轨道车辆材料力学性能测试

介绍轨道车辆应用金属材料的静态及动态力学性能的测试,分别介绍材料的准静态测试、不同应变率下材料的动态性能曲线测试方法,并阐述基于LS-DYNA软件材料本构模型的建立方法及材料的应变率效应.     

纵向冲击下高速列车车体承载极限数值模拟

进行了高速列车车体6005A-T6、6082A-T6铝合金的静态拉伸和动态压缩试验,识别了0.001~2 500 s-1应变率范围内2种铝合金的材料应变率效应,建立了对应的Johnson-Cook本构模型;构建了高速列车典型车辆的显式动力分析模型,完成了刚性墙冲击车体过程仿真,研究了车钩稳态载荷、冲击速度、加载方式对车体承载极限的影响;分析了高速列车一号车和二号车车体在冲击载荷下的变形演化,通过应力变化临界点确定了车体的承载极限,并对列车在更高能量配置模式下的车体承载性能进行了验证。研究结果表明:在0.001~2 500 s-1应变率范围内,6005A-T6和6082A-T6铝合金应变率敏感系数分别为2.9×10-3和8.5×10-3,应变率效应不明显;纵向动态冲击载荷下,应变率强化对铝合金车体结构承载力影响不明显,惯性效应是其承载能力高于静态极限的主要原因;纵向冲击载荷从车钩位置传递时,一号车和二号车车体的动态承载力水平显著高于车体许用静态压缩载荷;冲击载荷下的车体结构承载力可为高速列车碰撞各界面能量分布问题中吸能元件平台力取值提供上界;可适当考虑提高车体许用压缩载荷以扩大列车端部吸能部件力学参数设计域,以满足更苛刻需求下的列车被动安全性能。      

含初始缺陷混凝土的拉伸试验研究

在相同配合比下的混凝土试件中加入4种不同含量的引气剂,用来模拟混凝土试件的初始缺陷程度,并在WAW-E2000万能试验机上进行混凝土试件的轴向拉伸试验,测出了混凝土在拉伸试验过程中的应力-应变全曲线,研究了不同含量的引气剂对混凝土的抗拉强度、变形特性与损伤特性的影响.试验结果表明:随着引气剂含量的增大,混凝土的应力-应变曲线逐渐变平缓,混凝土内的初始损伤程度相应增加,且抗拉强度随之降低,而峰值应变基本保持不变.     

汽车焊接结构冲击拉伸强度分析

利用改进的霍普金森棒法对汽车用钢板的圆弧焊接接头试验片进行了静强度和冲击强度的拉伸试验,得到了三种不同材料试验片的应变率、应力波、冲击破坏变形和破坏速度并对试验结果进行了分析.试验结果为车体材料的选择提供了依据.     

汽车焊接结构冲击拉伸强度分析

利用改进的霍普金森棒法对汽车用钢板的圆弧焊接接头试验片进行了静强度和冲击强度的拉伸试验,得到了三种不同材料试验片的应变率、应力波、冲击破坏变形和破坏速度并对试验结果进行了分析.试验结果为车体材料的选择提供了依据.     

不同类型纤维沥青胶浆性能试验研究

为全面研究聚丙烯纤维、玄武岩纤维、木质素纤维对沥青胶浆性能的提升程度,采用纤维吸油量试验、沥青胶浆锥入度试验、板带拉伸试验、动态剪切流变试验,揭示了各种纤维吸收沥青后的抗剪、抗拉、抵抗流变的性能。结果表明:木质素纤维吸油率最大,6mm聚丙烯纤维吸油率最小;从锥入抗剪强度、抗拉强度、复数模量、相位角、车辙因子方面讲,性能排序为:6mm聚丙烯纤维沥青6mm玄武岩纤维沥青木质素纤维沥青未掺纤维沥青。     

JLC-Ⅰ型金属材料拉伸试验测量仪的研制

金属材料的各种力学性能及其板材的冲压性能,例如屈服点σ_s、规定非比例伸长应力σ_p、抗拉强度σ_b、塑性应变比γ值、拉伸应变硬化指数 n 值等等,都可以通过标准试样的拉伸试验而得到。日前,国内对这些性能的测定大部分采用读数法或作图法,即缓慢加载、逐点读数、记录或作出拉伸曲线,然后人工整理实验结果。用这种方法测定各种性能,不仅速度慢,而且综合误差较大。我们从研究金属材料的力学及冲压性能的需要出发,研制了 JLC—I 型金属材料拉伸     

混杂纤维片材拉伸性能研究

参考标准GB/T3354-1999测试了由碳纤维、玻璃纤维和尼龙纤维等编织的不同混杂纤维布和增强环氧树脂复合板的拉伸强度、弹性模量和拉伸过程曲线等,分析了混杂比例对干纤维布和纤维增强环氧树脂板拉伸性能的影响。结果表明:与1C1G和2C1G纤维布相比,1C2G单向纤维布呈现出更为理想的分级破坏形式,应力传递更稳定;在碳、玻璃混杂纤维增强环氧树脂板体系中,1C2G复合板延性优越,最大延伸率达1.68%;与碳、玻璃混杂纤维增强环氧树脂板相比,含有尼龙纤维的混杂纤维树脂板在拉伸过程中具有下降段,延性效果改善良好,但抗拉强度偏低;环氧树脂在复合材料中进行应力传递和重分配,有效提高了复合材料的整体受力性能。     

高碳高锰钢450℃时效处理后的拉伸断裂行为

采用金相分析、拉伸实验以及断口形貌观察等分析手段研究了100Mn13高碳高锰钢450℃时效处理后的组织、拉伸性能、断口形貌特征及其裂纹形核与扩展过程.结果表明:高碳高锰钢水韧处理及450℃时效处理后的金相组织为奥氏体基体上存在有少量沿晶界呈不连续分布的碳化物.具有这样组织的高碳高锰钢仍具有优越的塑性和高的抗拉强度,其断裂后的抗拉强度和延伸率可分别达到981 MPa和70%.拉伸断裂后的高碳高锰钢组织中出现了大量的孪晶,而且裂纹在孪晶界处以及晶界上的碳化物处形核,并沿晶界和孪晶界长大,相邻裂纹相互连接、扩展,直至断裂.拉伸断口微观形貌为石断状,其断裂面上存在有大量的韧窝.     

压实粘性土动态力学性能的SHPB试验

为解决因土体波阻抗及波速较低且变形较大,采用传统的分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验装置不能准确获得土体的动态应力-应变曲线的问题,采用直径25 mm的聚碳酸脂SHPB实验装置和真空封泥小球丸作为波形整形器,以不同的轴向速度撞击试件,测试试件在应变率600 ～2 500 s-1之间的动态力学性能,并通过应力平衡和常应变率分析对试验结果的有效性进行了讨论.结果表明:用聚碳酸脂SHPB装置对压实粘性土进行动态试验是可行的;土体的动态应力与应变具有显著的应变率效应,动态应力与应变率成指数关系.     

沥青层底面拉应变的预估及工程应用

现行沥青路面设计规范中沥青层底拉应力是设计指标值之一,但在现场沥青层底拉应力却无法检测.沥青路面弯沉盆的理论研究和分析表明,沥青层底拉应变与不同位置的弯沉之间存在着一定关系.因此,在现场测得路面不同位置的弯沉,即可计算得到沥青层底拉应变.根据沥青层底拉应变可评估沥青层的使用寿命.实例说明该方法简便可行.     

强度等级对混凝土动态抗压特性的影响分析

混凝土的动态与静态力学特性有很大的不同.为了明确混凝土在动态荷载作用下的抗压特性,以及强度等级对其动态抗压特性的影响,通过试验得出各等级混凝土在高应变速率下的力学性能相较于静态时力学性能的变化,为建立动态作用下的混凝土力学本构关系打下基础.     

Bonifiber纤维及SBS改性沥青混合料性能的试验研究

对SBS改性沥青、70^#沥青的常规性能进行对比检测,并进行动态剪切试验和直接拉伸试验,评价沥青胶结料的高、低温和疲劳性能。然后,根据对70^#沥青及SBS改性沥青混合料掺加0．25％博尼维纤维后的试验,对比分析了70^#沥青混合料、SBS改性沥青混合料、掺加纤维的70^#沥青混合料和掺加纤维的SBS改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳性以及抗老化性能等路用性能．结果表明,SBS改性沥青和博尼维纤维沥青具有很好的高、低温和疲劳性能,能够大幅提高混合料的高温性能,对其他路用性能也有一定改善．     

新疆砾石土低路堤动力特性

以新疆三岔口-莎车高速公路为依托, 基于标准轴载作用下单轮影响范围内的1∶1路基模型试验, 分析了车辆荷载下低路堤的动力特性; 考虑了绿洲区地基在服役期间不同的含水率状态, 根据一般道路设计标准, 将低路堤道路结构分为面层、基层、路基与地基四部分, 模拟了低路堤在不同荷载作用下的动力特性, 研究了动载峰值、频率与重复作用次数对低路堤动力特性的影响。研究结果表明: 不同加载方式下的竖向应力均随路基深度增大而迅速减小, 应力在距路基顶面0.8 m深度处均衰减了69.2%;静载和短时动载作用下各深度处的应力随荷载呈线性变化趋势, 应变则呈非线性变化趋势; 由于不同土层模量的差异, 使得应变在路基与地基中出现了明显的分层现象; 地基含水率的变化对低路堤动力特性的影响非常明显, 当地基含水率从18%增大到28%时, 地基顶面处的应变增大了1.8倍; 短时动载频率的增大对应力和应变的影响都很小, 当动载频率由1 Hz增大到5 Hz时, 路基与地基顶面处的应力分别减小了7%和9%;当静载、短时动载和长时动载的峰值为50 kN时, 短时动载峰值作用下路基与地基顶面处的应力和应变分别是静载作用的79%~95%和75%~95%, 而长时动载引起的路基与地基顶面处的应力和应变分别是静载作用的1.0~1.1倍和1.9~3.3倍。      

AZ31B镁合金电子束焊接接头显微组织及疲劳性能

为了改善镁合金焊接接头的微观组织及其力学性能,采用真空电子束焊接工艺对厚10 mm的AZ31B镁合金板材进行焊接,分析电子束对接接头的显微组织、元素分布和物相组成,检测了电子束对接接头静载拉伸性能和疲劳性能.试验结果表明AZ31B镁合金电子束焊接接头的微观组织和力学性能均得到了改善:焊缝区晶粒明显细化,焊缝区Mg、Zn元素的质量分数分别降低了0.12%和0.28%,Al、Mn元素的质量分数分别增加了0.24%、0.14%,焊缝区为单相α-Mg,无明显的低熔点β-Mg17Al12脆性;焊接接头的抗拉强度为242 MPa,能够达到母材的抗拉强度;在脉动载荷（R=0.1）、2×106循环次数下,其接头的疲劳强度为91 MPa,能达到母材的78.4%.      

桩网结构路基格栅加筋作用及其拉力特性研究

为了研究柱网结构路基中土工格栅的加筋作用以及路基在动静荷载下土工格栅拉力的变化特性,建立了高速铁路柱网结构路基足尺物理模型试验装置,用激振器对路基施加动静荷载,利用土压力盒以及布拉格光栅分别监测路基内部土压力以及格栅拉力的变化特征.试验结果分析表明:路基上部荷载对路基内部土拱的稳定性存在影响,随着荷载的增大,土拱出现先强化后弱化的现象;桩土荷载分担比存在上限值,随着桩土差异沉降先增大后减小;当路基上部受到静荷载作用时,土工格栅能够使得桩顶上方承担的静荷载增加约12%,且路基中心处的格栅拉力增长最大;路基在长期动荷载作用下,格栅拉力产生了明显的变化,桩帽中心处的格栅拉力约增长了8%,路基筋材的设计需要考虑路基上方动荷载的影响.      

武汉长江斜拉桥主梁分段施工混凝土接缝性能试验

根据武汉长江公路斜拉桥主梁设计的需要，进行了５片具有分段灌筑接缝的ＰＰＣ形模型梁的试验。结果表明，接缝处混凝土抗拉强度明显降低，其强度降低系数初步建议取０．５；试验表明，接缝对梁的极限抗弯强度的没有影响。     

服役温度对BFRP/铝合金粘接接头静态失效的影响

在车辆轻量化设计过程中, 为了预测BFRP/铝合金粘接接头在服役温度下的静态失效行为, 加工了处于拉应力、剪应力与拉剪组合应力状态的粘接接头, 根据车辆服役温度特点, 选取-40℃、-10℃、20℃、50℃、80℃五个温度测点, 通过准静态拉伸试验, 得到不同应力状态下接头失效强度随温度的变化规律, 分析了粘接接头失效形式和失效准则; 基于粘接接头在不同温度下的拉、剪应力, 建立了接头的二次应力失效准则方程, 对不同温度下的接头强度进行失效预测。分析结果表明: 粘接接头的失效强度受温度的影响明显, 随温度升高, 失效强度减小; 粘接接头中剪应力和拉应力的不同占比也会对接头失效强度造成一定的影响, 随着剪应力比例增大, 温度升高使接头失效强度下降更明显; 相比于低温-40℃, 高温80℃时的拉伸接头与剪切接头失效强度的下降幅度分别为47.77%与61.49%;随着温度升高, 粘接剂的失效应力和杨氏模量逐渐减小, 而失效应变逐渐增大, 说明温度很大程度上影响了粘接剂的力学性能; 粘接接头失效形式为内聚和纤维撕裂的混合失效, 拉应力作用下接头更容易发生纤维撕裂, 并且随温度升高, 纤维撕裂面积减小, 因此, 为了防止纤维撕裂, 需要避免粘接接头受拉应力作用; 粘接接头在不同温度下的二次应力失效准则曲线拟合精度均在0.957以上, 并绘制了失效准则响应曲面, 直观反映了粘接接头失效强度在车辆服役温度下的变化规律。      

纤维沥青胶浆及沥青混合料路用性能研究

以SMA - 10为例,通过动态剪切流变试验、简支梁弯曲蠕变试验、水稳定性试验、车辙试验以及动、静态蠕变试验、恒高度重复剪切试验和4点弯曲疲劳试验,研究了木质素纤维、矿物纤维、聚丙烯腈纤维对沥青胶浆及沥青混合料路用性能的影响.结果表明:纤维的加入可以明显改善沥青胶浆和沥青混合料的高温性能,但同时降低它们的低温抗裂性能;...     

纤维沥青胶浆及沥青混合料路用性能研究

以SMA-10为例,通过动态剪切流变试验、简支梁弯曲蠕变试验、水稳定性试验、车辙试验以及动、静态蠕变试验、恒高度重复剪切试验和4点弯曲疲劳试验,研究了木质素纤维、矿物纤维、聚丙烯腈纤维对沥青胶浆及沥青混合料路用性能的影响。结果表明:纤维的加入可以明显改善沥青胶浆和沥青混合料的高温性能,但同时降低它们的低温抗裂性能;矿物纤维沥青混合料的冻稳定性和高温性能最好,聚丙烯腈纤维沥青混合料的疲劳性能最好;车辙试验、动态蠕变试验和恒高度重复剪切试验结果之间具有良好的相关性,能较好地反映不同纤维对沥青混合料高温性能的影响,而动态蠕变试验得出的黏弹性常数可用来预估沥青面层的车辙。