Kaiser效应激发验证中的压头尺寸效应研究

针对声发射(AE)法现场测量地应力须选用便捷式小型加载设备来激发岩石声发射信号的实际要求,本文提出以减小压头直径来提高激发应力的解决思路.为此,利用MTS试验机、PCI-IⅡ声发射仪等仪器对预设应力的岩石试件开展5组不同直径(5mm、10mm、15mm、20mm和50mm)压头下的Kaiser效应激发显现验证试验.确定...     

韧性金属Kaiser效应方向独立性的实验研究

Kaiser效应是声发射技术实际应用的理论基础。本文以韧性金属材料Q345不同方向拉伸实验为例,探究力的方向对韧性金属Kaiser效应的影响。实验结果表明,韧性金属材料在某一方向加载时,表现出了Kaiser效应;当改变加载方向时,呈现出与第一次加载方向类似的声发射特性,说明声发射现象对其他加载方向上所承受的最大载荷不具有记忆的能力,而仅与该方向承载历史有关,即韧性金属Kaiser效应与力的方向性间具有独立性。同时,利用细观损伤理论对这一现象产生的机理进行了定性的解释。     

拉扭复合加载下循环应力应变关系的研究

以拉扭簿壁管试件为研究对象,根据多轴临界面上的应力应变特性及多轴疲劳临界面法的结果,结合单轴循环应力应变关系,研究了多轴比例与非比例加载下的循环应力应变关系,推导出多应力应变关系模型,经拉扭复合比例与非比例物载试验难证,其预测结果与实测值相符合。     

岩石声发射Kaiser效应的数值模拟试验研究

运用岩石破裂过程分析RFPA^2D系统,对岩石破裂过程中声发射Kaiser效应进行了数值模拟试验研究,得到了与物理试验现象十分吻合的模拟结果。     

S30408钢应变强化效果的声发射测试实验研究

根据Kaiser效应和应变强化原理,提出利用声发射特征参数确定Kaiser效应临界点应力,通过计算Felicity比值来对应变强化效果进行评估的方法。以S30408钢为例,对其应变强化过程及强化后二次加载过程进行声发射测试,实验结果表明,利用声发射累计能量和累计振铃计数等特征参数时间历程图,可得到试件应变强化后Kaiser效应点应力值。通过对实验数据的计算与分析,得到不同加载速率下各试件的Felicity比值均大于0.9,且在2.0mm/min加载速率下,Felicity比值最高,说明在该加载速率下应变强化效果最为理想。     

加载历史对循环硬化的影响

本文研究了45#钢和LY-12CZ铝合金在室温条件下拉扭复合比例及非比例加载时的循环硬化特性,其结果表明不同加载路径循环硬化程度不同,纯扭硬化程度最小,圆形路径硬化程度最大。着重研究了不同循环历史对后面循环稳定应力幅值的影响。     

大理岩试样循环加载强化作用的试验研究

利用不同晶粒大理岩块加工成完整和含孔道的圆柱试样,在伺服实验机上分别进行单轴和常规三轴循环加载试验,其中三轴循环加载包括维持围压恒定和卸载围压两种情况.结果表明,循环加载确实可使试样的强度增加,强度大致提高5%-10%.岩石的材料强度和承载能力是两个不同的概念.大理岩晶粒之间多为裂隙,轴向压缩加载时晶粒局部接触应力远高于名义应力,在岩样未达到峰值应力之前,接触处已经产生很大的变形乃至出现局部破坏,形成的碎屑在卸载时可以脱落充填到附近的空隙,提高岩样承载能力.这种强化特征是与摩擦相关的承载能力,并非材料强度;与多次循环加载造成材料强度逐步劣化不同.从卸载点附近卸载与再加载应力应变曲线的关系,可以确认卸载是否引起岩石承载能力的增加.     

不同粗糙度煤岩界面超低摩擦效应与声发射特征试验研究

为了揭示动载扰动作用下煤岩界面粗糙度对超低摩擦型冲击地压影响机制, 采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置, 以沈阳红阳三矿1082 m采深煤岩体为研究对象, 通过改变煤块与砂岩块体表面粗糙度来模拟煤岩界面不同粗糙特性, 以粗糙度系数表征煤岩界面粗糙程度, 工作块体水平位移表征冲击过程中超低摩擦效应强度, 声发射能量为工作块体摩擦滑动过程中的信号参数, 进行应力波扰动下不同粗糙度煤岩界面超低摩擦试验. 研究结果表明: (1)超低摩擦滑动过程中, 工作块体水平位移、声发射能量计数以及累计能量曲线呈现出孕育阶段、激发阶段、稳定阶段变化特征; (2)煤岩界面粗糙度越小, 工作块体水平位移和声发射能量峰值越大, 煤岩界面越易发生超低摩擦效应; (3)不同煤岩界面粗糙度下, 相比于其他扰动频率, 2 Hz时更易发生超低摩擦效应; (4)给出了声发射能量峰值与煤岩界面粗糙度系数对应关系. 声发射能量峰值可以有效表征超低摩擦效应强度, 可以用声发射能量峰值预测超低摩擦效应强度.     

不同应力路径下盐岩破坏声发射时序特征研究

利用RMT-150B岩石力学多功能系统和声发射监测系统,对不同应力路径下的盐岩破坏过程进行试验研究。在试验结果基础上,分析了盐岩常规单轴加载、分级加卸载和多级加载过程中的声发射时序特征和变形特征。试验表明:盐岩常规单轴加载变形表现明显的阶段性特征,声发射信号阶段性特征也比较明显;分级加卸载试验中,存在比较明显的记忆效应,在低应力水平有较明显的声发射Kaiser效应,而在70%峰值应力卸载再加载时,则出现Felicity效应;多级加载试验表明,在低应力水平稳压对盐岩造成的损伤不大,很少有新生裂纹;而在高应力水平稳压时,会有大量由新生微裂纹和裂纹扩展产生的声发射事件。     

动静组合加载作用下花岗岩破碎的分形特征

在分离式霍普金森压杆实验装置上进行了花岗岩破坏的动静组合加载实验.通过对受载后岩样破碎块度进行筛分统计,得到了该加载条件下岩石破碎的粒度分布.在此基础上,通过理论计算公式,进一步得到了相应的破碎分形维数,分别探讨了静载荷和冲击载荷对分维数的影响.结果表明,动静组合加载作用下花岗岩破碎分维值在2.0～2.8之间;相同静载不同动载下,花岗岩的破碎分维值与试样的应变率有关,随应变率增大而增大;而在相同冲击动载下,静载荷变化对分形维数的影响不大.     

Acoustic Emission Memory Effect in Coal Samples under Uniaxial Cyclic Loading

This paper gives results from experimental studies of the acoustic emission and strain memory effects in anthracite samples under cyclic loading. Trends and regularities were found in the formation and manifestation of the acoustic emission memory effect of coal in nonmonotonic uniaxial tests. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 47, No. 2, pp. 103–109, March–April, 2006.     

周期荷载作用下煤岩声发射特征的颗粒流模拟

为研究周期荷载应力水平对煤样声发射特征的影响,采用PFC数值软件开展了 3种不同应力水平的等幅周期荷载数值模拟试验,分析了周期荷载应力水平对煤样破坏循环次数、声发射计数及损伤演化特征的影响.研究结果表明:周期荷载作用下,煤样破坏过程中的声发射活动呈现初始、相对平静和活跃三阶段演化规律,且在煤样破坏前的周期荷载卸载阶段及低应力水平阶段几乎没有声发射活动;周期荷载上限应力水平的微小提高会加快煤样的破坏过程.提出了声发射比率的概念,当声发射比率大于1时,表明煤样即将发生破坏.声发射比率可作为预测现场工程煤体失稳的重要指标.     

基于声发射能量分析的周期注水应力改造下煤系页岩裂缝扩展规律试验研究

周期注水作为一种有效开采页岩气的应力改造技术,其对页岩裂缝起裂扩展影响机制尚不明确。基于页岩储层真实三维应力环境,研制了真三轴水力压裂试验系统,以黑龙江双鸭山矿区煤系页岩为研究对象,制作了煤系页岩相似材料模型,进行了先周期注水应力改造、后水力压裂的页岩裂缝扩展模拟试验。利用声发射技术监测了应力改造阶段和压裂阶段裂缝起裂扩展过程,根据声发射能量变化和频谱特征,分析了应力改造和水力压裂阶段的裂缝特征、起裂扩展规律,提出了基于声发射能量分析的水力压裂裂缝由起裂阶段进入扩展阶段的判别指标和判定方法。试验结果表明:应力改造阶段裂缝尺寸以微裂缝为主,随周期注水压力增加,张拉型裂缝占比减少,剪切型裂缝占比增加;压裂阶段裂缝尺寸以宏观裂缝为主,随周期注水压力增加,张拉型裂缝占比增加,剪切型裂缝占比减少,当周期注水压力为1.6MPa时为最优,易形成缝网。提出以平均声发射能量能率k作为裂缝起裂判据,发现当k降幅超过26.87%时,裂缝由起裂阶段进入扩展阶段。周期注水应力改造可以产生微裂缝,沟通水力裂缝降低压裂时裂缝起裂难度,从而提高页岩气开采率。所得结论可为水力压裂应力改造效果评价与裂缝控制提供参考。     

Theoretical model of acoustic emission under mechanical loading of rocks in the maximum compaction region

A theoretical model of changes in acoustic emission activity in a geomaterial under continuous or stepwise mechanical loading is justified. Based on this model, the experimentally found laws of emission in the region of the maximum compaction of rock samples with different rates of mechanical loading of these samples are analyzed. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 47, No. 4, pp. 145–152, July–August, 2006.     

1Cr18Ni9Ti不锈钢多轴非比例棘轮行为及其影响因素研究

对1Cr18Ni9Ti不锈钢材料进行了两种不同加载路径的多轴非比例应力循环棘轮效应试验,研究了应力路径形状、平均应力及其历史对棘轮效应的影响,揭示了此材料多轴非比例棘轮效应的一些特征及其原因,为建立能较为精确地估计材料在多轴非比例应力循环下的累积变形的本构模型提供了一定的实验和理论分析的依据.