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1、(完整)遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報模板(完整)遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報模板 編輯整理:尊敬的讀者朋友們:這里是精品文檔編輯中心,本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的,發(fā)布之前我們對文中內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)校對,但是難免會有疏漏的地方,但是任然希望((完整)遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報模板)的內(nèi)容能夠給您的工作和學(xué)習(xí)帶來便利。同時也真誠的希望收到您的建議和反饋,這將是我們進(jìn)步的源泉,前進(jìn)的動力。本文可編輯可修改,如果覺得對您有幫助請收藏以便隨時查閱,最后祝您生活愉快 業(yè)績進(jìn)步,以下為(完整)遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報模板的全部內(nèi)容。文章編號:六號黑體10080562(2012)06-0875-06六號times ne
2、w roman納米混凝土聲發(fā)射kaiser效應(yīng)的試驗與數(shù)值模擬二號宋體,段前,段后各0.5行王海波1,謝志龍2五號楷體(1. 華東交大理工學(xué)院 土建分院,江西 南昌 330100;2. 南昌大學(xué) 建筑工程學(xué)院,江西 南昌 330031)小五號宋體摘 要:小五黑體為研究納米材料的微觀結(jié)構(gòu)對混凝土宏觀力學(xué)性能的影響,采用聲發(fā)射試驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究納米混凝土在循環(huán)載荷作用下的聲發(fā)射特性。結(jié)果表明:納米混凝土具有明顯的kaiser效應(yīng),但存在一定的應(yīng)力水平范圍.與普通混凝土相比,由于受到納米sio2微觀作用的影響,納米混凝土在前3次加載過程中,聲發(fā)射能量高、幅值大、活性強(qiáng)。但在第4次加載時
3、,由于承載能力得到提高,納米混凝土聲發(fā)射能量累積曲線的變化相對平緩.rfpa數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果具有一致性,其應(yīng)力圖和聲發(fā)射圖能夠形象地表征試件裂紋的擴(kuò)展過程和破裂位置.這有助于深入了解納米混凝土損傷過程的聲發(fā)射特征.小五宋體,單倍行距關(guān)鍵詞:小五黑體納米混凝土;聲發(fā)射;kaiser效應(yīng);rfpa;數(shù)值模擬;納米sio2;試驗;損傷小五宋體中圖分類號:小五黑體o 348。8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:小五黑體a numerical simulation and experiment on acoustic emissionkaiser effect of nanoconcrete三號times new r
4、oman, 行間距固定值23磅wang haibo1, xie zhilong2(1. civil engineering and architecture branch, institute of technology, east china jiao tong university, nanchang 330100, china; 2. school of civil engineering and architecture, nanchang university, nanchang 330031, china)五號times new roman加粗abstract:五號times ne
5、w roman加粗 to study the influence of nano material microscopic structure on the macro-mechanical properties of concrete, using ae test and numerical simulation methods, the ae characteristic of nano-concrete under cyclic loading was investigated。 the results show that the nano-concrete has kaiser eff
6、ect, however, it occurs in a certain stress level range. compared with ordinary concrete, the nano-concrete has higher ae energy, larger ae amplitude and stronger ae activity during the first 3 loading processes due to the micro influence of nano-sio2。 nevertheless, in the 4th loading, the ae energy
7、 cumulative curve of nanoconcrete is relatively flat because of the improvement of the bearing capacity of nano-concrete。 the numerical simulation results of rfpa and experimental results are consistent. the stress diagram and ae figure are able to image the characteristics of the specimen crack pro
8、pagation process and the rupture position, which helps an in-depth understanding on the ae characteristics of nano-concrete during its damage process.五號單倍行距key words:五號times new roman加粗 nanoconcrete; acoustic emission; kaiser effect; rfpa; numerical simulation; nano-sio2; test; damage長度5厘米0 引 言四號仿宋,
9、段前段后各12磅,固定值16混凝土材料自問世以來就受到了廣泛的青睞1。隨著應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大、理論研究的不斷深入,人們對混凝土材料的要求也不斷提高.然而,普通混凝土的工作性能已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足需求.伴隨納米科學(xué)的不斷進(jìn)步與發(fā)展,人們試圖在普通混凝土中添加納米材料以改善其性能,這將成為一種新的嘗試2.job wan3等對摻加納米sio2水泥砂漿的性能進(jìn)行試驗研究,發(fā)現(xiàn)摻納米sio2顆粒的水泥砂漿,其7 d和28 d的抗壓強(qiáng)度均高于含有硅灰的砂漿。扶名福4等將納米sio2作為外摻劑加入到普通水泥混凝土中,制備高性能混凝土和功能性混凝土,討論納米sio2對普通混凝土工作性能的改善機(jī)理.杜應(yīng)吉5等報道,在
10、混凝土中,可以添加納米sio2作為“添加劑”,用來改善混凝土的強(qiáng)度、抗凍性和抗?jié)B性等。目前,絕大多數(shù)的研究都停留在納米材料對混凝土物理力學(xué)性能的影響上,關(guān)于納米混凝土損傷破壞機(jī)理以及納米材料的微觀結(jié)構(gòu)對混凝土宏觀性能的影響方面的研究很少6。與普通混凝土一樣,納米混凝土是一種復(fù)雜的非均勻材料,其破壞的本質(zhì)是內(nèi)部微裂紋逐漸發(fā)展變化的結(jié)果,也是內(nèi)部損傷不斷積累的過程.許多學(xué)者通過試驗和理論研究證明7-9,kaiser效應(yīng)對材料內(nèi)部曾經(jīng)受過的損傷程度存在“記憶性”,能夠反映和確定材料在先前加載過程中所受的損傷程度.因此,本文在普通混凝土中添加納米sio2,通過試驗研究納米混凝土在循環(huán)載荷作用下的聲發(fā)射
11、kaiser效應(yīng),并與普通混凝土試件進(jìn)行對比分析,從微觀上討論納米sio2對混凝土損傷過程的影響.在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用rfpa軟件對納米混凝土的kaiser效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬,再現(xiàn)其損傷破壞的整個物理過程.為進(jìn)一步研究納米混凝土的損傷破壞過程提供參考。五號宋體,單倍行距1 納米混凝土聲發(fā)射試驗1.1 原材料及試件制備黑體五號,段前,段后0.5行采用的水泥為海螺牌42。5級普通硅酸鹽水泥,sio2為德國瓦克公司生產(chǎn)的氣相法二氧化硅,其sio2(ns)含量為99.9,平均粒徑為40 nm,比表面積為400 m2/g,采用濃度為20%的聚羧酸鹽減水劑。納米sio2的摻量為3%.試驗選用邊長為 150 mm
12、150 mm150 mm的混凝土標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊,靜置1 d后脫模,置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)28 d.試件配合比見表1。表1 試件配合比與抗壓強(qiáng)度小五號黑體tab。1 specimen mix ratio and compressive strength小五號times news roman加粗試件w/csio2摻量/w/( kgm-3)c/( kgm-3)sio2/( kgm3)s/( kgm-3)g/( kgm3)齡期/d抗壓強(qiáng)度/mpa普通混凝土0.360。0180367.00.05711 3322847.8納米混凝土0。363。0180355。911。15711 3322850。8六號宋體,
13、上下橫線各1磅,中間橫線1/2磅。1。2 試驗裝置與加載方式試驗過程中采用聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)和加載控制系統(tǒng)兩套裝置,聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)為美國聲學(xué)物理公司(pac)生產(chǎn)的pci-2聲發(fā)射儀.試驗加載控制采用的是深圳新三思sht4 306型微機(jī)控制電液伺服萬能試驗機(jī)。試驗時布置兩個直徑為15 mm,中心頻率為150 khz的諧振式傳感器于試件兩端,利用耦合劑(真空酯)通過橡膠帶將其固定于試件表面.在試驗開始之前通過斷鉛試驗來檢測聲發(fā)射傳感器的耦合程度,檢查聲發(fā)射裝置是否正常運(yùn)行。聲發(fā)射采樣頻率為2 mhz,門檻值設(shè)為40 db,前置放大器的增益設(shè)為40 db。試驗采用循環(huán)加卸載的方式進(jìn)行加載,采用位移控制
14、,以恒定的速率1。2 mm/min加載和卸載。加載步驟如表2(為峰值應(yīng)力)。表2 試驗加載步驟tab.2 test load steps加載步驟第一次加載第二次加載第三次加載第四次加載載荷值/kn255075%87.52 試驗結(jié)果分析2。1 混凝土材料的聲發(fā)射模式混凝土材料在受力變形過程中的聲發(fā)射信號可以分成2種類型10:一是摩擦型聲發(fā)射,由原有裂隙的閉合與顆粒間的位錯、滑動摩擦引起;二是破裂型聲發(fā)射,由新裂紋擴(kuò)張和發(fā)展引起.混凝土材料中砂漿和骨料的原始裂紋以及砂漿和骨料界面之間的位錯、滑移和摩擦都是形成摩擦型聲發(fā)射的主要原因.在循環(huán)載荷作用下,顆粒間的位錯和滑動摩擦在一定程度上可以恢復(fù)。因此
15、,摩擦型聲發(fā)射具有一定的可逆性.破裂型聲發(fā)射則是由材料在載荷作用下新生裂紋的擴(kuò)張和破裂所引起.混凝土在載荷作用下會發(fā)生微破裂,出現(xiàn)微裂紋.隨著載荷的增加,這種微破裂發(fā)生的頻度也會增加,并且這一破裂過程是不可逆的,換言之破裂型聲發(fā)射具有不可逆性。因此,混凝土材料的聲發(fā)射反映了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)微觀變化的過程.2.2 納米混凝土聲發(fā)射kaiser效應(yīng)分析按照前述試驗方法分別對納米混凝土和普通混凝土試件進(jìn)行循環(huán)加卸載試驗.采用聲發(fā)射能量、幅值對試驗結(jié)果進(jìn)行分析。整理試驗數(shù)據(jù),得到典型納米混凝土試件的應(yīng)力-時間-聲發(fā)射能量率曲線和應(yīng)力時間聲發(fā)射能量累積曲線,如圖1。橫、縱坐標(biāo)及刻度線是0.5磅,圖中線條為0.
16、75磅。500100150200250300350時間/s應(yīng)力/mpa10203040505001 0001 5002 0002 500聲發(fā)射能量率聲發(fā)射能量累積值10424681012100時間/s050150200250300350(a)應(yīng)力時間聲發(fā)射能量率曲線 (b)聲發(fā)射能量累積曲線六號宋體圖1 納米混凝土試件聲發(fā)射試驗結(jié)果fig。1 result of ae test of nano-concrete specimen小五號宋體從圖1(a)可以看出,納米混凝土試件存在明顯的kaiser效應(yīng).在第1次加卸載過程中,有少量聲發(fā)射信號出現(xiàn),而在卸載過程中,幾乎沒有聲發(fā)射信號的產(chǎn)生。這個階段
17、的信號主要是來自于加載階段混凝土材料內(nèi)部原始微缺陷、裂紋的閉合以及材料內(nèi)部顆粒之間錯動、滑移和摩擦,即由摩擦型聲發(fā)射引起。在第2次加載初期,有少量能量較小的聲發(fā)射信號出現(xiàn)。當(dāng)載荷超過先前應(yīng)力的最大水平后,聲發(fā)射能量急劇增加,釋放出大量高能量的聲發(fā)射信號.前面已經(jīng)分析過,摩擦型聲發(fā)射具有一定的可逆性,在第1次卸載和重新加載過程中,部分滑移和摩擦得以恢復(fù)。因而第2次加載初期這些可逆摩擦的滑動就引起了少量聲發(fā)射信號的出現(xiàn).隨著載荷的進(jìn)一步增加,達(dá)到甚至超過先前載荷的應(yīng)力水平時,微缺陷將會被重新激活,出現(xiàn)新生微裂紋,促使新裂紋不斷擴(kuò)展而釋放能量,從而使聲發(fā)射信號急劇增加.因此,與混凝土kaiser效應(yīng)
18、相對應(yīng)的是裂紋的穩(wěn)定擴(kuò)展,即破裂型聲發(fā)射.但在此階段由于受到摩擦型聲發(fā)射的影響, kaiser效應(yīng)記憶的穩(wěn)定程度和準(zhǔn)確度不好.在第3次加載過程中,試件承受的最大應(yīng)力值38。6 mpa,超過了峰值應(yīng)力的70,試件進(jìn)入到非穩(wěn)定裂紋發(fā)展階段。從圖1(a)中可以看出,在未達(dá)到第2次載荷的應(yīng)力水平之前,幾乎沒有聲發(fā)射信號的出現(xiàn)。由于混凝土材料存在滯后效應(yīng),在第1次、第2次加載后原有缺陷與裂隙趨于閉合,顆粒之間的摩擦滑動已經(jīng)調(diào)整完畢,所以摩擦型聲發(fā)射的數(shù)量在第3次加載時急劇減少.當(dāng)超過第2次載荷的最大應(yīng)力水平之后,微裂紋的破裂不斷被激活,裂紋不斷擴(kuò)展、貫通,逐漸形成宏觀裂紋,與之相對應(yīng)的是再次出現(xiàn)了大量高
19、高能量的聲發(fā)射信號.在這個階段,摩擦型聲發(fā)射受到抑制,破裂型聲發(fā)射占據(jù)了主導(dǎo)地位,因此kaiser效應(yīng)記憶的穩(wěn)定程度和準(zhǔn)確性明顯提高.第4次加載過程中也有類似現(xiàn)象。圖1(b)為整個試驗過程中的聲發(fā)射能量累積曲線??梢钥闯?,聲發(fā)射能量累積曲線呈現(xiàn)階梯型,這進(jìn)一步證明了kaiser效應(yīng)的本質(zhì),當(dāng)試件所承受的載荷應(yīng)力水平小于先前載荷的最大應(yīng)力水平時,幾乎沒有聲發(fā)射信號的產(chǎn)生,一旦超過之后,聲發(fā)射信號會急劇增加.2。3 納米混凝土和普通混凝土kaiser效應(yīng)的對比分析本文對納米混凝土試件的聲發(fā)射試驗結(jié)果與普通混凝土試件的結(jié)果進(jìn)行了對比分析,結(jié)果見圖2。聲發(fā)射能量累積值10425普通混凝土5001001
20、50200250300350時間/s聲發(fā)射能量累積值1045101520納米混凝土500100150200250300350時間/s406080100406080100納米混凝土普通混凝土幅值/db500100150200250300350時間/s幅值/db(a)聲發(fā)射能量累積曲線 (b)聲發(fā)射幅值圖2 兩種混凝土試件聲發(fā)射特征參數(shù)的比較fig。2 the comparison of the ae characteristic parameters of the two kinds of concrete從圖2中可以看出,在第1次、第2次和第3次循環(huán)加卸載過程中,納米混凝土試件的聲發(fā)射能量和幅
21、值均要高于普通混凝土.此外,納米混凝土試件在前3次加卸載過程中有大量幅值超過60 db的聲發(fā)射信號出現(xiàn),而普通混凝土試件則只有少量幅值超過60 db的聲發(fā)射信號,這表明在這3次加卸載過程中納米混凝土試件的聲發(fā)射活性更強(qiáng)。但在第4次加載時,普通混凝土試件的聲發(fā)射能量累積曲線急劇上升,出現(xiàn)比較集中的高幅值聲發(fā)射信號,而納米混凝土試件的聲發(fā)射能量累積曲線的變化則相對平緩.分析原因,主要有以下兩點(diǎn):(1)納米材料的摻入,能夠改善普通混凝土的微觀結(jié)構(gòu)。一方面,由于納米材料特有的小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)11,在水泥漿體中,納米顆粒能夠填補(bǔ)水泥顆粒之間的細(xì)小空隙,使膠凝材料的顆粒級配得以改善,從微觀尺度提高水泥
22、漿體的密實(shí)度;另一方面,在水泥漿體中,納米顆粒能起到“晶核”的作用,在加速水泥水化進(jìn)程的同時,還能與水泥水化產(chǎn)物ca(oh)2晶體生成chr凝膠,有效細(xì)化水泥漿體內(nèi)部及其與骨料之間界面上的ca(oh)2晶粒、降低取向程度,從而改善水泥漿體與界面的微觀結(jié)構(gòu).微裂紋在高強(qiáng)度界面以及密實(shí)漿體的擴(kuò)展過程中所受到的阻力要比原來的大,裂紋尖端積聚的能量也要更高。而當(dāng)微裂紋在界面擴(kuò)展或者在基體中貫通時,就會產(chǎn)生更大的能量釋放,形成更強(qiáng)的聲發(fā)射信號.因此,相比普通混凝土,納米混凝土在前3次的加卸載過程中所釋放的聲發(fā)射信號能量更高,活性更強(qiáng)。(2)由于納米混凝土的微觀結(jié)構(gòu)得以改善,與普通混凝土相比,納米混凝土中
23、固有缺陷的尺寸和數(shù)量減少、均勻性提高、質(zhì)地更加致密,從而提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度和承載能力。換言之,雖然加載到相同的應(yīng)力水平,但普通混凝土試件已經(jīng)接近破壞,裂縫彼此連通,形成宏觀裂縫,釋放出大量的能量,使聲發(fā)射能量累積曲線陡升。而此時納米混凝土試件還具有一定的承載能力,裂紋在不斷的擴(kuò)展、延伸,因而聲發(fā)射能量累積曲線的變化相對平緩.3 納米混凝土kaiser效應(yīng)數(shù)值模擬3.1 數(shù)值模型建立試樣模型尺寸為150 mm150 mm,劃分為150150個網(wǎng)格基元,采用平面應(yīng)力問題.考慮到納米混凝土材料的均勻性,取均質(zhì)度m=3,計算模型的力學(xué)參數(shù)見表3。采用反復(fù)加載的方式,采用位移控制的方法,總載荷步為1
24、10 步,其中加載20 步,卸載10 步,每步加載位移增量為0.002 mm,卸載位移量為0。002 mm。表3 基元的力學(xué)參數(shù)、相變準(zhǔn)則tab.3 mechanical parameters and phase changecriteria of primitive均質(zhì)度彈性模量/mpa強(qiáng)度/mpapoisson摩擦角/自重/( nmm-3)c/t比350 0001000.25300103。2 數(shù)值模擬結(jié)果分析圖3為循環(huán)加卸載條件下納米混凝土試件的載荷-加載步-聲發(fā)射能量率模擬曲線.從圖3中可以看出,在第1次加載初期,沒有聲發(fā)射信號的出現(xiàn),此時材料處于彈性變形階段.繼續(xù)加載后,由于試樣微元受
25、到損傷,原始裂隙不斷閉合,出現(xiàn)聲發(fā)射信號,而在卸載過程中沒有聲發(fā)射信號的形成。進(jìn)行第2次加載時,當(dāng)沒有達(dá)到試件先前所承受的最大載荷時,沒有微損傷的出現(xiàn),也沒有聲發(fā)射信號產(chǎn)生。而當(dāng)載荷進(jìn)一步增加直至超過先前載荷的最大值時,再次出現(xiàn)了聲發(fā)射信號,且信號的強(qiáng)度和密度較第1次的要高。在第3次和第4次循環(huán)過程中,都有類似現(xiàn)象。因此,rfpa的數(shù)值模擬試驗結(jié)果驗證了納米混凝土材料也同樣存在kaiser效應(yīng).200406080100120加載步1 000載荷/n2 0003 0004 0001.5聲發(fā)射能量率10-43.04.56.0圖3 載荷加載步-聲發(fā)射能量率曲線fig.3 load-step-ae c
26、ount curve在循環(huán)加載條件下,聲發(fā)射能量也可以通過累積數(shù)形式來表達(dá),圖4給出了數(shù)值模擬所得的聲發(fā)射能量累積數(shù)與載荷步的關(guān)系曲線,比較圖4和圖1(b)可以看出,數(shù)值模擬結(jié)果和試驗結(jié)果是一致的。 這進(jìn)一步體現(xiàn)了聲發(fā)射kaiser效應(yīng)的本質(zhì),即再次加載時出現(xiàn)明顯聲發(fā)射現(xiàn)象的前提條件是其當(dāng)前所受荷載的應(yīng)力水平已經(jīng)超過之前所受的最高應(yīng)力水平12。圖5給出了數(shù)值模擬的聲發(fā)射圖,圖中圓圈的位置和數(shù)量分別表示聲發(fā)射發(fā)生的部位和數(shù)量,圓圈越多表明聲發(fā)射數(shù)量越多。結(jié)合圖4可以看出,在加載初期,幾乎沒有聲發(fā)射出現(xiàn),直至加載到12步的時候才出現(xiàn)第一個聲發(fā)射。在卸載過程中也沒有聲發(fā)射出現(xiàn).再次加載時,只有當(dāng)所施
27、加的載荷超過上次加載的最大載荷時,才會有聲發(fā)射的出現(xiàn)。這再次驗證了聲發(fā)射kaiser效應(yīng)的存在。此外,從圖5中還可以看出裂紋發(fā)展變化的整個過程,從試樣最終的破壞形態(tài)來看,呈現(xiàn)“z字形。200406080100120加載步聲發(fā)射能量累積數(shù)10-30.51.01.52.02.53.03.54.0圖4 聲發(fā)射能量累積數(shù)曲線fig。4 cumulative curve of ae energy step12 step40 step71 step110圖5 循環(huán)加卸載下的聲發(fā)射fig。5 the ae under cyclic loading and unloading4 結(jié) 論本文通過納米混凝土在循環(huán)
28、載荷作用下的聲發(fā)射試驗,結(jié)合rfpa數(shù)值模擬,研究納米混凝土的損傷破壞規(guī)律,得到以下結(jié)論:(1)納米混凝土材料存在明顯的kaiser效應(yīng),但有一定的應(yīng)力水平范圍。當(dāng)處于較低的應(yīng)力水平時,由于受到摩擦型聲發(fā)射的影響,kaiser效應(yīng)記憶的穩(wěn)定程度和準(zhǔn)確度不好;在高應(yīng)力水平階段,破裂型聲發(fā)射占據(jù)主導(dǎo)地位,聲發(fā)射信號明顯增多,kaiser效應(yīng)記憶的穩(wěn)定程度和準(zhǔn)確性明顯提高.(2)通過比較可以得出,由于納米sio2的微觀作用,使得納米混凝土更加均勻、密實(shí)。在前3次加載過程中,納米混凝土試件的聲發(fā)射信號能量、幅值更高,活性更強(qiáng);在第4次加載時,普通混凝土試件接近破壞,導(dǎo)致聲發(fā)射能量累積曲線陡升,幅值更加
29、集中,出現(xiàn)高幅值聲發(fā)射信號群。而納米混凝土聲發(fā)射能量累積曲線的變化相對平緩。這為混凝土結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞的監(jiān)測提供了參考依據(jù).(3)rfpa數(shù)值模擬能動態(tài)演示混凝土材料從受載到破裂的完整過程,其應(yīng)力圖和聲發(fā)射圖能夠形象的表征試樣裂紋的擴(kuò)展過程和破裂位置.模擬結(jié)果顯示,模型具有明顯的kaiser效應(yīng)。數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果之間具有很好的一致性,說明rfpa軟件處理方法的正確性、合理性。參考文獻(xiàn)五號黑體,段前段后0.5行1 張蔚. 略談混凝土材料研究的新進(jìn)展j. 福建建設(shè)科技,2002,4 (4):48- 49。zhang wei。 a brief discussion of new developme
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