玻璃态高聚物PMMA粘弹性力学行为的率温等效关系

基于粘弹-塑性本构模型并以玻璃态高聚物PMMA在温度T=233—343K和应变率(?)=1.0 x 10~(-4)—1.0×10~(-1)s~(-1)范围内实测的应力-应变曲线及其拟合计算为依据,讨论了试验材料的率温等效性,从位移因子a_T和归一化应力-应变主曲线的存在,证实试验材料在屈服前存在率温等效关系,而在屈服后不复存在。     

流变简单材料力学性能主曲线的构建新方法

提出一种新的构建流变简单材料力学性能主曲线的移位方法,该方法以移位曲线与参考曲线围成的交叠区域的“面积”为判定要素,推导出移位因子的计算公式.公式形式简单、易于计算;公式所涉及的参量均来自实验数据自身,不用进行插值即可求得移位因子,且得到的移位因子具有唯一性,避免了手动移位主观判断的不确定性及数值移位方法因拟合带来的误差问题.由于推导过程是一种数学计算的过程,因此,只要材料满足流变简单性,则该移位公式均能适用.此外,在构建主曲线时,首次考虑了含有明显峰值的实验曲线的移位情况,使所提出的方法具有更强的适用性.最后,以构建炭黑填充橡胶的动态力学性能主曲线的实例验证了该方法的有效性.     

非线性粘弹体的时间-温度-应力等效原理及其应用

考虑粘弹性材料特征时间的应力相关性,认为应力水平与温度、压力、溶剂浓度、损伤以及老化等对材料特征时间的影响相似,有其等效性.依自由体积理论, 推导了温度-应力移位因子的表达式,提出了时间-温度-应力等效原理.应用此原理,可以将不同温度和应力水平下的蠕变曲线移位成某一参考温度和参考应力水平下的主曲线,从而可以通过较高温度和应力水平下的短期蠕变行为来预测较低温度和应力水平下的较长期的蠕变行为.实例分析了高密度聚乙烯(HDPE)非线性蠕变行为的时间-应力等效性.     

粗骨料粒径对混凝土动态压缩行为的影响研究

粗骨料作为混凝土材料组成最主要的部分,对混凝土力学性能和破坏模式有着很重要的影响。为了研究粗骨料平均粒径对混凝土动态力学性能的影响规律,针对不同平均粗骨料平均粒径（6、12、24 mm）的混凝土和砂浆材料进行了一系列SHPB试验,得到了不同应变率下各试件的应力-应变曲线,并对每种材料的动态增长因子（dynamic increase factor,DIF）与应变率的对数进行了线性拟合。结果表明:砂浆和混凝土材料的抗压强度具有明显的应变率效应,其动态抗压强度随着应变率的增加而逐渐增大,应力-应变曲线呈现相似的变化趋势;在相同的动态应变率条件下,平均粗骨料粒径为12 mm的混凝土的动态抗压强度最大,这与准静态条件下砂浆抗压强度最大截然不同;不同粗骨料粒径混凝土材料的应变率强化系数均大于砂浆材料,且随着粗骨料无量纲尺寸的增大,混凝土材料的应变率强化因子呈现先增大后减小的趋势。     

应变率对光圆钢筋与混凝土“粘结-滑移”行为影响的实验研究

为研究应变率对钢筋与混凝土界面粘结性能的影响,利用高速拉伸试验机进行了光圆钢筋的动态拔出实验。通过合理设计加载夹具和测试方法,得到不同应变率下光圆钢筋的“粘结-滑移”全程曲线。实验结果表明:随着应变率的增大,钢筋-混凝土界面的粘结强度显著提高,且界面失效形式由拔出失效为主转变为混凝土试件的破裂破坏为主;粘结强度的动态增强因子(fDIF)随应变率的增长斜率明显可以分为低应变率和高应变率两个区段。低应变率下,fDIF 增长较为缓慢;而高应变率下,fDIF快速增长;转变应变率约为33 s^-1。     

时效处理温度对预应变碳素钢疲劳极限的影响

对3种不同预应变量的碳素钢实施时效处理，并进行弯曲疲劳实验，实验结果表明：材料的疲劳极限同时受预应变量和时效处理温度的影响，使其疲劳极限为最大值时所对应的最优时效处理温度随预应变量的增大而降低。     

DYNAMIC FRACTURE ANALYSIS OF AGED GLASSY POLYCARBONATE BY THE METHOD OF CAUSTICS

The purpose of this work is to investigate the dynamic fracture properties of glassy polycarbonate （PC） with different aging times. The optical method of caustics is adopted in which the shadow spot patterns are recorded by a high speed camera during the dynamic fracture process. Then, the dynamic crack propagation, the stress intensity factor （SIF） and the dynamic fracture toughness of aged PC are obtained through an analysis of the characteristic size of caustic pattern. Moreover, by combining with the investigation of the fracture surface and the energy release rate analysis, the influence of aging time on the dynamic fracture behavior is discussed. Results show that the dynamic fracture toughness and critical energy release rate of PC decreases with aging time for short aging times, whereas they have little change or even increase for longer aging times. Therefore, aging modifies the mechanical properties especially the dynamic fracture properties of PC nonlinearly, not linearly as generally thought of.     

A MICROMECHANICAL FRAMEWORK WITH AGGREGATE-MASTIC INTERFACE EFFECT FOR PREDICTING UNIAXIAL COMPRESSION CREEP OF ASPHALT MIXTURE

According to the elastic-viscoelastic correspondence principle, an elastic microme- chanical framework taking the inclusion-matrix interface effect into account is extended for predicting viscoelastic properties of asphalt mixture, which is simply treated as elastic coarse aggregate inclusions periodically and isotropically embedded in a viscoelastic asphalt mastic matrix. The Burgers model is adopted for characterizing the matrix mechanical behavior, so that the homogenized relaxation modulus of asphalt mixture in compression creep is derived. After a series of uniaxial compression creep tests are performed on asphalt mastic in different temperature and stress conditions in order to determine the matrix constitutive parameters, the framework presented is validated by comparison with the experiment, and then some predictions of uniaxial compression creep behavior of asphalt mixture in different temperature and stress conditions are given.     

利用三维随机模型分析沥青混合料的蠕变行为

将沥青混合料看作由粗骨料和沥青砂组成的两相复合材料,根据给定的级配生成凸多面体骨料,然后利用随机投放算法建立沥青混合料试样的三维随机模型.采用广义Maxwell模型刻画沥青砂的本构行为,其参数通过单轴蠕变实验获得.在对三维随机模型的有效性进行验证之后,采用参数化建模方法建立包含不同骨料分布、含量和级配的沥青混合料有限元模型,通过数值模拟研究骨料分布、含量和级配对沥青混合料蠕变行为的影响.结果表明:骨料分布对沥青混合料力学性质的影响较小;沥青混合料瞬时弹性模量随骨料含量的增加呈近似线性增大,而且弹性模量与骨料含量之间的关系曲线处于Paul上下边界内;在计算考虑的粒径范围内,骨料平均粒径越小,沥青混合料抵抗变形的能力越强.     

老化对PP/SSFs导电复合材料结构及 应力松弛性能的影响

导电高聚物复合材料具有柔性好、导电性可调、容易成型及生产成本低等优点,并具有抗静电、电磁屏蔽/吸波、压力/温度敏感性 等特点,可以作为功能材料在诸多领域应用. 但是在加工、储运和使用过程中,由于多种因素综合影响,不可避免发生老化并导致其性能劣化. 通过熔融共混、注塑成型的方法制备不锈钢短纤维(SSFs)填充聚丙烯(PP)导电复合材料,将其进行加速湿热老化和紫外老化,测定应 力松弛曲线以及松弛条件下电阻率变化规律,通过X射线粉末衍射仪分析老化前后结晶度的变化,借助扫描电子显微镜(SEM)观察研究老化前后材 料的微观形貌,并进行能谱(EDS)分析. 研究结果表明,应力松弛曲线有明显的三阶段特征,且湿热老化材料松弛后的应力水平降低. 材料的初始电阻率随填料含量的增加而降低,老化使材料的初始电阻率增大. 由于导电高聚物的压阻效应,使得达到应力松弛起始应力前,即材料在获得特定应力的加载阶段,电阻率随载荷增加显著降低,而在随后 的松弛阶段,材料电阻率则趋于一个稳定值并在较小的范围内波动. SEM/EDS分析结果表明,随着老化时间的延长,试样表面氧元素含量增加,且氧元素含量随距表面深度的增加而减小. XRD分析结果表明,材料的结晶度随填料含量的增加而减小,随老化时间的延长也呈减小趋势. 研究结果可为研究导电高聚物复合材料的老化性能提供实验依据.      

非线性因素对隔振器隔振效果影响的研究

本文在同时考虑刚度和阻尼非线性的基础上, 研究了非线性因素对隔振器隔振效果的影响;获得了同时考虑立方刚度非线性和椭圆阻尼非线性的非线性系统运动响应和传递率计算公式;讨论了非线性因素对系统运动响应和传递率的影响.     

对裂纹扩展规律Paris公式物理本质的探讨

首先讨论了著名力学家K.Krausz和A.S.Krausz关于Paris公式物理本质研究的成果，从材料的微观结构和裂纹尖端的应力场出发，应用位错动力学理论，热激活能理论和速率过程理论对疲劳裂纹扩展规律进行了微观到宏观的探讨。最终推导出疲劳裂纹扩展速率的一个解析表示式，该式严格地定了Paris公式的两个试验常数，赋予了Paris公式明确的物理意义，从而真实地揭示了Paris公式的物理本质，为这一经验的普遍规律奠定了理论基础。     

HTPB复合底排药压缩屈服应力模型研究

目前广泛应用于底排增程技术的 HTPB 复合底排药 (composite base bleed grain,CBBG) 是一种颗粒填充含能材料,战场环境中将承受冲击、温度等载荷作用. 为研究 HTPB CBBG 冲击压缩力学性能,进行了不同温度 (233$\sim$323 K) 和应变率 (1100$\sim$7900 s$^{-1}$) 下的分离式霍普金森压杆实验. 实验结果表明,各工况下,应力应变曲线均呈现屈服-$\!$-应变硬化特征,HTPB CBBG 保持高韧性. 提高应变率和降低温度均导致相同应变下的应力幅值上升,但温度较应变率对HTPB CBBG 冲击压缩力学性能的影响更为显著. 基于所研究温度范围高于 HTPB CBBG 玻璃化转变温度,通过将水平、垂直移位因子与温度的关系表示为 WLF 方程的形式,将时温等效原理引入协同模型,并计及内应力的应变率增强效应,提出了一种新的屈服应力模型.选取参考温度,利用水平、垂直移位因子-$\!$-温度曲线和屈服应力主曲线拟合模型参数.模型预测值与实验数据对比结果表明:该模型可准确表征 233$\sim$323 K 时 HTPB CBBG 屈服应力的双线性应变率相关性,明确了较低和较高应变率时,应变率效应分别主要由内应力和驱动力贡献.      

初应力对压电层状结构声表面波传播性能的影响

研究了压电层状结构中初应力对广义Ｒａｙｌｅｉｇｈ波传播相速度和机电耦合性能的影响,通过求解含初应力的运动微分方程,对自由界面电学开路和短路两种情况得到了相应的相速度方程。给出了具体的数值算例,所得结果对于提高和改善声表面波器件性能有参考意义。