试早期碳化测试方法的适用性;通过化学成分分析研究了早期碳化过程中物质成分的变化规律。研究表明:从表面向内部方向,混凝土试块pH值不断增大并稳定于一定值;随着掺合料掺量的增加,混凝土孔隙液的pH值沿着试件的深度方向减小,掺合料混凝土的碱性减弱,砂浆试件可碳化的Ca(OH)2含量减小;混凝土孔隙液的pH值随着养护时间的延长而逐渐增大,且其增大量随着试件深度的增加而减小;随着试验龄期的延长,表层混凝土孔隙液pH值逐渐减小,而混凝土内部孔隙液的pH值随试验龄期的延长变化不大;酚酞溶液测得的碳化深度约为pH值法测得的完全未碳化深度的0.53倍;沿砂浆试件表层向内部方向,CaCO3含量逐渐减小而Ca(OH)2含量逐渐增大,二者最终都趋于定值。     

相变微胶囊改性UHMWPE复合材料的摩擦学性能

以石蜡为囊芯,蜜胺树脂为高分子囊壁材料,采用原位聚合法制备了相变微胶囊,并将其作为填料添加入超高分子量聚乙烯基体中,制得相变微胶囊改性UHMWPE复合材料.分析了该复合材料的硬度和物相组成,并研究了其在室温,低速和高速试验条件下的摩擦磨损性能.结果表明:微胶囊填料的加入可以起到较好的减摩降磨作用,填料的最适宜添加比例为20%,在低速试验条件下经改性的复合材料摩擦系数较纯UHMWPE降低60%以上,高速试验条件下改性后的复合材料耐磨性较之纯UHMWPE有明显提高,不同试验条件下材料呈现不同的磨损机理.     

基于红外热成像的编织复合材料低速冲击和冲击后压缩试验研究

针对二维三轴编织复合材料（two-dimensional triaxially braided composite, 2DTBC）在低速冲击和冲击后压缩（compression after impact, CAI）载荷下的损伤失效机理,开展了2DTBC试样的不同能量低速冲击试验以及相应的CAI试验,并采用红外热像仪监测在低速冲击和CAI试验过程中的温升现象。通过C扫描表征了不同能量低速冲击后试样的分层损伤情况,讨论了试样背面温度场分布特性及其随冲击能量的演化规律;对比分析了2DTBC冲击后剩余压缩强度与冲击能量的对应关系,基于数字图像相关（digital image correlation, DIC）技术监测了CAI试验中的全局应变场,结合热成像、变形场和光学图像数据,阐明了不同能量冲击后2DTBC的压缩失效特性,讨论了基于红外热成像技术表征编织复合材料损伤失效行为的有效性。试验结果显示:编织复合材料低速冲击和CAI试验中的温度场分布图与编织几何构型有明显关联度;低速冲击试验的温升幅值随冲击能量的增加而快速上升,CAI试验的温升现象随着冲击能量的增加而减弱;分层面积随冲击能量的增大而增大,冲击后剩余压缩强度随冲击能量的增大而降低。研究结果表明:红外热成像技术能够很好地捕捉试样破坏瞬间释放断裂能所产生的温升现象,温度场图像相较于全局应变场能更好地捕捉破坏的起始位置和失效特征。     

爆破动载作用下新喷射混凝土累积损伤效应的模型实验

利用模型实验的手段模拟了巷道的爆破掘进,并在实验中辅以声波测试,通过分析声波波速和声波波形的变化规律,研究了新喷射混凝土在多次爆破动载作用下的累积损伤效应。实验结果表明,爆破次数、与掌子面之间的距离和爆破药量均会影响喷射混凝土的累积损伤,这种影响体现在声波波速和波形2个方面:爆破次数增加、距离减小和药量增加,则声速降低值越大,波形变化越明显,即累积损伤值越大;爆破次数和距掌子面的距离均与累积损伤呈非线性关系,其中距离与爆破损伤之间的非线性关系可以用二次多项式进行较好的拟合;第一次爆破对声速和波形影响最大,造成的单次损伤值也最大;在小药量爆破的情况下,测试面的最大累积损伤值达到了0.1268,表明爆破近区喷射混凝土的损伤是需要关注的重点。     

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。     

Why continuum damage is nonlocal: Justification by quasiperiodic microcrack array

Strain-softening damage due to distributed cracking is modeled by an elastic continuum with a quasiperiodic array of cracks of regular spacing but varying sizes. As a model for the initial stage, the cracks are penny-shaped and small compared to their spacing, and as a model for the terminal stage the uncracked ligaments between the cracks are circular and small compared to their spacing. The strain due to cracks and the compliance per crack are calculated. The cracked material is homogenized in such a manner that the macroscopic continuum strains satisfy exactly the condition of compatibility with the actual strains due to cracks, and the macroscopic continuum stress satisfies exactly the condition of work equivalence with the actual stresses in the cracked material. The results show that, contrary to the existing theories, the damage variable used in continuum damage mechanics should be nonlocal, while the elastic part of the response should be local. In particular, the nonlocal continuum damage should be considered as a function of the spatial average of the cracking strain rather than its local value. The size of the averaging region is determined by the crack spacing.     

水介质条件下7075合金扭转复合微动磨损特性研究

在新型扭转复合微动试验机上,以7075合金平面/GCr15钢球配副为研究对象,研究水介质对7075合金扭转复合微动磨损行为的影响.在微动动力学特性分析的基础上结合磨痕形貌微观分析,研究水介质环境下7075合金扭转复合微动的磨损机理.结果表明：水介质对扭转复合微动运行和损伤机制存在显著影响,水介质明显地改变了微动运行区域;相比干态,在部分滑移区和混合区,水介质下的剥层现象更加明显,水介质加速了微动损伤.在滑移区,磨损机制主要转变为以磨粒磨损为主,湿润的磨屑能有效降低表面摩擦系数和减缓微动损伤;而单一的水介质会加剧材料的磨损.此外,水介质和干态微动环境中不同倾斜角度下的磨损体积均与累积耗散能分别呈不同的线性关系.     

ATP改性UHMWPE水润滑轴承材料的摩擦学特性研究

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)轴承材料在低速重载工况下常发生严重磨损,通过添加改性填料能够显著提升其摩擦学性能. 凹凸棒土(ATP)作为一种改性填料能够增强基体材料的机械性能进而改善其摩擦特性,但是ATP作为填料往往会因为团聚效应而降低材料的补强效果. 通过对ATP进行表面改性处理可克服团聚效应,实现ATP与基体间的均匀共混. 通过表面化学包覆改性法制备由硅烷偶联剂KH570改性处理的ATP与UHMWPE共混制成复合材料,并与纯UHMWPE材料作对照试验. 利用RTEC摩擦试验机研究复合材料在水润滑条件下摩擦系数随载荷和转速的变化,以及材料填充含量对复合材料在低速重载(v=0.55 m/s、F_z=55 N)工况下磨损性能的影响. 利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)与电子万能材料试验机分别对ATP改性效果、熔融结晶行为及复合材料的重要力学性能进行表征测试. 试验结束后,利用表面轮廓仪与激光共聚焦显微镜观察复合材料表面形貌并分析其磨损机理. 结果表明:硅烷偶联剂KH570对ATP的改性效果良好,填充改性ATP能提高材料的邵氏硬度,且材料的拉伸性能随填充含量的提高呈下降趋势;对比纯UHMWP材料,复合材料的摩擦系数更低,适量的ATP填充能改善材料磨损性能,减小体积磨损率;试验中改性ATP质量分数为1%的复合材料其摩擦学性能最优,在低速重载时的摩擦系数及体积磨损率与纯UHMWPE相比分别降低了52.45%和37.58%.      

Matrix crack initiation and progression in compositelaminatessubjected to bending and extension

An experimental investigation of matrix crack initiation and progression inglass/epoxy laminates of differentstacking sequences is presented. The laminates have beenloaded in extension and bending, and the degree ofdamage as function of the load has beenrecorded. The changes in certain elastic properties caused by the damagewere also measured, andare compared to results from a previously developed approximate analytic model. Anenergyrelease rate resistance curve is adopted in an attempt to describe the initiation and progression ofmatrixcracks in the laminates. The amount of cracking is also viewed in relation to the straintransverse to the fibres inthe ply under consideration, and the ply stresses at the onset of crackingare calculated. The different damageevolution criteria are compared to the experimental results,and their validity and reliability are discussed. By use ofthe ply strain transverse to the fibres as acritical parameter for damage evolution, the load–deformation curves ofthe tested laminates aresimulated taking damage progression into account.     

A study on one-dimensional dynamic damage in pure copper

Based on meso-damage mechanics, a model of dynamic ductile damage under tensile stress is developed, in which work-hardening behavior, rate-dependent contribution and inertial effects are taken into account. Plate-impact test on pure copper under one-dimensional plane strain condition is conducted. Some significant mechanical phenomena are observed by means of microscopic observations of the spalled specimen. The mathematical model presented in this paper is incorporated in a hydrodynamic one-dimensional finite-difference computer code, to simulate the process of spallation in pure copper sample. Comparison of numerical calculations and experimental results shows that the model can describe spall damage successfully.     

一种新的小波及其在结构损伤检测中的应用

结构受冲击将引起某些部位的震荡、裂纹甚至断裂,从而导致结构刚度下降.此时振动信号会出现奇异性或携带突变信息,而这些突变信息反映了结构的损伤情况.加之冲击信号测试环境一般较为复杂,环境噪声对测试存在一定的影响.然而,利用合理的小波变换技术去噪可以识别出损伤情况.本文通过对冲击振动的信号特性进行分析构造了一种新的基本小波,并论证了该小波的基本特征.最后运用小波分析的信号奇异检测理论结合实例将该小波用于冲击振动仿真分析中.计算结果表明,利用该小波进行结构损伤信号分析能清晰地识别结构损伤的时刻.采用该小波函数的构造方法,可避免通常采用Daubechies系列小波作为信号分析而要繁琐地选择不同小波函数的过程.