锚固体变形破坏过程中红外温度场与应力场的分析与比较

应用红外热像技术分别对不同类型的锚固体加载变形破坏过程进行了试验研究。试验结果表明,对于中心位置布置单根锚杆的锚固体:应力峰值前,随着荷载的增加,红外温度场呈现整体均匀性升温变化;应力峰值以后,在锚杆周围形成一个由多条不同等温线组成的区域,其形状是以锚杆为中心的近似圆形区域,由内向外温度逐步降低。有锚杆一侧围岩红外温度高于无锚杆一侧,锚杆周围形成一个近似"喇叭"状的等温线图;高温等温线对应高应力区,低温等温线对应低应力区;红外温度场与应力场的空间分布存在对应关系。     

锚固体红外温度场与应力场特性研究

为了研究锚固体力-热耦合机制,分别对不同类型的锚固体加载变形破坏过程进行试验研究。应用红外热像技术,获得红外温度场,同时对锚固体进行应力场数值分析。结果显示:中心位置布置单根锚杆的锚固体;应力峰值前,随着荷载的增加,红外温度场呈现整体均匀性升温变化;应力峰值后,在锚杆周围形成一个由多条不同等温线组成的区域,其形状是以锚杆为中心的近似圆形区域,由内向外,温度逐步降低;有锚杆一侧围岩红外温度高于无锚杆一侧,锚杆周围形成一个近似"喇叭"状的等温线图,高温等温线对应高应力区,低温等温线对应低应力区,红外温度场与应力场之间存在空间分布对应关系。     

受力光弹材料的红外辐射热像特征

在同等受力条件下,对光弹材料进行了红外热像监测和光弹性测试,在红外热图中等温区的分布与光弹图表示的应力场分布有着相当一致的对应,等温区级数与等差线级数之间存在明显的线性关系,并且拉、压应力区分别对应红外热图的降、升温区。同时发现应变率是影响受力物体红外辐射的主要因素之一。这对于将红外热像技术用于量化分析受力物体的应力场变化有着重要的现实意义。     

遥感技术用于固体力学实验研究的新成果

在岩石、混凝土和钢材加载直到破坏的过程中用红外和微波遥感技术进行了观测研究．发现这些材料在加载过程中其红外和微波辐射温度、红外辐射波谱及红外热像均随应力的变化而变化．材料破坏前这些变化表现出某些前兆性特征．研究表明遥感技术可作为固体力学研究的一种新手段，并可望在工程上得到应用     

SUS304钢表面粗糙度对红外图像的影响

为提高红外热像仪图像及测温精度,根据红外热像仪的测温原理和红外辐射原理,通过使用红外热像仪、CCD相机以及激光表面形状测量显微镜,研究了SUS304钢在单轴拉伸塑性变形过程中表面粗糙度与目标发射率的关系;并用热电偶和红外热像仪对塑性变形过程中的温度分布进行了测量。研究结果表明,目标发射率随表面粗糙度成比例增大,造成红外热像仪测定的塑性变形区域比实际变形区域大;通过预先设定材料的表面粗糙度,以提高有效目标发射率,能得到较好的红外图像和测温精度。     

红外热像法快速确定45#钢的疲劳性能

红外热像法作为一种无损、实时及非接触的测试技术,在疲劳研究领域得到广泛的应用.该方法克服了传统试验方法周期长、所需试验试件和费用多的困难.本文利用红外热像仪测量了疲劳试验中45#钢试件表面温升变化,根据红外疲劳极限快测法得到疲劳极限,并由累积塑性功和塑性温升之间的相关假设,推导出了试件疲劳寿命的计算公式.试验结果表明,红外热像法可以快速、准确地确定材料的疲劳极限和S-N曲线.     

滚动轮胎表面红外成像测温的偏差及其修正

使用红外热像仪从三个方向测量了滚动轮胎的表面温度,结果表明从不同方向对同一表面的测温结果不相同。根据几何光学和热辐射原理,造成这一偏差有两个原因:一是轮胎表面点的像面照度按其辐射入射角α的余弦四次方定律变化;二是轮胎表面点的发射率与β(该点入射方向与其法向之间的夹角)有关。本文首先采用余弦四次方定律对三个方向下的轮胎表面红外测试结果进行了与α相关的修正,然后依据轮胎表面任意点温度的同一性(即与测量方向无关)进行了与β相关的进一步修正,并给出了一个轮胎表面发射率与β的经验关系。具体表现为发射率在法向上最大,当β在60°以内时其变化相对平缓,超过60°则急剧下降,最终得到了一个表征轮胎表面点红外像面照度下降的双角度(α和β)修正函数以及相应的温度修正公式。 修正后不同方向下的温度分布趋于一致,其平均结果即可视为轮胎表面真实的温度分布。     

边坡预应力锚杆蠕变的数值分析

运用非线性蠕变分析理论模型,采用MSC.MARC软件重点研究了锚杆的应力指数、蠕变系数和几何参数的变化对于锚杆应力松弛的影响.通过对预应力锚杆支护的边坡进行数值分析,探讨了锚杆的蠕变规律以及锚杆预应力松弛现象.锚杆的参数取不同数值时,比较数值模拟结果发现:锚杆的轴力和剪力主要分布在锚固段的前端;随着锚杆应力指数及蠕变系数的增加,蠕变应变增大,应力松弛加快.     

煤变形破裂过程中红外信息的实验研究

对受载煤体变形破坏产生的红外辐射信息进行了观测研究。结果表明：煤体在受力过程中其红外辐射温度随其应力状态的改变而发生变化，这种变化与煤体的变形破坏过程密切相关，这将为认识和揭示煤岩破坏的微观机理，预测，预报地震及矿山煤炭灾害动力现象有指导和参考作用。     

基于红外热像的自由剪切湍流被动标量高阶谱分析

利用红外热像仪对高压水射流进行了连续探测.对红外热像序列表征的标量脉动场进行双谱分析,检测湍射流的相干结构、射流不同截面内相干结构的尺度关联性以及射流不同发展阶段的特征尺度.研究表明,以红外热像为样本的全局自双谱表征了射流不同波段能分量对相干的贡献;按三列对图像采样的横断面局部互双谱给出了沿流向的大涡区、小涡区、以及各向同性湍流区的频率耦合特征;按三行对图像采样的纵向局部互双谱给出了射流的轴心线区、剪切层、空气湍流区大涡层和各向同性湍流层等各纵向断面的相干特征;通过红外热像序列的双谱分析,由流场相干结构的尺度关联性,得到了射流诱导的空气湍流场在不同发展阶段的特征尺度.     

Stress Field Evolution under Mechanically Simulated Hull Slamming Conditions

The effect of repeated loading from mechanically simulated hull slamming on foam core sandwich composites was investigated utilizing a novel technique that simultaneously measured temperature and displacement while cyclic loading occurred. Thermoelastic Stress Analysis (TSA) and Digital Image Correlation (DIC) techniques were combined using a single infrared camera for characterization of the foam core. Improved stress fields with TSA results were found through deformation compensation. Initial work approximating hull slamming conditions mechanically utilizing a custom device were performed. Mechanically loading offers several benefits over water impact investigations, including easy access to the sample during the slamming event, an unobstructed optical path, and accelerated testing. Evolving stress fields under long-duration, repeated simulated hull slamming loading were observed around a growing delamination crack between the foam core and skin.     

Stress concentrations in bolt-thread roots

The apparent geometric origin of fatigue fractures in oversize shank bolts is considered in this report. Bolt-nut interaction between the bolt and both a standard nut and a special nut are investigated. The “frozen stress” method of three-dimensional stress analysis was used to determine the magnitudes and locations of points of stress concentration in plastic models of both the oversize shank bolt and a standard bolt in combinations with standard and special nuts. The results indicate that, for installations in which the special nut is used, bolt geometry may be the controlling factor in determining the fatigue life of the boltnut combination, because the stress-concentration factors due to the nut loading are of the same order of magnitude as the stress-concentration factors due solely to bolt geometry. On the other hand, for installations in which standard nuts are used, the nut-induced stress-concentration factors are much larger than those due to bolt geometry; so, bolt geometry will have less effect on the fatigue performance of the combination. If the nut is threaded onto the bolt so far that the first loaded thread of the nut is in the thread-runout area of the bolt, fatigue performance of the installation will be greatly reduced due to the combination of stress-concentration factors from thread loading and section change and, again, bolt geometry may be a prominent causative factor.     

新型让压锚杆作用机理研究

软岩大变形工程存在因开挖卸荷导致较大的应力释放,在工程施工过程中将会产生较大变形的特点,如沿用传统的锚杆进行支护,岩体的大变形所产生的过大拉力将会造成锚杆的拉断破坏.针对软岩大变形工程存在的该类问题,介绍了一种新型的端部具有让压装置的新型压力分散型让压锚杆,并对该让压锚杆的作用机理和力学行为进行分析,得出锚固体的作用机理与传统压力分散型锚杆相比分为3个阶段,并通过试验的方式确定了该让压锚杆的让压力.这种新型让压锚杆在将锚固体压力分散的同时,实现大变形的让压,适宜在大变形工程中进行应用.     

A semi-analytic solution of a wellbore in a non-isothermal low-permeability porous medium under non-hydrostatic stresses

The transient stress, displacement, pore pressure and temperature fields around a wellbore in a thermo-poro-elastic (THM) medium subject to non-hydrostatic remote stresses are analyzed under non-isothermal plane-strain conditions. The linear THM model proposed by Coussy (1989) is adopted in the analysis with a focus on thermal effects in low-permeability saturated rocks, characterized by a latent heat associated with local changes of fluid mass content. Non-dimensionalized parameters are identified by reformulating the fully-coupled governing equations and boundary conditions. The wellbore problem is simplified by decomposing it into axisymmetric and deviatoric loading cases. The corresponding analytical solutions are obtained in Laplace space. The inverse Laplace transforms are performed numerically to find the time-dependent distributions of field variables in the rock mass around the wellbore. These numerical results show that although the pore pressure diffusion has little influence on temperature and stress, temperature changes can strongly affect the pore pressure and stress around the wellbore. The temperature change can lead to changes in near-well stresses and the resulting significant change in wellbore breakdown pressure illustrates the importance of considering the THM coupling.     

Rapid Determination of Fretting Fatigue Limit by Infrared Thermography

This paper demonstrates the feasibility of infrared thermography to determine the so-called fretting fatigue limit. Fretting fatigue tests are performed on aluminum and steel specimens. The coupled fatigue and tangential loads are sequentially increased (block loading) whilst the normal load is kept constant for all blocks. The temperature data is processed and analyzed using a Fast Fourier Transform (FFT) algorithm implemented in the commercial software Matlab. It is demonstrated that the second harmonic of the temperature signal can be linked to the specific loading block below which no or negligible damage is generated in the specimen. The stress amplitude of this block is considered to be a best estimate of the fretting fatigue limit. A constant amplitude fretting fatigue test with this stress amplitude confirmed that the specimen remains intact at 10⁷ cycles.     

北京晓幼营板理化岩体结构面强度的原位测试

岩体强度很大程度上取决于结构面的强度,板理化岩体尤其如此。通过原位测试直接获得岩体结构面的强度参数对于岩体稳定性分析和工程设计都具有重要意义。为了解板理化岩体板理结构面的强度性质,选择北京房山区晓幼营白云质板理化岩体进行了结构面强度的原位测试研究。鉴于传统岩体原位直剪试验成本高和操作难的情况,在掌握北京地区构造应力资料的基础上,在试验中考虑岩体中板理结构面的产状与构造应力方向的关系,提出了一套利用地应力提供原位试体剪切面法向力的测试分析方法:开挖出不同方向、不同解除状态的3个试体(试坑); 试坑中两个平行的解除面与原岩之间形成一定距离的空间,自然构成了施加水平试验荷载的反力框架,从而免除了传统试验中笨重的试验反力装置。由于解除面组合的变化,试体受到的构造应力状态有相应的变化,与试验荷载叠加后在预定剪切面上形成了不同大小法向力和切向力。上述方法免除了笨重的反力装置,取得了一定的实验效果,确定了被测岩体结构面的强度参数:黏聚力c和摩擦角φ,对原位岩体结构面强度测试方法进行了一次有益的新尝试,得到的岩体结构面的强度参数为类似板岩地区大型输电线路塔杆地基设计及岩体稳定性分析提供了参考。     

应力波作用下岩石声发射能量特征

通过霍普金森(SHPB)实验系统,对应力波作用下岩石破坏进行声发射实验,获得了该加载条件花岗岩声发射能量的变化规律.实验结果表明,声发射能量变化呈现出两种明显不同的特征:I型,声发射峰值能量之后,能量迅速衰减,到加载的末期,能量出现一定的回升,产生“拐点”;Ⅱ型,声发射峰值能量之后,能量衰减相对Ⅰ型较慢,且不出现“拐点”.通过对岩石破碎块度的分析,得到了声发射峰值能量与岩石破碎分维之间的关系.本文的研究有助于重新寻求应力波下岩石破坏的声发射前兆规律.