双曲面本构中单轴棘轮描述的塑性模量研究

开展了两种材料在不同应力水平和不同应力幅值下的单轴棘轮效应实验,进行了实验结果的塑性流动特性分析;揭示了单轴应力循环下的棘轮效应特征和塑性模量在正、反向加载时所遵循的不同演化规律,分析并指出了现有双曲面本构模型无法正常描述棘轮效应的实质。在此基础上,引入了新的塑性模量演化公式,并开展了数值模拟,通过与实验结果比较发现,两者吻合较好,从而验证了塑性模量演化公式的合理性。     

纯铝的多轴非比例循环塑性行为实验研究

为纯铝材料进行了４种应变路径和２种轴向应力－扭转剪应变组合路径的非比例循环试验,揭示了纯铝在非比例循环加载下塑性应变率方向和塑性模量的演化特征;分析了纯铝的多轴棘轮行为。得到了一些有意义的结果。     

比例及非比例路径下16Mn钢的应力控制循环加载实验

应用MTS809系列电液(elec-hydrolic)伺服实验机及Teststar控制系统,对16Mn进行了应力控制的单轴及多轴非比例循环实验。研究了应力幅值大小及其历史对单轴及多轴棘轮效应的影响,结果表明,随着应力幅值的增加,棘轮应变增加,并逐步趋于稳定;同时,先前较大的应力幅值历史遏止了后继较小应力幅值下的棘轮效应。     

1Cr18Ni9Ti不锈钢单轴饱和棘轮演化模型

在常温与高温下，对1Cr18Ni9Ti不锈钢进行单轴应力控制下的棘轮循环试验，分析峰值应力、平均应力、低应力循环历史及温度对饱和棘轮应变的影响．基于峰值应力与饱和棘轮应变的单调抛物率关系及棘轮门槛应力值与温度的线性关系，利用单试样法建立了1Cr18Ni9Ti不锈钢常温和高温下的饱和棘轮演化模型。     

316L不锈钢的高温单轴应变循环与棘轮行为试验研究

对３１６Ｌ不锈钢进行了单轴应变和应力控制下的室温和高温循环试验。研究了３１６Ｌ不锈钢在室温及高温的应变循环下的循环应变幅值以及应变幅值历史效应、平均应变对循环特性的影响。对该材料在应力循环下的应力辐值、平均应力及其历史对循环蠕变（棘轮效应）的影响进行了分析。发现３１６Ｌ在非对称单轴应力下的棘轮效应不但依赖于当前加载状态，而且依赖于其加载历史。     

比例及非比例应力循环加载条件下的棘轮效应研究

通过对两种不锈钢材料分别进行比例和非比例应力循环加载棘轮效应试验, 揭示了两种不锈钢材料的棘轮效应的一些特征, 和导致这些棘轮效应特征的原因, 得到了一些有意义的结果,为建立能较为精确地描述结构在多轴应力循环下的累积变形的本构模型提供了一定的实验及理论分析依据     

比例及非比例应力循环加载条件下的棘轮效应研究

通过对两种不锈钢材料分别进行比例和非比例应力循环加载棘轮效应试验。揭示了两种不锈钢材料的棘轮效应的一些特征，和导致这些棘轮效应特征的原因，得到了一些有意义的结果，为建立能较为精确地描述结构在多轴应力循环下的累积变形的本构模型提供了一定的实验及理论分析依据。     

一种预测材料单轴饱和棘轮应变的本构模型

通过大量单轴棘轮实验,研究了均值、幅值、峰值和谷值应力对304不锈钢的饱和棘轮应变的影响规律以及棘轮历史对材料棘轮饱和变形状态的影响。结果表明,均值、幅值和谷值3种应力参量两两之间构成制约棘轮变形的二元参量,峰值应力与饱和棘轮应变之间在不受均值、幅值和谷值应力影响的单调函数关系,因而峰值应力是导致材料正向棘轮变形的根本原因。根据这一现象,提出了棘轮门槛应力值σrth和棘轮应力σr的概念,建立了基于单参数控制的、用于饱和棘轮应变预测和饱和棘轮本构模型SRM。实验发现,先前低循环应力水平下材料棘轮行为对后继高循环应力水平下的饱和棘轮变形无影响,进而提出了单试样法,利用该方法来确定SRM本构模型材料参数只需1-3个试样。基于单试样法建立的SRM模型用来预测在独立加载工况下304不锈钢试样的饱和棘轮应变,其安全因子介于1-1.3之间。σ     

岩石循环冲击损伤模型及其参数的确定方法

建立了基于 Weibull分布的统计学岩石冲击损伤本构模型。在理论假设的基础上,通过公式推导,建立了岩石单元体损伤本构模型。并通过数学的方法,确定了模型中参数的计算公式和方法,明确了参数的物理意义。建立了岩石在循环冲击作用下的损伤变量的表达式,分析了岩石在循环冲击作用下的损伤累计演化规律。在中南大学动静组合加载实验系统上,开展了岩石在不同应力状态下的循环冲击实验,将实验数据带入本构模型中。分析结果表明：实验曲线与理论曲线接近重合,验证了该模型的合理性;初步分析了岩石在循环冲击作用下的损伤演化规律以及破坏失稳过程。该实验为岩石在动力扰动作用下的力学机理以及岩爆产生的机制提供了一定的理论依据。     

沥青混合料动态模量与动稳定度关系的试验研究

通过室内试验,对4种不同沥青结合料生产的不同级配的沥青混合料进行单轴压缩动态模量试验以及车辙试验,并对不同温度下所测出的动态模量与对应沥青混合料的动稳定度结果进行分析。分析结果表明,加入添加剂的沥青混合料在动态模量提升的同时,动稳定度也有所提高,但是二者并不是线性比例关系。     

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.     

室温下不锈钢的多轴时相关循环变形行为

对1Cr18Ni9不锈钢在室温下的非比例多轴时相关循环应变特征和棘轮行为进行了试验研究，以考察应变率、应力率和加载路径对其循环变形行为的影响．结果表明，1Cr18Ni9不锈钢的循环应变行为和棘轮行为对应变率、应力率很敏感，具有时相关特点：在多轴应变循环下，其最大等效应力随应变率增大而增大；在棘轮试验中，其轴向棘轮应变则随着应力率减小而增大．此外，加载路径对1Cr18Ni9不锈钢的循环粘塑性变形行为也有较大影响：多轴应变循环下，在所采用的直线、菱形和圆形3种加载路径中，圆形路径引起的非比例附加硬化程度最高，其次是菱形路径．然而，试验发现，在多轴棘轮试验中，圆形路径产生的棘轮应变高于菱形路径.     

双金属板材的性能失配效应问题分析

采用理论分析对双金属板材的性能失配效应问题进行了定性分析，并以四种双金属板材的轧压成形为例，进行了弹塑性有限元分析，由分析结果可知：两金属组元材料性能差异在其结合界面处引起应力集中，其弹性模量差异对界面的最大接触应力的影响比较明显，泊松比差异对界面最大等效应力的影响比较明显，屈服极限和塑性硬化切向模量差异将在界面处产生附加拉应力，当附加拉应力超过界面结合强度时，结合界面上会出现裂纹．这些规律为解决双金属板材性能失配效应问题提供了分析数据和方法．     

水泥改良土力学特性试验研究

在大量动静三轴试验的基础上,研究了水泥改良土试样的应力．应变关系,掺和比及围压等影响因素,以及临界动应力、累计塑性应变、弹性应变及回弹模量的变化规律,同时,还研究了水泥土的回弹模量和动弹性应变与振动次数的变化规律．试验结果表明：水泥土的应力．应变曲线呈软化型,存在明显的应力峰值点;动应力存在一个临界值,土体的变形分为衰减型、破坏型及临界型;水泥土的临界动应力是素土的两倍以上,随掺和比的增加而增长,但增长趋势变缓．     

沥青混合料高温蠕变试验方法研究

沥青混合料是一种颗粒性的黏弹性材料。沥青混合料力学特性的颗粒性特征决定了无侧限的单轴蠕变试验方法,通常在常温下可以采用较高的应力水平;在高温时却只能采用较低的应力水平,否则试件将会提前破坏。然而,道路使用过程中所承受的重载往往超过0.8 MPa,路面温度也达到60℃。因此,采用厚车辙板试件(30 cm×30 cm×10 cm)进行单轴蠕变试验(即单轴贯入蠕变试验),利用厚车辙板试件本身为荷载作用下的沥青混合料提供侧向约束,为研究沥青混合料在高温、载重作用下的黏弹特性提供合理的试验方法。     

双线性强化隧道和桩孔三剪弹塑性解

将隧道和桩孔简化为厚壁圆筒, 基于三剪强度准则和双线性强化模型, 考虑材料的应变强化和中间主应力效应, 推导了厚壁圆筒在均匀内外压作用下的弹塑性极限解, 并给出恒定外压条件下塑性区半径与内压的关系式, 分析了强化模量系数、半径比、中间主应力与材料强度拉压异性对厚壁圆筒弹塑性极限解的影响规律。研究结果表明: 所得弹塑性极限解克服了Tresca屈服准则与Mises屈服准则未考虑拉压异性, Tresca屈服准则与Mohr-Coulomb屈服准则未考虑中间主应力与双剪强度理论极限解存在滑移面突变现象的不足; 弹塑性极限解均随半径比与中间主应力影响系数的增大而增大, 随拉压强度比的增大而减小, 外压对极限内压的影响程度随着拉压强度比的增大而减小; 当强化模量系数为0.1、半径比为2时, 考虑强化效应的塑性极限内压比不考虑时相对增大10%以上, 随着半径比增大到4, 塑性极限内压比不考虑强化效应时相对增大38%以上, 强化效应影响更加明显, 故对于存在应变强化效应的材料, 采用双线性强化模型的分析结果更接近工程实际; 当不考虑中间主应力与应变强化时, 土体的极限扩孔压力弹塑性极限解与Vesic解相差在0.02%以内, 当考虑了土体的中间主应力和应变强化效应后, 塑性区半径与内半径比为10时, 弹塑性极限解分别是Vesic解的1.06、1.81倍, 因此, 基于Vesic解的极限扩孔压力过于保守。      

循环荷载下压实粉土的动态特性

为了研究交通循环荷载下黄河冲积粉土的动态特性,基于室内应力控制式动三轴试验,并考虑动应力、含水率两个因素的变化,研究了压实粉土的累积塑性变形、回弹模量及临界动应力的变化规律.试验结果表明:循环荷载下压实粉土的累积变形与动应力、含水率的高低均有关,动应力越大,累积变形随含水率增加而增长较快;压实粉土的回弹模量随动应力增加而缓慢降低,随含水率增加线性减小;压实粉土的临界动应力随含水率增加线性降低.