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2014年中南地区MTS材料试验学术会议

2014年中南地区MTS材料试验学术会议

  • 召开年：2014
  • 召开地：长沙
  • 出版时间： 2014-03

主办单位：中国力学学会

会议文集：2014年中南地区MTS材料试验学术会议论文集

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  • 摘要：本文针对国内某钎具厂送检的进行模拟疲劳试验的55SiMnMo2.5米长钎杆在短时间内即发生断裂失效破坏的情况,采用微观断口形貌分析、非金属夹杂检查、化学成分、扫描电镜能谱分析等一系列手段和技术对其发生失效破坏的形式及破坏机理进行了全面的检测与分析,成功揭示出其发生断裂失效破坏的原因和机理,为产品生产工艺和加工过程的改进提供了有效的保障.
  • 摘要：以损伤力学理论为基础,建立一种低周疲劳裂纹萌生的预测模型,该模型揭示了裂纹萌生等效长度和应力衰减百分数之间的数学关系.根据模型,只要给定应力衰减的任一百分数,就可以计算出相应裂纹萌生的等效长度,对应的循环寿命,就是裂纹的萌生寿命.采用10CrNiMo结构钢加工一组圆形横截面试样,通过恒应变幅控制轴向加载的低周疲劳试验,对模型的预测效果进行了试验验证,验证结果表明:预测模型可靠、适用,根据模型计算出的裂纹萌生等效长度与实测值误差不超过5.0％;当用0.6％总应变幅控制试验时,试验材料裂纹萌生等效长度约为2.0mm,萌生寿命约为900次,占总寿命的近80％.
  • 摘要：利用一种大理岩试样加工制备含预制不同几何形状的孔洞板状试样,使用分离式霍普金森压杆(SHPB)进行冲击压缩试验,通过超动态应变仪监测试样的应力和应变,利用高速摄像仪完整记录了裂纹的萌生、扩展和贯通直至试样破坏的过程,分析了试样破坏模式和裂纹扩展特性.研究发现,孔洞大小、形状和空间位置对岩石强度都有一定影响,孔洞大小相近时,含椭圆形孔洞试样比含圆形孔洞具有更好的承载能力.在冲击载荷作用下,预制中心孔洞的大理岩试样在孔洞周边产生平行于轴向加载方向的初始拉伸裂纹和类X型初始剪切裂纹,在试件破坏中起主导因素;圆形孔洞试件中,孔径增大,剪切裂纹扩展速度随着增大,而拉伸裂纹扩展速度则减小;椭圆形孔洞的长短轴比、长轴与加载方向的夹角均是裂纹扩展速度和强度的影响因素.
  • 摘要：对于房柱法开采的金属矿山，针对二步骤矿柱开采局部充填体垮落情况，对不同灰砂比的充填体进行了单轴劈拉韧度测试,根据试验原理测得相关力学参数和试验曲线,计算出劈拉韧度参数,在了解胶结充填体拉伸韧性的基础上分析了充填体拉伸韧性与采场围岩的作用关系,从韧度的角度分析了充填体拉伸破坏的过程和机理,结合水泥含量(灰砂比)对劈拉变形、强度和韧度的影响程度和方式,通过回归计算得到它们之间成指数、对数和幂指关系,与压缩韧度做了一定的对比并得到拉压韧性之间的线性函数关系,指出在矿房回采过程中采用边孔控制爆破和合理的边孔距有助于维护充填体的完整稳定,对结合矿山生产实际深入研究充填体力学特性具有指导作用.
  • 摘要：李楼吴集铁矿为一特大型地下铁矿山。采用充填采矿法，分矿房和矿柱两步骤开采。充填体的力学性能关系到采场结构的稳定性;同时，充填体配比(灰砂比)关系到企业的经济效益。在中南大学高等研究中心力学实验室(Instron 1342材料试验机上),对安徽省霍邱县李楼吴集铁矿井下采场中3种不同灰砂比的充填体(灰砂比分别为1:4,1:6和1:8)进行了物理力学参数测试.通过试验,获得了充填体的块体密度、弹性模量、泊松比、单轴抗压强度和抗拉强度等物理力学指标.
  • 摘要：裂纹尖端张开角(CTOA)被认为是一种具有广阔发展前景的止裂韧性参数,该参数已被应用于管线钢的止裂韧性评定.本文详细介绍了目前国内较少研究的CTOA测试方法δ5间接测量法,并采用该方法测试了管线钢X80的稳态裂纹扩展阶段临界CTOA值(CTOA)c,同时,依据试验断裂形式从原理上分析了试验结果的有效性.随着裂纹扩展量Δa的增加，δ5基木呈线性增加趋势。在有效测试区间内，测试得到3件X80管线钢试样稳态裂纹扩展阶段临界CTOA值(CTOA)c分别为21.21°、18.34°、15.48°。确定剪切断裂形式的存在导致裂纹扩展平面相对初始预制疲劳裂纹平面发生了偏转，影响了(CTOA)c测试结果的准确性。依据国标GB/T 24022-2009中规定该偏转角大于10°时，试验结果无效。由此确定试样S0l测试结果满足有效性判据，为管线钢X80试样测试(CTOA)c有效值。
  • 摘要：利用动静组合加载试验装置,对具有不同轴压和围压的砂岩进行循环冲击试验,研究循环冲击过程中砂岩单位体积吸收能的变化特性、单位体积吸收能与平均应变率的关系以及轴压和围压对循环冲击作用下岩石能量耗散的影响.围压分别设置为4、8、10、12 MPa等4个系列,轴向静载荷分别设置为49、84、105、125 MPa等4个系列,入射杆上的入射波峰值大小近似相等,入射能大小为230 J.研究结果表明,砂岩单位体积吸收能随循环冲击次数的增加而增加.平均应变率和单位体积吸收能具有良好的正线性关系,围压从低到高增加过程中,二者间拟合直线的斜率K随轴压增加的变化关系为"增加-基本不变-减小".当轴压较小时,K随围压的增加先增加后降低,轴压越小K由上升到下降转折点处的围压越大;当轴压增加到125 MPa时,K随围压的增加始终降低.研究结果为具有不同地应力条件下工程岩体爆破设计提供理论依据.
  • 摘要：采用改进的φ75mm杆径SHPB试验装置,对长径比为0.5的开阳磷矿砂岩进行自然风干和饱水状态下的冲击压缩试验,对比INSTRON材料试验机的静载试验结果表明:冲击载荷作用下饱水砂岩的应力-应变关系不同于其静态应力-应变关系,中应变率加载条件下饱水砂岩动态强度与风干砂岩的动态强度相近,这与静载条件下饱水砂岩强度降低的结果相反;风干砂岩动态屈服应力与其静态相近,饱水砂岩动态屈服应力比其静态下的结果提高近2倍,表现出比自然风干砂岩更强的应变率敏感性;水对砂岩动态破坏效果有影响,自然风干砂岩比饱水砂岩受冲击破坏更为严重;冲击载荷作用下,饱水砂岩动态强度应考虑其自由水黏度及Stefan效应的影响.
  • 摘要：爆炸处理法适合于各种金属工程构件消除焊接残余应力的需求,特别适合于大中型钢结构,以及由异种焊接接头或不锈钢材制成的结构件.通过焊缝的分段、多批次爆炸处理,可以方便地解决大中型结构超长焊缝的整体或局部消除应力处理.本文简要介绍GB//T 26078-2010《金属材料焊接残余应力爆炸处理法》标准制订的背景，标准的主要技术内容为：板厚大于5mm、屈服强度不超过900MPa,焊接质量合格、有一定延展性能的金属材料焊接构件，焊后采用爆炸冲击波处理的方法消除焊接构件中残余应力时的基本原理、爆炸工艺的确定、爆炸处理效果的评定及相关注意事项等主要内容.
  • 摘要：针对钢铁产品力学性能试验试样(包括拉伸、弯曲、静压、冲击、落锤撕裂和断裂韧度试验试样)断口厚向开裂现象，分析了试样断口厚向开裂的原因、试样断口分离/分层开裂的界定，提出如果在简单的拉伸和弯曲试验的前期稍加受力试样发生开裂，或者铸坯硫印检查、产品探伤或金相检查发现断面存在异常脆性组织或偏析裂纹，则判定试样断口分层，为不合格产品。除此之外的试样断口为断口分离。力学性能试验试样断口厚向开裂是材料内部组织欠缺/缺陷的宏观反映，断口分层为缺陷(defect)，断口分离属于欠缺(imperfection)。连铸连轧工艺生产的钢铁材料实际为不均匀的多晶体，只有通过合理的设计、选材、加工制造、使用和维护，尽可能避免力学性能试验试样断口厚向分离开裂可能带来的弊端。建议正视连铸连轧工艺生产的钢铁材料厚向性能不均匀性的现实，大力开展厚向性能检测技术研究，积累更多钢铁材料厚向性能的数据，精确评判厚向不均匀性对结构使用性能的影响。建议结构材料产品标准尽量把弯曲试验列为基本的试验检验项目，同时增加“弯曲试样侧面是否开裂”的判定内容。
  • 摘要：通过微观组织观察以及蠕变性能测试,研究了2024-T42合金和2024-T62合金在125℃、150℃、175℃和200℃四个温度下的抗蠕变性能以及蠕变机理.结果显示:在125℃和150℃时,2024-T42合金拥有更好的抗蠕变性能,而在175℃和200℃时,2024-T62合金拥有更好的抗蠕变性能.2024-T42合金在175℃和200℃蠕变时,晶界出现大量微孔洞,这些微孔洞的出现导致合金表现为明显的沿晶断裂特征.
  • 摘要：笔者对所在实验室近年所做的大量的劈裂法测岩石抗拉强度实验数据进行了分析总结,对影响岩石抗拉强度的钢丝垫条直径的尺寸效应、加载波形效应和加载频率效应三个方面进行了初步的研究和探讨,得到岩石的抗拉强度随钢丝垫条直径和加载频率的增加而增大,并且加载波形也对抗拉强度有一定影响的结论;文章还提出了一个利用巴西圆盘劈裂法直接一次性测量岩石的抗拉强度、拉伸变形模量和泊松比的方法,该方法在实验中获得了较好的验证.
  • 摘要：本文对金属材料超声疲劳试验技术的特点和应用以及与常规疲劳试验之间的差异进行了阐述,对超声疲劳试验中常见的若干问题,即超声疲劳试样的设计以及由超高频率所引起的热效应、频率效应进行了探讨.结果表明,屈服强度低,外加应力大,是试样发热的重要原因,超声疲劳试验技术可以主要应用于高强钢的超高周疲劳试验;频率效应跟材料晶体结构有关系,超声疲劳试验技术可以应用于同一钢种改进工艺前后的疲劳性能对比.
  • 摘要：本文采用两种拉伸标样验证了包括TENSTAND六种方法在内的11种方法测量屈服强度的结果,证明相同名义应变速率条件下横梁位移控制方式和应变控制方式测量屈服强度的结果是一致的.分析发现拉伸试验方法标准中推荐应变控制和刚度修正,是由于TENSTAND WP4报告中的图38和图39误导了TENSTAND报告的结论,TENSTAND报告结论误导了ISO 6892-1(及GB 228.1)标准制定.通过模拟试验发现图38标称横梁位移控制方式不是采用横梁位移控制方式而是采用实时应力控制方式并在实时应力速率无法维持时自动切换为横梁位移控制方式.分析造成图39中横梁位移控制方式测量屈服强度高于应变控制方式的原因是因为采用了刚度修正(在根据应变速率计算横梁速率的公式中乘了一个大于1的系数)方法造成的,还发现刚度修正也是造成刚度差的夹头测量的屈服强度偏差的原因.本文分析找出了刚度修正错误的理论根源是把仅适用于弹性段的胡克定律错用到了测量屈服强度的塑性段.
  • 摘要：随着浅部资源的开采殆尽，国内外矿山相继进入深部开采，需要对巷道、大型地下硐室等工程进行开挖，而开挖实际上就是对岩体的一种卸荷过程。本文进行了三种不同应力路径下花岗岩卸载试验,研究了卸荷条件下岩石的应力-应变全过程曲线和变形特征及其规律.试验结果表明,卸围压过程中,侧向应变与围压先呈线性后呈非线性关系,且其增长速率约为轴向应变增长速率的两倍,明显大于轴向应变增长速率,表现出明显的侧向扩容,其扩容程度与卸载路径有关;不同围压与体积应变曲线所围面积可以看出,卸荷前围压越大,卸荷释放的能量越大;变形模量随围压卸载而逐渐减小,且随初始围压增大,总体上呈负指数分布趋势,且同一种卸荷应力路径时,变形模量的减小量随初始围压增大有所增大,泊松比随围压降低而不断增大,两者之间呈现明显的非线性关系;岩石破坏特征以剪切破坏为主.研究结果对地下金属矿深部开采具有一定的指导意义和参考价值.
  • 摘要：为了研究动静组合加载下深部巷道围岩分区破裂化的机制,在Instron电液伺服材料试验机上对用石膏制作的深部洞室模型进行了动静组合加载试验;为了进一步分析动静组合加载下深部巷道围岩分层断裂化的力学本质,将动静组合加载下深部巷道围岩近似视为若干个二维动静组合加载试样的组合体,并用红砂岩试样进行了二维动静组合加载试验.试验结果表明,巷道轴向应力为最大主应力且大于一定值时,围岩会发生分层断裂现象;巷道轴向应力为最大主应力且与外部扰动应力叠加达到一定值时,围岩也会发生分层断裂现象;巷道直径越大,在相同的动静组合加载条件下,更易发生分层断裂现象;相同直径的巷道,在不同的动静组合加载作用下,巷道围岩分层断裂化程度不同,动静组合应力叠加值越大分层断裂化程度越严重;应力状态对试样裂纹扩展及分布方向起着主导作用,试样破裂面一般垂直于最小主应力方向(在最小主应力面内),与最大主应力方向一致;深部巷道围岩存在形成破裂圈的应力状态,这样的应力状态诱发巷道围岩分区破裂现象的发生.
  • 摘要：根据深部岩石力学研究的需要,在分析深部开挖中岩石受力特点的基础上,提出岩石动静组合加载问题.通过对多载荷凿岩机、INSTRON系统、SHPB装置的不断改进和尝试,研制出中高应变率段岩石动静组合加载实验系统,该系统可实现岩石轴向静压0～200MPa、围压0～200MPa和冲击动载0～500MPa的同时加载.基于新研制的实验系统,对岩石在不同动静组合加载下的强度特性、破碎规律及吸能效率进行了研究.结果表明:冲击动载一定,轴向静压从0增大到其单轴静压强度70％时,岩石的组合加载强度大于其纯静载强度或纯动载强度.轴向静压不变,随着冲击动载的增大,岩石的组合加载强度逐渐增大,表现出率相关性.动静组合加载下,岩石的破坏呈拉伸破裂模式,岩石的破碎块度在冲击动载或轴向静压增大时都向细粒端发展.岩石的吸能率随着动静组合加载的不同而不同,通过选择合适的动静组合加载,可使岩石的吸能率最大.
  • 摘要：为了进行大尺寸岩石类材料试件力学特性的测试,中南大学自行研制了型号为TRW-3000的岩石真三轴电液伺服诱变(扰动)试验系统.本文着重介绍了该试验系统的主要功能和功能实现方式,岩石类材料力学试验如单轴压缩试验、三点/四点弯试验、直接拉伸试验及真三轴压缩试验均可以在本系统上开展.岩石类材料的受力学环境主要为压应力,利用该真三轴诱变(扰动)试验系统开展了真三轴卸载条件下扰动诱发大尺寸花岗岩岩试件破裂试验,首先对大尺寸花岗岩试件加载至设定的三向不同的原岩应力状态;然后按照隧洞开挖地应力调整路径,快速卸载最小主应力,保持中间主应力不变,以应力集中系数3.6增大最大主应力,整个实验系统稳定1 min;最后施加扰动诱发岩石破裂,扰动频率均采用5HZ,扰动幅值为600kN,只是扰动载荷的施加方向不同.试验结果表明:复杂应力路径下岩石压缩力学测试进展顺利;无论平行于最大主应力方向还是平行于中间主应力方向施加扰动均会诱发岩石破裂.
  • 摘要：通过在SHT4206电液伺服万能试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统上分别对高温处理后砂岩进行静、动载荷加载实验.系统地分析比较了热处理后砂岩在静、动载荷加载下的破坏模式、峰值强度和峰值应变的差异,并从微观角度探讨温度对岩石力学性质的影响.研究结果表明,高温后砂岩的动态力学特性与静态力学特性相比变化显著,随着温度的升高,静载荷时岩石破坏表现为从弹性到弹脆性再到塑性的变形特征,而动载荷作用时岩石破坏表现为弹性到塑性变形的变化特征;静动载荷作用下的峰值强度随着温度的升高而明显降低,且基本呈线性关系,静载荷作用下,平均峰值强度从126.37MPa降到64.76MPa,降低幅度为48.8％,动载荷作用时,平均峰值强度从176.3MPa降到83.1MPa,降低幅度达到了52.9％;而静动载荷作用下的峰值应变都随着温度的升高而增大.温度引起的热应力和微结构的变化导致砂岩力学性质发生改变,以及不同加载方式引起岩样内部孔隙扩展和微裂纹的生成方式不同,导致其抵抗外力变形的能力存在差异.
  • 摘要：提出圆盘冲击劈裂试验中求解岩石拉伸弹性模量的解析算法.结合圆盘对心受力的理论弹性解和实际试验过程中方便测量的物理参数,基于微积分原理,得到岩石拉伸弹性模量和垂直加载方向上总位移变形量之间的定量关系式.在此基础上,考察试样中心平行加载方向和垂直加载方向位移量之间的关系,认为两者之间存在线性关系,可以用比例函数进行表示.最后,结合SHPB冲击劈裂试验原理,通过测量得到平行加载方向位移,利用得到的比例函数进行换算,代入到拉伸模量和垂直加载方向上总位移变形量之间的定量关系式中,进而得到圆盘冲击劈裂试验中岩石拉伸模量的求解公式.该式包含冲击加载力、试样直径、试样厚度、岩石泊松比和试样中心平行加载方向上总位移变形量5个物理量,意义明确,运用简便,为求解圆盘劈裂试验拉伸弹性模量提供了一种新的方法.

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