High speed tensile test of steel sheets for the stress-strain curve at the intermediate strain rate

This paper presents stress-strain curves of steel sheets for an auto-body obtained at intermediate strain rates with a servo-hydraulic type high speed tensile testing machine. The apparatus has the maximum stroke velocity of 7.8 m/sec to obtain the tensile material properties at a strain rate of up to 500/sec. A special jig fixture is specially designed for accurate acquisition of tensile loads with reduction of the load-ringing phenomenon induced by unstable stress wave propagation at high strain rates. Tensile testing of steel sheets for an auto-body was carried out to obtain stress-strain curves of mild steel and advanced high strength steels at strain rates ranged from 1/sec to 200/sec. The test results provide interesting information regarding the stress-strain curves at intermediate strain rates ranged from 1/sec to 200/sec and demonstrate that strain rate hardening is strongly coupled with strain hardening.     

土工格栅经验型蠕变模型及其参数试验

为了探讨土工格栅在长期荷载作用下的蠕变特性,在不同荷载级别和环境温度的各种组合条件下,针对不同规格的土工格栅进行了长期室内蠕变试验,并根据对蠕变试验结果的综合对比分析,探讨了土工格栅蠕变曲线、荷载-应变等时曲线的一般特征。试验与分析结果表明:荷载级别、环境温度、格栅强度与生产工艺是影响土工格栅长期蠕变特性的重要因素。结合粘弹性理论建立了反映土工格栅蠕变特性的三参数经验型本构模型,提出了合理确定模型参数的试验方法,并通过与试验结果对比,分析了荷载级别和环境温度对蠕变模型参数的影响。所建议的格栅蠕变模型能有效地对土工格栅加筋结构长期工作性能进行分析与评价。     

蠕变试验下的橡胶沥青粘弹性能研究

通过弯曲梁流变试验（BBR）得到的蠕变劲度指标,是表征沥青胶结料在低温条件下变形和拉应力的可靠指标。通过不同低温条件下得到的蠕变劲度模量,推导橡胶沥青在BBR试验中的蠕变规律,并建立模型对结果进行模拟分析,最后通过理论模型与试验结果的对比,认为所建立的本构模型能够较准确的反映橡胶沥青的粘弹性能,具有非常明确的物理意义。     

黏土一维剪切流变的等效时间线模型（双语出版）

为揭示变剪应力作用下黏土的流变特性,建立了一维剪切弹黏塑性模型。参照Yin等提出的等效时间流变模型的建模思路,将剪切应变速率分为弹性剪切应变速率和黏塑性剪切应变速率。弹性剪切应变速率与加载路径无关,用非线性函数模拟。而对于黏塑性剪切应变速率,首先基于Singh等提出的常剪应力作用下的蠕变速率经验公式推导黏塑性剪切应变、等效时间与剪应力之间的函数关系式;然后参照Yin等提出的等效时间法,把该关系式通过等效时间代入蠕变速率经验公式,获得以剪应力和剪应变为变量的黏塑性剪切应变速率式。弹性剪切应变速率式与黏塑性剪切应变速率式之和即为一维剪切流变的等效时间线本构关系式,再通过淤泥质黏土的分级加载试验和黄土的加卸载试验与该本构关系式剪切应变表达式之间的比较,验证该模型在变剪应力加载下的适用性。研究结果表明：所构建模型的预测曲线和分级加载试验曲线、加卸载试验曲线吻合较好,这说明该模型在变剪应力加载下具有较好的适用性;模型良好的预测性也说明其建模过程中用到的等效时间法不仅适用于一维压缩流变,还适用于一维剪切流变,拓展了等效时间法的应用范围。     

纳米碳纤维混凝土在劈裂及抗弯试验中的压敏特性研究

为促进智能混凝土材料在桥梁上的应用,通过劈裂及抗弯试验研究纳米碳纤维混凝土的压敏特性。试验结果显示:纳米碳纤维混凝土的电阻会随压应力的增大而减小,随拉应力的增大而增大,电阻变化率与拉、压应力之间呈良好的线性规律;适当掺量且分散良好的纳米碳纤维可以使混凝土复合材料获得良好的压敏特性,成为自身具有损伤评估和应变监测功能的传感器。基于纳米碳纤维混凝土的良好压敏特性,将其作为具有应变监测功能的智能混凝土材料应用于桥梁结构中非常可行。     

石板坡长江大桥钢混结合段局部应力分析

结合石板坡长江大桥的设计及施工特点,运用大型有限元软件ANSYS建立了石板坡大桥钢混结合段结构分析的空间有限元模型,钢箱梁用shell63壳单元模拟,混凝土箱梁用solid95实体单元模拟,预应力钢绞线用link8单元模拟,并采用约束方程模拟预应力筋和混凝土间的粘结作用.根据运营过程中的最不利荷载工况,分析了钢混结合段在4种工况下的应力状态,检验了设计的安全性与合理性.结果表明,除钢箱梁锚垫板下预应力管道支承钢板以及与混凝土箱梁结合面折角处存在应力集中现象、部分拉应力超出混凝土的抗拉强度外,结构总体受力合理,内部应力满足设计要求;鉴于钢混结合段的构造与受力都很复杂,建议在此部分的混凝土箱梁采用钢纤维混凝土作为加强措施.     

UHPC力学性能的多指标分级

材料性能分级是结构设计方法建立的基础性工作。为探究超高性能混凝土（UHPC）合理的材料性能分级方法,以钢纤维掺量为主要参数,开展了3组试验,分别是抗压强度相同的UHPC单轴拉伸（直拉）强度测试、UHPC的抗拉性能（含初裂强度、抗拉强度与峰值拉应变）测试和UHPC劈裂、抗折和直拉强度的对比试验。试验结果表明：UHPC抗拉强度与抗压强度不存在简单的线性对应关系,UHPC性能分级不能仅采用抗压强度这一单一指标,而应同时考虑抗压与抗拉性能;随纤维掺量的增加,UHPC初裂强度、抗拉强度与峰值拉应变的增强幅度并不相同,UHPC抗拉性能分级时,不应只考虑抗拉强度,而应同时考虑3项性能指标;劈裂强度、抗折强度与直拉强度间不存在简单的线性换算关系,抗拉强度应直接采用直拉试验测试。在试验研究的基础上,提出考虑纤维增强作用的UHPC力学性能多指标分级方法。根据大量文献数据的统计分析结果和工程应用情况,建议了UHPC力学性能的具体分级和相应的指标值。     

预制超高性能混凝土π形梁桥的设计与初步试验

为解决传统混凝土简支梁桥接缝多、易开裂、耐久性低等问题,提出一种新型预制超高性能混凝土（UHPC）π形梁桥结构。研究了超高性能混凝土π形梁桥的主梁形式,并与相同30 m跨径传统混凝土T形梁桥进行了对比,结果表明其自重仅为传统混凝土T形梁桥的47%。参考材料试验结果,取设计用UHPC受压本构关系为线弹性,受拉本构关系为理想弹塑性,并根据法国超高性能纤维配筋混凝土（UHPFRC）结构规范对π形梁进行承载能力极限状态及正常使用极限状态下的配筋设计。为探究超高性能混凝土π形梁的抗剪及抗弯性能,对2根1：2截面缩尺梁模型进行试验研究及非线性有限元分析。结果表明：超高性能混凝土π形梁桥的初裂应力及承载能力均满足工程要求;纵向配筋率的提高能够显著提高梁底纵向开裂应变,限制裂缝开展;按法国规范计算相应荷载下的裂缝宽度值大于试验测量值,理论计算偏安全;试验值与模拟值吻合较好,验证了ABAQUS损伤塑性模型中所取材料参数的准确性和适用性;受拉塑性参数中的极限拉应力对于模拟结果影响较大,需根据试验获得准确数值。     

极限状态时CFRP筋粘结式锚具粘结应力分布

结合不同荷载水平下CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer／Plastics）筋的粘结应力分布特点，详细分析了荷载传递机制，论证了极限状态时粘结应力分布是光滑平顺的，并指出了BBA模型的不足之处，从而提出了光滑曲线模型，对CFRP筋沿锚固长度方向的粘结应力和轴力计算公式进行了推导，通过算例对光滑曲线模型的可靠性进行了验证。研究表明，极限承载力的计算结果与实测结果吻合较好，但由于理论模型中峰值应力为埋长小于13倍CFRP筋直径的平均粘结应力，它比实际峰值应力小，导致极限承载力的计算结果均比实测结果小；光滑曲线模型比BBA模型更靠近实测结果；锚固长度越大，极限状态下粘结应力分布越不均匀，极限拉力的实测结果与理论结果差值也越大。研究成果可以为粘结式锚具的设计提供参考。     

高速公路上坡路段半刚性沥青路面的三维有限元分析

运用三维有限元方法,分析了不同道路纵坡下路面结构层层底最大拉应力、层底最大剪应力和土基最大压应变的变化规律,以及上坡路段在不同超载率、路面摩擦系数和温度状况下各主要路面结构力学指标的变化情况,并提出了相应的防治对策。分析结果表明,道路纵坡改变只对面层所受拉力有影响,更易使面层产生开裂;各面层都是剪应力作用的主要集中区域;超载率、路面摩擦系数和温度对上坡路面结构受力都存在不同程度的影响,汽车超载的影响最大。因此,应尽量提高沥青混合料面层的抗拉强度和抗剪强度,并严格限制上坡车辆超载。     

基于位移释放系数的深埋圆形压力隧道力学行为的解析解

为解决含有孔隙水的可渗透岩层中隧道围岩的力学行为，采用复变函数法与Biot孔隙弹性理论相结合的方法，建立了一个基于位移释放系数的可渗透深埋圆形压力隧道的应力和位移的解析模型。根据应力应变本构方程及平面应变协调方程导出了应力函数的非齐次双调和方程。选取计算参数进行算例计算，并将计算结果与商业有限元软件的计算结果进行对比，两者基本一致。通过选取不同的隧道参数及远场应力比进行敏感性分析，发现隧道在软衬砌和硬衬砌条件下会产生较大差异的力学行为。位移释放系数和孔隙压力对围岩中的环向应力和径向应力有显著的影响。     

Application of warm forming aluminum alloy parts for automotive body based on impact

Aluminum alloys are important technological materials for the application on lightweight design and development of vehicle body. The research works for characterizing warm forming behavior of aluminum alloys have generally reported. However, there were few researches focused on the flow behavior of warm forming aluminum alloy parts for the energy absorbing performance during crash. The tensile stress-strain response for warm forming AA5182 specimens tested under the strain rates of 0.0015 s^?1, 0.015 s^?1, 0.15 s^?1 and 1.5 s^?1 are presented in this paper. The data were fit to the Johnson-Cook constitutive model for the simulation of frontal impact. The energy absorbing performance of warm forming AA5182 parts were analyzed. The results show the higher flow stresses and lower fractured strain of warm forming aluminum alloy parts with the strain rate increasing. The flow stresses of warm forming aluminum alloy parts are insensitive to strain rate, while the fractured strain and elongation are sensitive to strain rate. The intrusion displacement of the warm forming aluminum alloy parts is appropriate for the satisfaction of vehicle body design avoiding the excessive deformation for the injury of passenger or the failure of frontal door opening. The feasibility of warm forming aluminum alloy parts is verified with the analysis of energy absorbing performance, stiffness and modal of vehicle body.     

卸荷下老黏土的静力特性试验研究

为了研究老黏土在卸荷条件下的强度和变形特性,利用应力路径三轴仪对武汉地区具有代表性的老黏土进行固结不排水三轴试验。通过与软黏土的已有研究成果进行对比,探讨了卸荷条件下老黏土主要破坏的型式和应力-应变归一化特性。基于Duncan-Chang模型,验证了适合武汉老黏土的非线性弹性模型,总结出老黏土的变形发展规律,并给出了Duncan-Chang本构模型参数建议值。     

软胶结模型参数对黄土应力-应变特性的影响

采用颗粒流方法开展三轴压缩的离散元分析,研究软胶结接触模型在模拟黄土时其细观参数对力学特性的影响;依次改变需考察的参数取值,分组进行三轴压缩.结果表明:在模拟低含水率、结构性强的软化型黄土时有较好契合度;摩擦系数、胶结强度对应力-应变曲线软化类型及偏应力峰值影响较大,法向与切向刚度比,胶结抗拉强度等不改变软化类型,只影...     

柴油机气缸盖热负荷仿真分析

以某6V110高强化柴油机为研究对象,建立单排冷却水套流场分析模型,确定冷却效果最差的一缸。考虑材料塑性因素,建立该气缸盖流固耦合和结构分析模型,研究热应力的分布特点。结果表明,该气缸盖火力面最大应力及塑性应变均出现在排气道与气门交汇处,排气门侧发生疲劳破坏的可能性较大,与试验结果相符。基于流固耦合计算模型,采用正交设计方法研究了影响气缸盖热负荷的因素,燃气温度和冷却水流量是影响热负荷的主要因素。     

钢纤维特性对UHPC轴拉性能与弯拉性能的影响及对比研究

为定量地研究钢纤维特征参数对超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）受拉性能的影响规律,现对同一纤维体积掺量（2%）下不同纤维长径比（59~100）、不同纤维类型（端钩型与平直型）及无钢纤维的UHPC试件分别开展了轴拉试验与四点弯拉试验。通过选取拉伸全曲线上的初裂点、峰值点及其他几个特征点,定量地分析了UHPC拉伸过程中的轴拉性能与弯拉性能,并对2种拉伸试验下的初裂强度与峰值强度进行了对比与分析,最后利用ABAQUS软件对2种拉伸全曲线进行了有限元倒推分析。研究结果表明：①随着一定范围内的纤维长径比的增加,与轴拉试验相比,UHPC试件的拉伸强度和拉伸韧性在弯拉试验中提升得更明显;②无论是端钩型还是平直型纤维试件,轴拉应变达到3 000×10^-6时的应力均高于7 MPa,且大弯拉变形状态下的强度均仍为弯拉初裂强度的1.17~2.43倍;③有无钢纤维对UHPC轴拉性能与弯拉性能均具有不同程度的裂后增强效果,其中后者优于前者;④在UHPC结构设计中可用考虑尺寸效应修正后的弯拉初裂强度来估算轴拉初裂强度,且扣除纤维取向的影响后,基于ABAQUS有限元软件倒推输入的三折线轴拉本构与实测的轴拉本构基本相符。     

脱黏对桁架式钢管混凝土拱桥受力性能的影响

采用平面应变理论推导了轴向压力、温度荷载、收缩应变作用下钢管和核心混凝土界面拉应力的计算公式;提出了钢管混凝土拱桥完全脱黏的计算模型,分析了脱黏对桁架式钢管混凝土拱桥内力、刚度和面内极限承载力的影响;提出了采用内法兰构造在有限点限制钢管与核心混凝土相对滑移的脱黏对策,并以茅草街大桥实测数据对内法兰构造的有效性进行了验证。结果表明:脱黏使桁架式钢管混凝土拱桥钢管内力增大,结构刚度降低,面内极限承载力下降;在有限点设置内法兰构造使得脱黏之后桁架式钢管混凝土拱桥的受力性能与黏结良好时比较接近。     

不同湿度粘性路基土动态回弹预估研究

研究以滤纸法测量了粘性路基土基质吸力,获得了土水特性曲线。通过动三轴试验,研究了不同含水量下粘性路基土动态回弹模量,并于试验后以滤纸法测量土样的基质吸力,并探讨了粘性路基土动态回弹模量与基质吸力的关系。研究表明,粘性路基土动态回弹模量随循环偏应力和含水量的增大而减小,随基质吸力的增大而增大。鉴于动态回弹模量是偏应力和体应力的函数,在现有偏应力和体应力为变量的三参数复合模型基础上引人基质吸力的影响,进而提出综合反映湿度和应力状态的动态回弹模量预估模型。通过对试验数据进行回归分析,结果表明所选模型具有较高的决定系,证明所选综合考虑应力和湿度影响的模型具有较高的合理性与可靠性。模型的建立,不仅为南方多雨地区评价路基土在环境和交通荷载作用下长期性能提供了依据,也为基于动力学的路面结构设计提供了参数。     

Fracture loci of DP980 steel sheet for auto-body at intermediate strain rates

This paper introduces the effect of the strain rate on the ductile fracture of DP980 1.2t steel sheet. Tensile tests of DP980 sheet are performed at a range of strain rates from 0.001 s^?1 to 100 s^?1 with three different shapes of specimens: the diagonally notched specimen for the in-plane shear test; the dog bone specimen for the uniaxial tension test; and grooved specimen for the plane strain tension test. To trace the strain on the surface of the specimen, 2-D digital image correlation (DIC) technique is adopted to encompass the remarkable transition of the fracture characteristics including the fracture strain, loading path and strain rate sensitivity. The negative stain rate sensitivity is observed on the equivalent strain to fracture which corresponds to the experimental results at low strain rate ranging from 0.001 s^?1 to 0.1 s^?1. The transition of thermal condition from isothermal to adiabatic comes into play to increase the equivalent strain to fracture at the intermediate strain rate from 0.01 s^?1 to 1 s^?1. The fracture loci incorporating with the Lou-Huh ductile fracture criterion are developed to identify the strain rate effect in the wide regime of triaxiality.