PZT 铁电陶瓷细观结构及其力学行为分析*

研究了PZT 25 铁电陶瓷的细观结构及其轴向压缩和四点弯曲试验条件下的力学性能 和断口形貌。观察分析表明此铁电材料当自发极化和自发应变时产生的内应力均由 晶间和晶内微裂纹释放, 自发极化和自发应变初始边界条件可满足, 故轴向压缩和 四点弯拉伸的破坏只与畴变时引起的新增微裂纹和初始微裂纹的扩展有关。      

碱式硫酸镁混凝土的纤维增韧机理及本构关系

为探究新型碱式硫酸镁混凝土的纤维增韧机理,通过室内单轴压缩试验分析了不同纤维类型、不同纤维掺量、不同纤维长度对碱式硫酸镁混凝土的强度、弹性模量、峰值应力、峰值应变、压缩韧性指数的影响,进而得出纤维碱式硫酸镁混凝土的本构关系。试验结果表明：纤维碱式硫酸镁混凝土在受压破坏时,呈现明显的塑性破坏特征,长纤维能有效抑制主裂纹的产生,短纤维可以阻止微裂纹扩展,掺量为0.2%,长度12 mm的纤维时峰值应力和峰值应变提升效果最明显,峰值应变提高率为35.9%。在试验结果的基础上提出了关于纤维掺量和纤维长度因素的单轴压缩应力-应变全过程曲线方程,对拓展其在土木工程行业中的应用领域具有实际意义。     

热机械循环迭加对断裂寿命及断裂行为的影响

在分析热机械疲劳应力状态基础上，测定了热机械疲劳断裂寿命曲线，并研究了断裂特征行为对热机械循环迭加方式的依赖关系。蠕变裂纹萌生与疲劳裂纹扩展是在具有大应变幅的反相迭加条件下试样断裂主要机制。降低热循环范围的最低温度导致疲劳裂纹萌生及扩展，从而加速了穿晶疲劳断裂过程，降低了断裂寿命。晶界上分布的非金属夹杂物诱发沿晶开裂，但晶内夹杂物对穿晶裂纹扩展过程影响不大。减少或消除非金属夹杂物含量有益于提高工程     

界面裂纹尖端场的有限变形分析

采用完全非线性弹性理论，研究了两类不同压缩材料形成的界面裂纹尖端场，通过将裂纹尖端场划分为收缩角区和扩张角区，得到并求解了裂尖场的渐近方程，揭示了应力、应变场所示的奇异特性。     

闭孔泡沫铝的孔隙结构及压缩变形过程研究

为研究压缩空气法制备的闭孔泡沫铝的孔隙结构对其力学性能的影响和压缩变形过程,测量了不同密度泡沫铝的孔隙结构参数,分析了孔径与密度关系,并通过单向压缩实验,分析了密度对破碎压力和杨氏模量的影响以及裂纹产生与扩展情况.研究结果表明：泡沫铝的孔径与密度的关系为ρ＊=0.108 5＋4.862 7exp（-0.608Φ）.在单向压缩时,随着压缩载荷的增加,孔壁在弹性变形后产生弯曲,裂纹首先在应力集中的缺陷处和孔壁强度低的位置产生向次薄弱的孔壁扩展.应力水平越高,裂纹扩展越快;当孔的壁面上存在强度差异时产生褶皱;裂纹贯穿孔壁后发生失稳断裂并可能发生转动,并导致塑性坍塌;应变继续增加,孔穴破碎进入致密化过程.     

冻融混凝土本构关系与孔结构特征研究

为分析冻融循环作用下混凝土材料的静态力学性能,并探讨立方体试块轴向压缩破坏过程和形态,依据慢冻法试验标准开展了混凝土冻融循环试验,测定未冻融、冻融25次、冻融50次及冻融75次混凝土的单轴压缩应力应变曲线和劈裂拉伸强度;结合孔隙结构的电镜扫描图像分析其劣化成因;同时利用ABAQUS有限元软件及混凝土损伤塑性模型对混凝土立方体试块的轴向压缩破坏过程及破坏形态进行数值模拟.试验结果表明:混凝土抗压强度、弹性模量和抗拉强度随冻融循环次数的增加而降低,变形增大;冻胀作用导致混凝土内部结构疏松造成其宏观力学性能劣化;数值模拟表明,立方体试件在压缩过程中竖直方向缩短、水平方向膨胀,裂缝在产生最大拉伸应变的区域扩展并最终形成四角锥破坏形态.     

时速600公里磁浮列车隧道初始压缩波洞内传播特征和洞口微气压波特征

基于三维数值模拟方法，采用一维可压缩非定常不等熵流动模型和改进广义黎曼变量特征线方法，在隧道入口端未设置以及设置开口型缓冲结构条件下，分别研究了初始压缩波在隧道洞内的传播及洞口(默认为出口)的微气压波特性。研究结果表明:隧道入口设置开口型缓冲结构与无缓冲结构相比，其产生的初始压缩波的最大压力梯度下降了67.56%；初始压缩波在隧道内的传播过程中存在先激化后衰减的过程，其中未设置缓冲结构和设置开口型缓冲结构的临界长度分别为2和6 km，而满足微气压波控制标准的临界隧道长度分别为33和34 km；虽然开口型缓冲结构可较大幅度降低初始压缩波的最大压力梯度，但是对于长大隧道而言，由于传播过程中压缩波不断激化，开口型缓冲结构实际上对减缓微气压波的作用存在较大幅度的弱化，建议还应采取如竖井等工程措施以减缓激化；缓冲结构对不同隧道长度的洞口内压缩波的最大压力梯度的影响不同，所以需要结合不同类型缓冲结构和长度等因素来确定对应的最佳隧道长度匹配关系。      

道砟尖角折断的三轴压缩试验与离散元数值分析

为研究道砟尖角折断对道床变形和力学性能的影响,开展了一系列多围压(10、30和60 k Pa)下三轴单调压缩试验,并对道砟样本轴向应变、体积应变、偏应力和道砟试验前后粒径变化进行了统计与分析.在此基础上,利用离散单元法建立了可破裂道砟细观分析模型,统计数值试验中不同围压下断裂尖角数量及位置等.试验仿真表明:道砟试样偏应力随轴向应变的增大而增加,最终达到一个相对稳定值;极限偏应力随围压的增大而增大,且两者之间接近线性关系,当围压由10 k Pa增加到60 k Pa时,极限偏应力由93 MPa增加到387 MPa;道砟样本的剪缩应变随围压提高而增大,围压为10 k Pa时,道砟样本未发生剪缩变形,围压为60 k Pa时,道砟样本的剪缩应变为0.21%;尖角折断数目随样本轴向应变增加而相应增长,且主要发生在上下加载面附近.     

长期负载下CFRP约束混凝土圆柱轴压试验研究

为探讨长期负载下混凝土的收缩徐变和CFRP（碳纤维布）徐变对CFRP约束混凝土柱轴向受压性能的影响,在3种不同加载模式下对12个圆柱进行了长期负载轴压试验,研究了在不同加载模式和不同负载水平下试件的破坏特征及长期荷载对约束柱变形、峰值点应力和应变的影响。试验结果表明:CFRP包裹后的试件均是由于纤维环向拉断导致柱子最终丧失承载力,且CFRP拉断位置一般集中分布在试件的中部附近;在长期荷载作用下,CFRP包裹后的试件比未包裹试件的长期变形要小,并随负载水平的提高,试件的长期变形增大;在不同加载模式下,长期负载对峰值点应力、应变的影响各不相同;初始负载对峰值点应力、应变的影响随负载水平的提高而增大,在负载水平较高时,峰值点应力降低约13%,峰值点应变降低约6%。      

基于断裂力学的大体积混凝土施工阶段裂纹研究

从断裂力学的角度分析了大体积混凝土施工阶段微裂纹的发展规律,提出大体积混凝土保温措施可有效抑制初期微裂纹生成,从而为提高大体积混凝土结构施工期质量并减少结构内部初始微裂纹提供了理论基础。研究结果表明施工期减小大体积混凝土内外温差是进一步限制裂纹生成的关键。     

饱和粘土三轴冻胀应力-应变关系试验研究

为探讨土体在冻结过程中的力学性能,对饱和粘土在不同约束条件下的冻胀应变与冻胀应力之间的关系进行了室内试验研究,并提出了一种三轴冻胀应力-应变关系．结果表明：三轴冻胀应力-应变关系呈对数曲线变化;测力环刚度、初始轴向压力及围压对冻胀应力和冻胀应变有显著影响．     

钢桥面板U肋-盖板焊缝疲劳裂纹萌生仿真

为建立适用于钢桥面板U肋-盖板焊缝疲劳裂纹萌生分析方法,以Roe-Siegmund循环内聚力模型为基础,考虑混合加载模式下的内聚力参数转换,对ABAQUS进行二次开发,形成反映疲劳累计损伤的VUMAT子程序;通过试验数据获得了Q345钢材对应的焊接区域材料内聚力参数,基于Voronoi图法、焊接区域晶粒微观形态与力学特性建立了U肋-盖板焊缝焊趾处微观晶粒组织,并与宏观二维平面应变模型合并,模拟了多尺度疲劳裂纹萌生;结合等效结构应力法和线弹性断裂力学裂纹扩展理论,考虑初始缺陷形态和疲劳断裂临界标准反推了不同应力水平下的累积内聚力长度,进而得到疲劳裂纹萌生寿命的计算方法。分析结果表明：采用提出的方法模拟U肋-盖板焊缝焊趾裂纹萌生行为时,裂纹在焊趾处萌生并垂直于顶板表面进行扩展,形成了穿晶断裂模式,微观晶粒组织应力分布随裂纹萌生及短裂纹扩展而不断变化,且随着微观晶粒组织分布和力学特性的随机性变化,仿真结果中的短裂纹扩展路径细节与临界循环次数均不相同;反推得到的累积内聚力长度随初始缺陷形状比、长裂纹扩展临界深度、微观晶粒组织分布及其力学特性以及所处应力幅值的不同产生变化,考虑上述因素获取的累积...     

地震作用下锚杆支护边坡动力响应

为研究填土边坡锚杆的动力响应特征与失效模式,进行了锚杆格构支护土质边坡振动台模型试验,采用正弦激励,分别对边坡的加速度和锚杆的轴向应变进行了监测。分析结果表明:在同一振动频率下,锚杆轴向动应变幅值随加速度峰值的增大而增大;加速度峰值较小时,应变基本在固定正负值之间往复循环,边坡处于稳定状态;随着加速度峰值增大,锚杆的最大与最小应变不再稳定,但变化不是很大,边坡仍处于稳定状态;当加速度峰值达到破坏峰值时,锚杆轴向应变不再具有规律性,滑面处锚杆轴向应变突变最明显,滑体与稳定体之间发生明显的相对位移。加速度峰值较小时,中下层锚杆轴向应变较大,中层锚杆应变约为顶层锚杆应变的2倍;随着加速度峰值的增大,顶层锚杆轴向应变逐渐变大,主要由中上层锚杆承受荷载;当加速度峰值达到破坏峰值时,各层锚杆的动应变最大值急剧增大,中层锚杆应变变化幅度最大,振动过程中滑体与滑床之间出现明显分离,锚杆被拔出。可见,传统的边坡锚杆设计思想"强腰固脚"适合于地震设防烈度较小地区,对于设防烈度较大地区,锚杆设计时需适当增加上层锚杆和腰部锚杆的锚固长度。     

基于能量平衡原理的水力劈裂能量耗散研究

在页岩气开采中,水力劈裂总的能量耗散是评价页岩气是否具有可开采价值的一个重要指标。基于Griffith能量平衡原理,推导了平面应变问题水力劈裂过程中系统的总能耗的理论公式。分析了裂纹扩展速度、水的黏滞性和裂纹面的形态对系统总能耗的影响,得出了高脆性岩石材料在较低裂纹扩展速度下有利于节省水力劈裂的总能耗。同时推导了在等流量注水时单位时间的能量耗散表达式,随着裂纹的扩展,单位时间的能量耗散逐渐递减,因此,加压设备的功率主要取决于初始裂纹劈裂时的加载能力。该结论对于评估和改进水力劈裂开采页岩气有一定的借鉴意义。     

压缩工况下针数和针的分布对胫骨骨折外固定器稳定性的影响

目的　揭示胫骨中段横型骨折时不同针数和针分布对胫骨 外固定器系统稳定性的影响。方法　以人尸体干燥胫骨中部横型骨折行单臂外固定为实验模型。选用胫骨 18根 ,分 6组 ,每组分别在 2根钉和 3根钉情况下 ,于骨折端及钉骨界面附近粘贴电阻应变片 ;按照钉于骨折端两侧均匀、靠近及远离骨折端分布三种模型 ,在轴向压缩工况下 ,用电测法观测各模型在不同等级加载条件下骨表面的应变及骨外固定器系统的轴向位移。结果　①压缩工况下 ,钉均匀分布时 ,节点位移和剪切力是同一钉数模型下最小的 ;② 6钉分布时外固定器的刚度较大。结论　应用单侧外固定器治疗胫骨骨折时 ,应采用 4钉均匀分布 ,条件许可时采用 6钉均匀分布。     

机翼结构件的疲劳测试

在交变载荷作用下,在机翼腹板结构件表面粘贴应变花,实时监测疲劳试验时试件的应力应变状况,采用X射线确定了疲劳破坏后的试件表面和内部裂纹的大小与位置,分析了结构件结构损伤的部位和损伤程度,预测了结构件的裂纹扩展寿命。测试结果表明:在40kN正弦交变压缩载荷作用下,试件的疲劳寿命约为100万次,符合疲劳寿命分布预期1万～100万次;疲劳试验测得的应力与理论计算结果有相近的变化趋势,误差约为10%;高锁螺栓和薄板断裂破坏是该处过大的载荷和绕x轴的弯矩共同导致的;估算的疲劳裂纹扩展寿命为10 183次。     

侧向卸荷条件下结构性软黏土蠕变特性试验研究

通过对温州瑞安软黏土侧向卸荷条件下的三轴不排水蠕变试验，研究侧向卸荷路径和结构性对软黏土时间-应变曲线、等时曲线等典型蠕变特性的影响；建立侧向卸荷条件下软黏土的蠕变稳定时间模型，分析应变率与土体蠕变破坏标准之间的关系，并验证其对不同地区不同应力路径结构性软土的适用性. 研究结果表明:当土样卸荷量与初始固结应力的比值达到0.2～0.3时，土样达到蠕变破坏；变形发展可分为瞬时变形、衰减蠕变、等速蠕变和加速蠕变4个阶段. 当不同围压下的土样进入加速蠕变时，其应变率对数与蠕变时间存在良好的线性关系，该加速蠕变临界线可作为卸荷蠕变破坏的判据；蠕变稳定时间受结构性的制约和影响，侧向卸荷条件下，土样发生蠕变破坏时的轴向应变随固结压力的增大而增大，长期强度指标黏聚力下降超过50%，内摩擦角则基本不变，导致浅层结构性软黏土长期强度衰减严重，蠕变破坏应变较小，施工和监测时需重点关注.      

人湿桡骨干的冲击压缩实验研究

目的　探讨人湿桡骨密质骨在不同应变率下的力学性能及其分布规律、对应变率的相关性和本构关系。方法　用分离式hopkinson压杆技术 (SHPB)对人湿桡骨密质骨进行了应变率分别在 ε =0 .6× 10 3 s-1和 ε =1.2× 10 3 s-1条件下的冲击压缩试验。结果　桡骨在高应变率下的力学性能随其轴向位置变化 ,呈现出中部强两端弱的分布 ,且非对称。桡骨的极限强度和压缩模量随应变率的提高而增大 ,在高应变率段尤为显著 ,而且表现出非线性粘弹性的力学行为。结论　在冲击压缩力下 ,桡骨的两端 ,尤其是远端容易骨折 ,并与时间有关。     

基于构型力断裂准则的骨料干涉作用分析

为研究沥青混凝土内部裂纹初始构型（如裂纹初始偏转角,空间位置）的改变对裂纹扩展路径以及裂纹扩展方式的影响,以裂尖构型力为断裂准则,通过扩展有限元XFEM建立具有不同初始构型的裂纹模型,模拟裂纹经过单骨料和非对称双骨料的情况;从裂纹扩展路径和裂尖构型力变化等方面分析骨料干涉作用下裂纹初始构型对裂纹扩展的影响.结果表明：1）在单骨料干涉作用下,裂尖构型力随骨料与初始裂尖夹角的增大而逐渐增大,表明骨料对裂纹扩展的干涉作用逐渐减弱,当其超过60°后,骨料对裂纹扩展的干涉作用可忽略不计;2）在非对称双骨料干涉作用下,随着骨料圆心连线与x轴夹角的增大,双骨料对裂纹扩展干涉作用愈加明显,当其大于45°时,裂尖构型力明显偏小,即骨料对裂纹扩展表现出“止裂”效果;3）当裂纹初始偏转角发生改变时,单骨料与非对称双骨料对裂纹扩展的干涉作用具有相似性,其裂尖构型力随偏转角增大呈现先增加后减小的趋势;4）当偏转角为45°时,裂尖构型力偏大,意味着裂纹趋于非稳定状态,骨料对裂纹扩展的抑制效果较弱,致使骨料对沥青混合料抗裂性能的提高受到一定限制.     

红层泥岩加卸载力学特性与能量演化机制

为研究红层泥岩的力学特性和能量演化规律，基于5种不同围压梯度（200、250、300、350、400 kPa）及轴压与围压不等速率的应力路径，以四川遂宁地区红层泥岩为例开展了室内循环加卸载试验，得到围压效应对红层泥岩力学特性、总应变能密度、弹性应变能密度、耗散能密度的影响，以及应力-应变与能量之间的演化规律.研究结果表明：从初始加卸载至试验结束，轴向应力输入的总能量密度、弹性应变能密度以及耗散能密度总体呈先增大后减小的“正态分布”形式；在峰前阶段，弹性应变能密度与耗散能密度间的差值会随着循环加卸载次数的增加而增大；围压的侧限作用提高了试样承载能力，总能量密度、弹性应变能密度以及耗散能密度随着围压的增大而增大；在峰后阶段，当围压≤300 kPa时，耗散能密度低于弹性应变能密度，而围压>300 kPa时，耗散能密度高于弹性应变能密度，围压增大会进一步抑制试样破坏后弹性应变能密度的释放；相同围压下，随着干湿循环次数的增加，干燥、饱和状态下的抗压强度和弹性应变能密度均呈负相关关系；相同干湿循环次数，干燥状态的抗压强度和弹性应变能密度比饱和状态高，呈正相关关系.