水冷却对高温花岗岩的细观损伤及动力学性能影响

为探讨高温花岗岩经水冷却后的细观结构损伤及动态力学性能,对水冷却后高温花岗岩开展波速和核磁共振测试,分离式霍普金森压杆冲击试验,以及冲击破碎试样的扫描电镜观察,分析比较不同状态下花岗岩波速、孔隙度和动力学参数的变化规律。研究发现:随着温度升高,经水冷却处理后高温花岗岩波速非线性下降,大孔径孔隙度分量增大,且水冷却后试样的孔隙孔径尺寸和数量均大于自然冷却;水冷却后高温花岗岩动力学参数呈现出随着温度升高,峰值应力减小,峰值应变增大,弹性模量则先增大后减小的规律;由于水冷却使高温花岗岩表面温度急剧降低,产生额外的温度应力,花岗岩内部损伤加剧,表现出更低的波速与峰值应力;而水的冷淬作用一定程度上提高了表层花岗岩的硬度,降低了高温后花岗岩的塑性能力,与自然冷却相比水冷却后花岗岩的峰值应变减小,弹性模量增大,表现出脆性破坏特征。在温度低于400℃时,冷却方式对冲击裂纹影响不大,随着温度升高到800℃,自然冷却后花岗岩冲击断面呈蜂窝状,而水冷却后冲击断面则相对平整。     

高温蒸汽作用下花岗岩热破裂的试验研究

利用自主研制的对流加热原位开采模拟实验台和真三轴压力机,研究了不均匀地应力状态下注蒸汽花岗岩热破裂的破裂规律.在本次试验条件下,花岗岩发生脆性破裂温度为483℃,蒸汽压力为10.6MPa;高温高压蒸汽作用下,花岗岩除了在沿着垂直于最小主应力方向产生主裂缝,还会由于热破裂,在其他方向产生一定数量随机分布的次生裂缝;不同方向裂缝的形成,对于形成相互连通的空间裂隙网络有实际意义,从而有助于提高地热开采效率.     

实时高温作用下花岗岩冲击压缩力学特性研究

为研究实时高温作用对花岗岩冲击力学特性的影响,以川藏铁路色季拉山施工区域加里东期花岗岩为研究对象,利用分离式霍普金森杆（SHPB）及同步箱式电阻炉,对20～800 ℃实时高温下的花岗岩试件进行冲击压缩试验,分析高温作用及加载应变率对试件破碎特征、动态抗压强度及能量吸收情况的影响,基于粉晶X射线衍射分析矿物成分变化与花岗岩动力学强度的内在关联。研究表明：20～400 ℃高温试件以脆性劈裂破坏为主,碎片形态呈纺锤形,两端尖锐,而600 ℃高温试件以塑性破坏为主,形状趋于圆钝;试件峰值应力随温度升高具有先增大后减小的变化趋势,200 ℃时达到强度阈值,随后持续降低;单位体积岩石耗散能与加载应变率呈线性正相关关系,与温度呈二次函数关系,与峰值应力呈指数关系,拟合效果良好;石英、云母和长石三种主要矿物成分的含量波动、相态变化等因素共同导致花岗岩动力学强度在200 ℃后逐步劣化。

     

高温静水应力状态下花岗岩稳态蠕变参数研究

高温高压花岗岩钻孔实验表明,温度低于500℃,静水应力低于150MPa 状态下,岩体的钻孔变形均属于稳态蠕变变形阶段. 该文选取了广义开尔文模型来反映其特征,通过拉普拉斯变换及逆变换,详细推演出了钻孔径向位移解析解,并且考虑温度-应力的耦合效应,给出了模型参数随温度及应力变化的关系式. 利用该关系进行拟合计算,说明广义开尔文模型来表达高温高压环境中的花岗岩稳态蠕变变形特性,寻求蠕变参数是合理可靠的. 该文对于高温岩体地热资源开发中的钻孔施工与维护、钻孔变形量预测等方面,具有实际的指导意义.     

高温花岗岩遇水快速冷却后力学性质实验研究

通过对高温加热–遇水快速冷却后的花岗岩试样进行单轴和三轴实验,研究了800℃内高温花岗岩遇水快速冷却后的力学性质随温度和围压的变化规律。实验结果表明:(1) 400℃为高温加热–遇水快速冷却对花岗岩力学性质影响的阈值;(2)同一温度条件下,峰值偏应力、峰值应变随围压的增大而增大;弹性模量随围压的增大先增大后减小;(3)单轴实验中,温度低于400℃时,岩样表现为复合破坏,随着温度的升高破坏形式转变为拉破坏;三轴实验中,岩样整体上表现为剪切破坏。     

自然冷却和遇水冷却后高温花岗岩力-声特性试验研究

以松辽盆地露天花岗岩为研究对象,对自然冷却和遇水冷却后高温花岗岩进行单轴压、拉和声波测定试验.研究不同方式冷却后花岗岩温度(100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃,以下简称100℃-800℃)与表观形态、纵、横波波速、弹性模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度间关系,并将纵、横波波速与抗压强度、弹性模量建立联系.同时考虑遇水冷却后静置过程对花岗岩力-声性质影响.研究表明:(1)静置0h-2h是质量损失、纵波波速下降主要时段,静置6h后变化率可以忽略;自由水损失量与力-声特性损失量存在一定线性关系;(2)温度升高,自然冷却后花岗岩纵、横波波速、弹性模量、抗压强度、抗拉强度呈线型下降,遇水冷却后呈凹线型下降;高于300℃,自然冷却后花岗岩力-声参数均大于遇水冷却,泊松比变化率与其相反,600℃时冷却方式不同对花岗岩纵、横波波速、弹性模量、抗压强度影响达到最大,遇水冷却比自然冷却分别低33.33%、31.88%、53.33%、31.74%,700℃-800℃时冷却方式对花岗岩力声特性影响减小;(3)温度变化,花岗岩纵、横波波速与抗压强度、弹性模量呈良好相关性.所得结论可以提高花岗岩力-声特性测量准确性,为力学特性预测提供一个可行方法,并为岩体工程安全稳定性评估提供依据.     

单轴循环冲击下弱风化花岗岩的损伤演化

为研究爆破应力波作用下弱风化花岗岩的力学特性和损伤演化机理,利用直径50 mm的改进分离式Hopkinson压杆装置,开展以不同速度对花岗岩进行单次和等速循环冲击下的实验研究。研究结果表明：单次冲击中,用能量法确定的损伤阈值,可用于循环冲击实验中;不同应变率下弱风化岩石裂纹扩展阶段存在应力松弛平台,且随应变率升高而愈发明显,峰值应力与应变率呈正相关。等速循环冲击中,最大应力、应变与冲击速度呈正相关,与岩样累积冲击总次数呈负相关;损伤演化具有3个阶段呈倒S形,由其构建的双参数损伤演化模型拟合效果理想,且具有物理意义;利用模型中的参数α和β可计算中值点处的损伤度和相对循环次数,且与冲击速度正相关;不同损伤变量计算的损伤演化模型不同,合理定义损伤变量是必要的。

     

含初始损伤岩石的冻融损伤试验研究

在实际工程中,岩石大多是含初始损伤的,分析含初始损伤岩石的力学性能有重要的工程意义.预先统计岩石试块的初始抗压强度,然后根据其抗压强度给岩石试块施加压力.分别施加了极限抗压强度的10％、30％、50％、70％、80％、90％,以形成不同的初始损伤.然后通过低温冻融实验和单轴压缩实验,将岩石在传统循环荷载作用后的损伤与低温冻融损伤进行比较,得出这两种损伤的异同点,建立了岩石材料在不同环境条件下的损伤表达式,研究了初始损伤对岩石冻融的影响,对今后估测含初始损伤岩石的冻融寿命有一定参考价值.     

高温花岗岩遇水快速冷却后力学性质实验研究1)

通过对高温加热-遇水快速冷却后的花岗岩试样进行单轴和三轴实验,研究了800°C内高温花岗岩遇水快速冷却后的力学性质随温度和围压的变化规律。实验结果表明：(1)400°C为高温加热-遇水快速冷却对花岗岩力学性质影响的阈值;(2)同一温度条件下,峰值偏应力、峰值应变随围压的增大而增大;弹性模量随围压的增大先增大后减小;(3)单轴实验中,温度低于400°C时,岩样表现为复合破坏,随着温度的升高破坏形式转变为拉破坏;三轴实验中,岩样整体上表现为剪切破坏。     

高温环境下结构模态试验技术

由于高超声速飞行器长时间在大气层内工作会面临恶劣的气动热环境,飞行器结构地面模态试验必须考虑高温影响,但高温环境下结构模态试验远比常规试验复杂,目前仍存在很多技术难点亟待解决.本文首先对高温环境下的结构模态试验技术国内外发展现状进行了综述,详细分析了现有的高温环境下结构模态试验中的激励力与振动响应测量技术的特点及适用性,最后展望了高温环境下结构热模态试验技术的发展方向和研究重点.     

高温后花岗岩应力脆性跌落系数的实验研究

为研究温度对峰后区应力跌落的影响,通过高温后(常温～1200℃)花岗岩的单轴压缩试验,得到了不同温度后花岗岩全应力-应变曲线,并获得峰值应变、残余应变等特征参数随温度的变化规律。结果表明,高温后花岗岩变形特性较符合脆塑性体模型,峰值强度前呈显著线性关系,峰值屈服区段很狭窄,峰值后陡峻跌落至残余值,残余阶段稳定平缓;在800℃之前,可简化为理想弹性-应力脆性跌落-理想塑性三线型本构模型;800℃之后,峰前的屈服阶段逐渐明显,应力脆性跌落将不再发生,可简化为双线性弹性-线性软化-残余塑性四线型本构模型。给出了应力脆性跌落系数与温度的关系,温度越高,应力脆性跌落系数越大,且变化幅度越大。应力脆性跌落系数与岩爆倾向性指标随温度的变化趋势相反,故可用来作为评价岩爆倾向性的指标之一。     

温度对高应变率下三元乙丙橡胶力学性能影响的实验研究

利用加装了自行研制的半导体高低温调控装置的特别加长的分离式Hopkinson杆,对三元乙丙橡胶在变温度(233K～323K)、变应变率(1.8×103/s～3×103/s)条件下进行力学性能实验.为贴近军事装备相关的自然环境要求,分别测定和拟合了三元乙丙橡胶在各个相同温度条件下不同应变率以及各个相同应变率条件下不同温度的应力-应变曲线.结果表明:三元乙丙橡胶的力学性能受温度和应变率影响明显,其刚度随着应变率的增加而增加,其柔性随着温度的增加而增强.温度和应变率对其力学性能的影响有一定的等效性.文中给出了三元乙丙橡胶材料高应变率条件下由橡胶态向玻璃态转变的温度值.     

混凝土高温动态力学特性与本构方程

混凝土材料是多相复合材料,高温动荷载作用下其力学行为非常复杂。为此,对混凝土在爆炸、火灾等高温环境中力学特性的研究,有利于减小混凝土结构在爆炸及火灾事故中的损失。文中首先利用分离式霍普金森压杆试验装置(SHPB)设计出一套混凝土高温试验方案,然后基于15组试验工况对混凝土在温度为16℃至650℃范围内,加载撞击速度分别为5m/s、7m/s和12m/s时进行了SHPB试验,获得了与之对应的应力应变曲线。试验结果表明,混凝土应变率增强效应与高温弱化效应相互耦合,致使混凝土受温度的影响显著大于其应变率。最后,由试验结果以经典损伤理论模型为基础,根据混凝土高温动态力学特性,构建了一个统一的方程来描述混凝土高温动态应力应变关系的全过程,并且该本构方程计算结果与试验数据吻合良好。     

花岗岩单轴冲击全程本构特性的实验研究

利用分离式霍普金森压力杆(SHPB) 装置测试了大量花岗岩的单轴冲击本构关系。结果表明:花岗岩的冲击应力应变曲线峰前具有明显的跃进性,但在初始阶段一般都能够较好地近似为直线,直线的斜率与加载速率没有明显的相关性;峰后既有Ⅰ类曲线也有Ⅱ类曲线,表现出较大的离散性。花岗岩的应力应变曲线有时还能表现为递减硬化和递增硬化的特性。     

基于纳米压入法Sn-Ag-Cu无铅焊料高温力学性能的研究

无铅化和微型化已经成为电子封装的发展趋势,温度对无铅焊点的可靠性产生了不可忽视的影响。本文对Sn96.5Ag3Cu0.5无铅焊料进行回流处理,采用纳米压入法研究其在实际工况下的高温力学性能。结果表明,温度对焊料试样的力学性能影响显著。随着温度的升高,弹性模量和硬度逐渐降低,焊料发生软化;较高温度下的蠕变应力指数较小,焊料的蠕变抗力降低,其相应的蠕变激活能为76kJ/mol。由此可知,随温度的升高,焊料的蠕变机制由位错攀移逐渐转变为晶界滑移。     

温度对炭黑填充橡胶复合材料力学性能影响的实验研究

采用岛津万能试验机对天然与丁苯共混橡胶(NSBR)试件进行不同温度下多步松弛循环加卸载实验和单向拉伸加卸载循环实验，对比两者的宏观力学响应，并研究温度对炭黑填充复合材料力学性能的影响．结果表明：(1)随着温度的升高，未填充橡胶逐渐变“硬”，而炭黑填充橡胶是“先变软后变硬”．(2)随着温度的升高，橡胶的迟滞损耗呈线性减小．(3)比较单向拉伸和应力松弛平衡点的应力应变曲线，填充橡胶“先变软后变硬”的温度转折点不同，这是由于应力松弛过程基本消除了粘弹性效应．     

高温条件下热固性聚酰亚胺摩擦学性能研究

以3,3,4’,4’-联苯四甲酸二酐(s-BPDA)、4,4’-二氨基二苯醚(4,4’-ODA)、3,4’-二氨基二苯醚(3,4’-ODA)、4-苯乙炔苯酐(4-PEPA)为前驱体,设计并制备了热固性聚酰亚胺.采用球盘式高温摩擦磨损试验机进行室温(25℃)、100、200、250、300和350℃条件下的滑动摩擦磨损试验.通过表征不同温度磨损后的材料和对偶表面形貌,研究了其高温条件下的摩擦行为和磨损机制.结果表明:随着环境温度的升高,热固性聚酰亚胺的磨损率呈现先升高,后降低再升高的趋势;而摩擦系数却一直降低.这种趋势归结于聚合物接触表面机械性能的改变.不同温度条件下的磨损机理也是不同的,25和100℃条件下的磨损主要为疲劳磨损和磨粒磨损;随着环境温度升高到200℃时,磨损表面部分链段易于剪切,形成一层均匀的转移膜而降低了磨粒磨损;当温度升高至250、300以及350℃时,磨损表面的分子链段运动更加剧烈,在试验载荷持续挤压下,分子链间作用力破坏而剥落,磨损率急剧升高,表现为黏着磨损,并且环境温度越高,磨损率越大.     

FRP混凝土结构力学性能的实验研究

本文首次引入基于马赫—曾德(Mech—Zehnder)原理的全光纤应变传感器系统到FRP混凝土结构的力学性能研究中，通过四点弯曲试验来测量试件内部的应力应变状态，并结合电测结果进行综合分析，为进一步的理论分析和计算奠定了实验基础．     

界面强度对玻璃微珠填充聚丙烯力学性能的影响

本文针对玻璃微珠填充聚丙烯这一刚性粒子填充聚合物复合体系进行了实验研究。通过偶联剂改性对比,研究了该聚合物复合材料在不同界面粘结状态下的宏观拉伸、冲击力学性能。此外,根据冲击破坏断面的电镜观测结果,发现复合体系的断裂和增韧机制随界面粘结强度不同而发生改变,界面改性使得材料抗冲击破坏能力得到增强。本文还采用在位拉伸过程中的细观观测方法,观测到材料在一维应力作用下,刚性粒子和基体界面的脱粘、开裂过程,分析了该复合体系细观结构和宏观力学性能之间的关系,发现界面改性对于材料细观结构的界面脱粘和宏观屈服现象的重要影响,为发展新型复合材料提供了实验依据。     

铝箔力学性能的实验研究

铝箔已被广泛应用于电子工业,现又被用作锂电池正极集流体,因而对于铝箔的力学性能要求也在不断提高。通过表征和研究铝箔的力学性能(弹性模量、屈服强度、断裂强度等),能够为铝箔相关技术的可靠性研究提供必要的数据支持和理论指导,从而使铝箔得到合理和可靠的使用。本文运用微拉伸、纳米压痕和动态力学分析(DMA)实验,分别研究了不同厚度的H18态和O态铝箔的力学性能。结果表明两者的弹性模量均约为30GPa,仅为块材的一半;H18态铝箔材料的断裂强度要明显强于块材,而O态铝箔材料的断裂强度则明显小于块材;此外,H18态铝箔材料的屈服强度明显大于块材,O态铝箔材料的屈服强度与块材相仿。并且,随着厚度的增加,H18态铝箔材料的延伸率显著增大,但是仍远小于块材。通过扫描电子显微镜(SEM)对铝箔材料断裂形貌进行微观分析,发现铝箔的拉伸断裂方式为脆性断裂。