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基于切口梁弯曲响应的UHPC受拉性能反演分析

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工程力学 2024年第4期41卷 151-160页

作者：郭义庆王俊颜同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室上海201804 同济大学建筑工程系上海200092

为了更加快速、准确地获取超高性能混凝土(UHPC)材料的拉伸性能,该文基于切口梁四点弯曲试验获得的荷载-切口张开位移(CMOD)响应,提出了一种UHPC拉伸性能简化反演分析方法。该方法采用了考虑裂纹局部化的非线性铰模型和可描述拉伸应变... 详细信息

为了更加快速、准确地获取超高性能混凝土(UHPC)材料的拉伸性能,该文基于切口梁四点弯曲试验获得的荷载-切口张开位移(CMOD)响应,提出了一种UHPC拉伸性能简化反演分析方法。该方法采用了考虑裂纹局部化的非线性铰模型和可描述拉伸应变硬化或应变软化特征的多折线UHPC受拉应力-应变关系。通过5种钢纤维掺量的UHPC切口梁弯曲试验和轴拉试验的验证以及模型参数分析表明:在切口梁弯曲响应的离散性较低时,提出的计算模型能够准确地预测应变硬化和应变软化UHPC的受拉初裂强度和极限强度;随弯曲响应的离散性增大,轴拉应力的预测值与实测值的偏差越大;特征长度及特征点数量对应变软化UHPC受拉应力-缝宽曲线预测结果的影响较小,但对于应变硬化UHPC,特征长度的增大和特征点的减少都会导致其极限强度预测值偏高。通过应用表明:采用基于荷载-CMOD响应的非线性铰模型预测UHPC的受拉性能具有较好的可行性。

关键词：超高性能混凝土拉伸性能切口梁四点弯非线性铰模型反演分析

化学絮凝与消泡材料对盾构渣土渗流性能的作用机理

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 991-999页

作者：陈庆陈沈旖阳栋官林星同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室上海201804 同济大学材料科学与工程学院上海201804 中国建筑第五工程局有限公司湖南长沙410004 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200092

为促进盾构渣土的资源化利用,针对土压平衡盾构渣土成分复杂、含水率高且渗透性差等问题,结合渗透试验、压汞测试和计算机断层扫描(CT)等方法,分析盾构渣土的多尺度渗流特征,探究掺入絮凝剂阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)和消泡剂有机硅氧烷... 详细信息

为促进盾构渣土的资源化利用,针对土压平衡盾构渣土成分复杂、含水率高且渗透性差等问题,结合渗透试验、压汞测试和计算机断层扫描(CT)等方法,分析盾构渣土的多尺度渗流特征,探究掺入絮凝剂阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)和消泡剂有机硅氧烷对渣土渗透性能的影响和作用机理。结果表明:原状盾构渣土的水分渗流受土体内泡沫的影响,渗透系数最终稳定在7.72×10^(-6)cm·s^(-1)附近,土体孔隙率高且孔径小贯通性差。絮凝剂的掺入可以改善盾构渣土的渗透性能,这是因为CPAM的吸附架桥和电中和作用,但掺量过大则会抑制渗流;该试验中CPAM的最佳掺量为0.30%,渗透系数最高可达2.55×10^(-5)cm·s^(-1)。消泡剂有机硅氧烷的掺量越高,盾构渣土的渗透系数越大,消泡剂可以快速消破土体内部泡沫并提高渗流通道的连通性;本试验的最佳掺量为0.20%,渗透系数可达1.31×10^(-5)cm·s^(-1)。

关键词：盾构渣土渗流絮凝剂消泡剂

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新型可拆卸式钢-UHPC组合板的抗弯性能

哈尔滨工业大学学报 2024年第1期56卷 84-92页

作者：古金本王俊颜陆伟先进土木工程材料教育部重点实验室(同济大学) 上海201804 同济大学土木工程学院上海200092 同济大学材料科学与工程学院上海201804

为探究钢-薄层超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)轻型组合桥面体系在局部轮载下的抗弯性能,设计并开展了4块基于高强螺栓连接的可拆卸式钢-UHPC组合板的四点弯曲试验,研究了钢板类型、抗剪连接件间距对可拆卸式钢-U... 详细信息

为探究钢-薄层超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)轻型组合桥面体系在局部轮载下的抗弯性能,设计并开展了4块基于高强螺栓连接的可拆卸式钢-UHPC组合板的四点弯曲试验,研究了钢板类型、抗剪连接件间距对可拆卸式钢-UHPC组合板的破坏模式、荷载-挠度曲线、界面相对滑移、裂缝宽度、截面应变分布等影响规律,研究结果表明:在正弯矩荷载作用下,采用Q355钢板的组合板的破坏模式为高强螺栓被剪断,而采用负泊松比(negative Poisson’s ratio,NPR)钢板的组合板的破坏模式为部分高强螺栓被剪断、部分预埋带垫加长螺母被拔出、UHPC板由于失稳大面积压溃等;在相同的高强螺栓间距下,采用NPR钢板的组合板的板端相对滑移较小,说明NPR钢板有效延缓并限制了钢板与UHPC板的相对滑移,从而提升两者的协同变形能力,继而提高组合板的抗弯刚度及承载力等;由截面应变分析可知,由于NPR钢板的负泊松比效应、高刚度、高屈服强度,整个加载过程NPR钢板与底部UHPC层的拉应变保持着应变协调性,随着荷载的增大截面塑性中和轴的上移幅度可忽略不计。因此,在采用NPR钢板提升钢-UHPC组合板抗弯性能的前提下,应使UHPC厚度与NPR钢板的性能进行匹配,充分发挥两者的材料性能,避免失稳破坏先于UHPC材料强度破坏。

关键词：钢-UHPC组合板抗弯性能负泊松比钢板相对滑移协同效应

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3DPC硬化性能各向异性及其间隔时间依赖性

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建筑材料学报 2024年第8期27卷 675-684页

作者：李春锦任强张翼杨振东蒋正武同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室上海201804 同济大学材料科学与工程学院上海201804

通过对比3D打印混凝土(3DPC)和浇筑混凝土在不同测试方向上的强度和耐久性差异,探究了3DPC硬化性能各向异性特征及其对间隔时间的依赖性.结果表明:3DPC的硬化性能存在一定的各向异性,相较于平行于打印层方向,在垂直于打印层方向上的力... 详细信息

通过对比3D打印混凝土(3DPC)和浇筑混凝土在不同测试方向上的强度和耐久性差异,探究了3DPC硬化性能各向异性特征及其对间隔时间的依赖性.结果表明:3DPC的硬化性能存在一定的各向异性,相较于平行于打印层方向,在垂直于打印层方向上的力学性能与抗渗性更高,其各向异性的产生与打印层间的弱黏结界面以及混凝土基体内孔隙和缺陷的分布有关;延长打印间隔时间,3DPC层间界面黏结性能明显变弱;3DPC不同打印层的耐久性存在差异,相较于下层混凝土,上层混凝土密实度较低,侵蚀性介质的扩散速率更快.

关键词： 3D打印各向异性硬化性能间隔时间

丙烯酰胺单体聚合复合硅灰石晶须协同增韧混凝土

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硅酸盐学报 2024年第2期52卷 533-544页

作者：徐洁汤金辉高畅王瑞王文彬孟振亚刘加平东南大学材料科学与工程学院南京211189 江苏苏博特新材料股份有限公司高性能土木工程材料国家重点实验室南京211103

现代混凝土由于其物相组成复杂、多尺度效应等原因,导致其脆性大、韧性差。采用丙烯酰胺(AM)单体原位聚合协同硅灰石晶须(CS)的改性方法开展了对混凝土基体增韧的研究。通过多种测试手段对水泥硬化浆体的物相组成和微观结构进行表征,结... 详细信息

现代混凝土由于其物相组成复杂、多尺度效应等原因,导致其脆性大、韧性差。采用丙烯酰胺(AM)单体原位聚合协同硅灰石晶须(CS)的改性方法开展了对混凝土基体增韧的研究。通过多种测试手段对水泥硬化浆体的物相组成和微观结构进行表征,结果表明:AM原位聚合协同CS能够显著提升混凝土的抗弯能力,28d抗弯应力峰值和断裂能分别提高31.5%和91.4%,且抗压强度基本保持不变。CS晶须可以促进水泥水化,发挥填充效应,降低孔隙率;AM聚合能够在水泥浆体中构筑塑化区,弱化混凝土内部应力集中;二者的协同作用可以增强水化产物间的胶结力,形成有机-无机互穿的网络结构,跨尺度优化混凝土的结构,为混凝土基体增韧提供新的理论与技术。

关键词：丙烯酰胺单体聚合硅灰石晶须混凝土力学性能水化微观结构

锰铜阻尼合金的非线性力学特性特征参数确定方法

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噪声与振动控制 2024年第3期44卷 75-81页

作者：张斌张凌翔刘艳熊亚军上海申通地铁集团有限公司上海200237 上海材料研究所上海200437 上海材料研究所上海市工程材料应用与评价重点实验室上海200437

锰铜阻尼合金非线性力学特性的特征变化规律已被广泛研究,但如何通过仿真准确描述其非线性力学行为,并对由其制成的结构件进行设计与优化,是对其进行工程应用研究的前提与关键。基于超弹性模型和并联流变模型(Parallel Rheological Fram... 详细信息

锰铜阻尼合金非线性力学特性的特征变化规律已被广泛研究,但如何通过仿真准确描述其非线性力学行为,并对由其制成的结构件进行设计与优化,是对其进行工程应用研究的前提与关键。基于超弹性模型和并联流变模型(Parallel Rheological Framework,PRF),描述一种典型孪晶型阻尼合金材料的非线性力学特性,重点讨论由单轴拉伸试验和动态机械分析(Dynamic Mechanical Analysis,DMA)试验确定PRF模型特征参数的方法:通过拟合单轴拉伸试验数据得到超弹性模型参数;基于多应变DMA三点弯曲频率扫描实验,通过实验数据拟合得到线性黏弹性Prony级数模型,通过PRF模型进行参数转换,将线性黏弹性模型参数转化为非线性PRF模型初始参数;结合超弹性模型,采用Isight软件对PRF模型参数进行优化,确定锰铜阻尼合金的非线性力学特性特征参数;最后,在Ω型锰铜阻尼合金支座的顶部施加竖向扫频激励,通过扫频试验数据和仿真计算结果对比,验证该锰铜阻尼合金材料的非线性力学模型在实际仿真应用中的可靠性。结果表明,PRF模型可较好模拟锰铜阻尼合金非线性动态力学行为,为锰铜阻尼合金结构设计提供更高精度的仿真结果。

关键词：振动与波锰铜阻尼合金应变幅值相关性非线性有限元仿真并联流变模型

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环氧树脂阻燃剂研究新进展

工程塑料应用 2024年第2期52卷 181-186,192页

作者：陈明奇张兆峰李仙会上海第二工业大学能源与材料学院上海201209 上海材料研究所有限公司上海市工程材料应用与评价重点实验室上海200437

回顾了近5年来国内外环氧树脂阻燃剂方面研究的最新进展,重点论述了金属阻燃剂、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物阻燃剂、多面体低聚硅倍半氧烷阻燃剂、生物基阻燃剂等在环氧树脂中的阻燃性能与作用机理,同时也介绍了以上各阻燃... 详细信息

回顾了近5年来国内外环氧树脂阻燃剂方面研究的最新进展,重点论述了金属阻燃剂、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物阻燃剂、多面体低聚硅倍半氧烷阻燃剂、生物基阻燃剂等在环氧树脂中的阻燃性能与作用机理,同时也介绍了以上各阻燃剂对环氧树脂协同阻燃效果和机理。力学性能的平衡与改善是当前阻燃改性存在的热点,综述了环氧树脂通过改性提高阻燃性能并改善力学性能的研究现状,指出提升阻燃效率并提高阻燃剂在材料中的分散性,是改善环氧树脂力学性能的基础。最后对环氧树脂阻燃剂的不足之处与未来研究趋势进行展望。

关键词：环氧树脂协同阻燃剂阻燃机理阻燃性能力学性能

极端低温环境下混凝土力学性能及其演变机制研究进展

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硅酸盐学报 2024年第5期52卷 1698-1709页

作者：何倍杨振东扬帆汤宇祺张红恩朱新平蒋正武同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室材料科学与工程学院上海201804 中海石油气电集团有限责任公司北京100028

极端温度环境对混凝土服役性能与结构安全具有负面影响,其劣化过程涉及诸多复杂物理化学作用。本文概述了混凝土在超低温环境下的宏观力学性能及微结构特征演变,阐释了超低温作用下混凝土的性能增强机制,归纳了低温冻融循环后混凝土性... 详细信息

极端温度环境对混凝土服役性能与结构安全具有负面影响,其劣化过程涉及诸多复杂物理化学作用。本文概述了混凝土在超低温环境下的宏观力学性能及微结构特征演变,阐释了超低温作用下混凝土的性能增强机制,归纳了低温冻融循环后混凝土性能劣化机制,探讨了目前极端低温环境下混凝土研究存在的关键问题,并对未来相关研究进行了展望。

关键词：极端低温环境混凝土力学性能微结构特征劣化机制

垂直井内上击器解卡过程中钻柱振动数学模型的建立与求解及动态解卡力分析

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振动与冲击 2024年第20期 62-74页

作者：魏强李子丰张杰燕山大学车辆与能源学院中国石油集团工程材料研究院有限公司

对于油气井内解卡过程中的钻柱振动情况及动态解卡力，目前还没有有效的分析方法。该研究建立了垂直井内上击器解卡过程中考虑钻井流体阻尼的钻柱振动数学模型，并进行了求解，分析了几个主要因素对动态解卡力的影响。首先，介绍了上击... 详细信息

对于油气井内解卡过程中的钻柱振动情况及动态解卡力，目前还没有有效的分析方法。该研究建立了垂直井内上击器解卡过程中考虑钻井流体阻尼的钻柱振动数学模型，并进行了求解，分析了几个主要因素对动态解卡力的影响。首先，介绍了上击器解卡过程中钻柱振动的三个阶段：(1)拉伸储能阶段，对钻柱进行静力学分析；(2)泄压阶段，结合拉伸储能阶段的计算结果，通过特征函数展开法与拉普拉斯变换求解了泄压阶段的钻柱振动数学模型；(3)撞击阶段，引入了将钻柱-钻柱轴向撞击的强非线性问题转化为多段钻柱振动的线性问题的求解思路，通过紧差分方法对撞击阶段的钻柱振动数学模型进行求解，获得了钻柱中的弹性波传播规律以及动态解卡力。其次，建立了与三个阶段相应的数学模型并求解。然后，采用该模型计算了无阻尼情况下的荷载场与动态解卡力，经低通滤波处理后的计算结果与相应条件下的解析解以及ABAQUS软件所得结果均有较好的吻合，验证了该工况下解法的准确性。最后，分析了震击启动拉力、上击器位置、钻井流体黏度、以及芯轴有效距离对动态解卡力的影响。所得结论对使用震击解卡的作业过程具有一定的指导意义。

关键词：卡钻解卡上击器管柱-管柱轴向撞击钻柱振动数学模型钻井流体阻尼动态解卡力