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单轴拉伸条件下脆性岩石微裂纹损伤模型研究

固体力学学报 2009年第5期30卷 509-514页

作者：周家文徐卫亚四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室成都610065 河海大学岩土工程研究所南京210098

利用断裂力学、损伤力学和均匀化原理,对脆性岩石单轴拉伸条件下的力学特性进行分析,建立了脆性岩石的微裂纹损伤本构模型.首先对岩石内部微裂纹的统计分布规律进行分析,给出了理论分析过程中微裂纹分布的假设条件,在此基础上,参考已有... 详细信息

利用断裂力学、损伤力学和均匀化原理,对脆性岩石单轴拉伸条件下的力学特性进行分析,建立了脆性岩石的微裂纹损伤本构模型.首先对岩石内部微裂纹的统计分布规律进行分析,给出了理论分析过程中微裂纹分布的假设条件,在此基础上,参考已有研究成果,得到含细长微裂纹脆性岩石有效弹性参数的计算公式.然后,对岩石内部单一微裂纹进行断裂力学和损伤力学分析,得到了扩展裂纹尖端的应力强度因子计算公式,在一定微裂纹断裂扩展准则和断裂扩展速率的假设基础上,利用积分原理,得到了岩石整体的损伤变量和损伤演化方程,由此建立单轴拉伸条件下脆性岩石的微裂纹损伤本构模型.最后,通过一花岗岩的单轴拉伸试验结果对微裂纹损伤本构模型进行了验证.

关键词：岩石力学脆性岩石单轴拉伸微裂纹断裂力学损伤力学本构模型

单轴拉伸状态下橡胶隔振器的疲劳寿命预测研究

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振动与冲击 2014年第5期33卷 24-30,75页

作者：王文涛肖苏华黄健龙谢新星广州城市职业学院机电工程系广州510405 宁波拓普集团股份有限公司宁波315800 广东技术师范学院天河学院机电工程系广州510540

针对橡胶隔振器疲劳寿命预测问题,基于哑铃型橡胶材料试片的疲劳寿命试验数据,建立橡胶隔振器的疲劳寿命预测模型,进而提出橡胶隔振器疲劳寿命预测的研究方案。设计了一哑铃型橡胶试片进行拉伸疲劳试验,实测其疲劳寿命数据并以最小二乘... 详细信息

针对橡胶隔振器疲劳寿命预测问题,基于哑铃型橡胶材料试片的疲劳寿命试验数据,建立橡胶隔振器的疲劳寿命预测模型,进而提出橡胶隔振器疲劳寿命预测的研究方案。设计了一哑铃型橡胶试片进行拉伸疲劳试验,实测其疲劳寿命数据并以最小二乘法拟合了该试片疲劳寿命的幂函数预测模型。再通过有限元方法计算了橡胶隔振器的三种常见的疲劳寿命评价参数:对数主应变、柯西主应力和应变能密度,最后将橡胶隔振器的疲劳寿命预测值与实测值进行比对。结果发现:当疲劳失效标准静为刚度降级25%时,三种疲劳寿命评价参数均能较好地拟合成幂函数疲劳寿命预测模型,对数主应变的预测值较为接近实测值、应变能密度参数的预测值约为实测值2倍左右、柯西主应力预测寿命的可靠性验证系数均接近5,且三种疲劳损伤评价参数的疲劳寿命拟合曲线形状均较为相似。

关键词：橡胶隔振器单轴拉伸疲劳寿命预测模型可靠性验证系数

单轴拉伸下NEPE固体推进剂细观结构演化行为研究

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含能材料 2024年第2期32卷 175-182页

作者：李世奇强洪夫陈铁铸王学仁王哲君王广火箭军工程大学智剑实验室陕西西安710025 火箭军工程大学导弹工程学院陕西西安710025

为了分析硝酸酯增塑聚醚(Nitrate Ester Plasticized Polyether,NEPE)推进剂在单轴准静态拉伸载荷下细观结构演化行为,基于Micro⁃CT对拉伸过程中NEPE推进剂开展了原位观测试验,对NEPE推进剂中高氯酸铵(AP)颗粒和初始缺陷的尺寸、形状等... 详细信息

为了分析硝酸酯增塑聚醚(Nitrate Ester Plasticized Polyether,NEPE)推进剂在单轴准静态拉伸载荷下细观结构演化行为,基于Micro⁃CT对拉伸过程中NEPE推进剂开展了原位观测试验,对NEPE推进剂中高氯酸铵(AP)颗粒和初始缺陷的尺寸、形状等细观结构特征进行了表征,获取了单轴拉伸过程中推进剂细观结构的失效过程,并采用孔隙率对NEPE推进剂细观损伤的变化规律进行了定量分析,基于NEPE推进剂细观尺度上结构的演变规律解释了宏观力学性能变化的原因。结果表明,NEPE推进剂初始缺陷尺寸小、体积占比低,平均值为0.12%。单轴准静态拉伸过程中,NEPE推进剂的细观失效过程主要包括孔洞形核、生长与汇聚3个阶段;AP颗粒的体积分数虽然低,但是由于容易脱湿通常成为细观损伤的起点;当AP发生一定程度脱湿后,奥克托今(HMX)也会出现明显的脱湿,在分析NEPE推进剂细观失效问题时应当考虑HMX脱湿行为的影响。大量细观缺陷的形核与生长是NEPE推进剂宏观力学性能进入非线性段的原因,而细观缺陷的不断汇聚使得宏观应力增加落后于应变增加的现象越来越明显。加载过程中孔隙率呈现出先缓慢增加再急剧增加最后增加趋于平缓的变化趋势,孔隙率的变化规律不仅能够定量地反映NEPE推进剂细观缺陷的演化阶段,与NEPE推进剂宏观力学性能的变化也具有一定的对应关系。

关键词： NEPE固体推进剂细观损伤单轴拉伸奥克托今脱湿

单轴拉伸对聚偏二氟乙烯薄膜压电响应性能的影响

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高分子学报 2020年第12期51卷 1367-1373,I0004页

作者：王继甜陈卓汪宇琪楚一帆潘萌董丽杰武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070

采用溶液涂覆成膜工艺制备聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜,对其进行单轴拉伸制得不同拉伸比(R=3,5,7)的PVDF薄膜.研究了不同拉伸比对薄膜化学结构、结晶行为、铁电性能及压电响应性能的影响,实现了对PVDF结晶相的本征压电响应性能的增强.单轴... 详细信息

采用溶液涂覆成膜工艺制备聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜,对其进行单轴拉伸制得不同拉伸比(R=3,5,7)的PVDF薄膜.研究了不同拉伸比对薄膜化学结构、结晶行为、铁电性能及压电响应性能的影响,实现了对PVDF结晶相的本征压电响应性能的增强.单轴拉伸使PVDF结晶度提高,同时促使其结晶相由α相向β相转变;拉伸比越大,极性β相相对含量越高,当拉伸比为7时,薄膜β相的相对含量最高达到85.12%,此时薄膜的电输出性能最佳:外加电场为200 MV/m时,其剩余极化强度为2.69μC/cm^2;应变为5%时,其平均闭路电流密度为58.92 nA/cm^2,平均开路电压为89.70 mV.

关键词：聚偏二氟乙烯薄膜单轴拉伸晶型转变压电响应

二维X射线衍射光谱原位检测单轴拉伸过程中等规聚丙烯晶体的结构演变

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光谱学与光谱分析 2023年第5期43卷 1426-1433页

作者：徐明锟林嘉翔张效琳李贞印王亚明刘春太申长雨邵春光郑州大学材料成型及模具技术教育部重点实验室橡塑模具国家工程研究中心河南郑州450001

聚合物制品在使用过程中,人们最关心的是它的使用失效条件,失效的重要体现就是材料的屈服。目前为止,人们普遍利用位错理论来解释聚合物材料的屈服现象,该理论关注的是晶体的取向和破坏现象,而忽略了晶体的形变和受力情况。事实上,晶体... 详细信息

聚合物制品在使用过程中,人们最关心的是它的使用失效条件,失效的重要体现就是材料的屈服。目前为止,人们普遍利用位错理论来解释聚合物材料的屈服现象,该理论关注的是晶体的取向和破坏现象,而忽略了晶体的形变和受力情况。事实上,晶体的取向和破坏只是屈服的结果,晶体承受应力的能力才是屈服的直接原因。因此,从晶体的受力和非均匀形变入手研究了聚合物制品的屈服行为,期望为理解聚合物材料的失效行为提供新思路。这里选取被人们广泛使用的等规聚丙烯(iPP)材料作为研究对象,将iPP熔体在不同温度下等温结晶制备出具有不同片晶厚度iPP样品,利用二维广角X射线衍射光谱原位监测了拉伸过程中iPP样品的晶体破坏和晶体取向过程。首次利用“覆盖法”对二维X射线衍射图进行了处理,原位观察了(110)晶面在拉伸过程中的2θ角的变化,区分出了两个方向上(平行于拉伸方向和垂直于拉伸方向)晶体形变的非均一性。结果表明:对于不同片晶厚度的iPP晶体,在单轴拉伸过程中,晶体在不同方向上的受力和形变均是不同的,即晶体的非均一形变是一种普遍现象;晶体的破坏和取向总是同时发生,都是从屈服点位置处开始,这和片晶厚度无关;而晶体破坏时对应的临界应力和晶体厚度有关,片晶越厚,晶体越稳定,需要的临界应力就越大。以上结果表明,原位X射线衍射光谱技术可以实时观测晶体结构在拉伸过程中的变化情况,从而将晶体结构演化和宏观力学性能直接关联。

关键词：二维广角X射线衍射光谱等规聚丙烯原位检测单轴拉伸晶体形变

PVDF单轴拉伸的第一性原理和分子动力学模拟

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哈尔滨工业大学学报 2012年第9期44卷 46-50页

作者：曾凡林孙毅刘一志哈尔滨工业大学航天科学与力学系哈尔滨150001

为得到聚偏二氟乙烯(PVDF)的大变形拉伸特性,应用第一性原理方法模拟了β相PVDF分子链的在单轴拉伸下的能量及构型变化,得到了β相分子链拉伸过程中发生断裂时的临界键长、临界断裂能量、临界拉力以及分子链弹性系数的变化规律.接着用... 详细信息

为得到聚偏二氟乙烯(PVDF)的大变形拉伸特性,应用第一性原理方法模拟了β相PVDF分子链的在单轴拉伸下的能量及构型变化,得到了β相分子链拉伸过程中发生断裂时的临界键长、临界断裂能量、临界拉力以及分子链弹性系数的变化规律.接着用一种新颖的方法构造了无定形PVDF的立方元胞模型并用于单轴拉伸的分子动力学模拟.模拟中分别考虑链不被拉断和链允许被拉断两种情况.第1种情况下,拉伸应变率分别为1010,109和108s-1,得到了应力应变关系和构型变化;第2种情况下,拉伸应变率分别为109s-1,5×108s-1和准静态,得到了应力应变关系和断裂前后的构型.同时分析了一些关键的形变信息和影响模拟结果的一些关键因素.模拟结果表明,不仅对于理解PVDF的拉伸变形机制具有较重要意义,而且对于其他无定形材料的拉伸模拟具有参考价值.

关键词： PVDF 单轴拉伸第一性原理分子动力学断裂

纤维特征参数对HES-HDC单轴拉伸性能的影响及拉伸韧性评价方法

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第3期51卷 130-140页

作者：杨家盛邓明科张晴晴邓友生张阳玺范洪侃西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054 西安五和建筑科技研究院有限公司陕西西安710055

为探究高早强高延性混凝土(HES-HDC)在不同PE纤维直径与体积率下的单轴拉伸力学性能,设计了17组薄板试件进行单轴拉伸试验,研究PE纤维直径(22μm和25μm)及体积率(1.00%、1.25%和1.50%)对不同龄期(2 h、24 h、7 d、28 d和56 d)HES-HDC应... 详细信息

为探究高早强高延性混凝土(HES-HDC)在不同PE纤维直径与体积率下的单轴拉伸力学性能,设计了17组薄板试件进行单轴拉伸试验,研究PE纤维直径(22μm和25μm)及体积率(1.00%、1.25%和1.50%)对不同龄期(2 h、24 h、7 d、28 d和56 d)HES-HDC应力-应变曲线、拉伸强度和应变的影响;根据试验结果提出了HDC拉伸韧性评价方法.结果表明:在拉伸荷载作用下,HES-HDC应力-应变曲线展示出应变强化特性,破坏过程呈多裂缝开展;2 h龄期时,HES-HDC拉伸强度与应变达到3.29 MPa和0.88%以上;28 d时,HES-HDC拉伸应变可保持在1.28%以上;当纤维体积率为1.00%时,小直径纤维对试件拉伸应变有利,而大直径纤维对试件拉伸强度有利;综合大直径纤维试件拉伸强度与应变,纤维最佳体积率为1.25%.提出的拉伸韧性评价方法可评价HDC薄板受拉全过程的韧性.随龄期的增长,HES-HDC拉伸韧性指数降低,而拉伸强度系数提高;小直径纤维试件的拉伸韧性高于大直径纤维试件;纤维体积率为1.25%时试件拉伸韧性最大.

关键词：高早强高延性混凝土纤维直径纤维体积率单轴拉伸抗拉强度拉伸韧性

基于近场动力学方法的多孔材料单轴拉伸断裂韧性研究

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建筑材料学报 2023年第4期26卷 369-377页

作者：饶烽瑞上海建工二建集团有限公司上海200090

基于近场动力学方法模拟了单刃缺口多孔材料的单轴拉伸试验,通过与文献数据对比验证了数值模拟方法的有效性,对孔隙率为3%~15%的多孔材料进行模拟,得到了其断裂韧性的变化规律,并分析了其增韧机理.结果表明:在单轴拉伸作用下,多孔材料... 详细信息

基于近场动力学方法模拟了单刃缺口多孔材料的单轴拉伸试验,通过与文献数据对比验证了数值模拟方法的有效性,对孔隙率为3%~15%的多孔材料进行模拟,得到了其断裂韧性的变化规律,并分析了其增韧机理.结果表明:在单轴拉伸作用下,多孔材料的断裂韧性随着孔隙率的增加先增大后减小,在孔隙率为12%时达到峰值;在单轴拉伸过程中,局部孔隙吸引导致的主裂纹偏转和次裂纹萌生是多孔材料断裂韧性提升的主要原因.

关键词：多孔材料近场动力学单轴拉伸断裂韧性数值模拟

应变率与短纤维掺量对TR-HDC单轴拉伸力学性能影响试验研究

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工程力学 2024年第7期41卷 202-211页

作者：董志芳邓明科王波高永辉何涛商丘师范学院建筑工程学院河南商丘476000 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

为研究纤维织物增强高延性混凝土(TR-HDC)在不同应变率和短纤维掺量下的单轴拉伸力学性能,该文设计了25组TR-HDC薄板试件进行单轴拉伸试验,研究应变率(10^(−5) s^(−1)~10^(−1) s^(−1))和短纤维掺量(0%~2%)对TR-HDC开裂模式、破坏机理和... 详细信息

为研究纤维织物增强高延性混凝土(TR-HDC)在不同应变率和短纤维掺量下的单轴拉伸力学性能,该文设计了25组TR-HDC薄板试件进行单轴拉伸试验,研究应变率(10^(−5) s^(−1)~10^(−1) s^(−1))和短纤维掺量(0%~2%)对TR-HDC开裂模式、破坏机理和抗拉强度的影响。结果表明:TR-HDC在单轴拉伸荷载作用下具有多缝开裂特征,随应变率的增大,试件裂缝间距略有增大趋势,同时短纤维掺量越高,多缝开裂模式越稳定;应变率和短纤维掺量增加可显著改善界面性能,抑制纤维织物的滑移失效;随应变率的提升,TR-HDC的力学性能呈现出一定的应变率敏感性,同时增加短纤维掺量,其开裂和峰值强度也呈现出显著的增长趋势。基于线性对数关系和多因素耦合提出的预测模型可统一TR-HDC静态与动态抗拉强度计算方法,为其工程应用提供了理论依据。

关键词：纤维织物高延性混凝土应变率短纤维掺量单轴拉伸抗拉强度