Ⅰ 加载、卸载过程对杨氏模量的影响
4.3.1 岩样屈服之前的加载、 卸载过程
图4-8a是1号花岗岩试样多次单轴压缩的试验结果,最大加载应力约为单轴压缩强度的80%。在轴向应力80MPa处,第二次压缩比第一次线性程度提高,卸载的残余变形也有所减小。以后岩样变形过程没有变化,加载过程和卸载过程的杨氏模量为56GPa,卸载的残余变形几乎消失。但加载和卸载过程仍不能完全重复,即在循环加载过程中岩样吸收外界能量。
图4-8 花岗岩单轴和不同围压的加载、卸载曲线
a—1号花岗岩试样单轴压缩试验结果;b—2号花岗岩试样不同围压加载、卸载曲线
图4-8b是2号花岗岩试样不同围压下加载、卸载的曲线。围压是逐次增大,岩样的初期压密阶段减少,但平均杨氏模量并没有明显变化,约为57GPa。与单轴压缩试验的结果对照,可以发现图4-8中不同围压下的试验结果并不完全是围压引起的,加载顺序也具有相当的影响。只要经过两、三次加载、卸载,则岩样的变形特性不再发生变化。需要说明的是,试验用花岗岩试样没有肉眼可见的差异,但离散性依然是存在的。
图4-9是煤样A和B单轴循环加载的曲线。在第一次加载、卸载之后,试样产生了残余变形;卸载曲线稍有滞后。两个煤样变形都具有很好的线性特征,卸载模量与加载模量差异甚小。另外,煤样A在峰值应力之后,岩样发生局部的劈裂,实际承载断面减小,因而卸载和再加载的(名义)变形模量降低。试验结束时煤样仍有部分保持完好。
图4-10a是煤试样在围压5MPa和15MPa下的轴向加载和卸载过程。杨氏模量与围压没有关系,并且卸载时煤样同样具有很好的线性特征,卸载模量与加载模量完全相同。在开始卸载时轴向应力降低而变形几乎保持不变。试样内材料弹性应变的减小转化为裂隙的滑移。摩擦力的方向发生改变。在主应力差降低到零时,试样仍保留一定的轴向变形。不过在围压降低时轴向变形还会继续恢复。
图4-9 煤样单轴循环加载曲线
图4-10 煤样在不同围压下的加载和卸载
图4-10b是同一试样其后在围压20MPa下进行的试验。轴向卸载之后的再加载,也是轴向应力增加而变形几乎保持不变。这同样可以从煤样层理之间摩擦力的方向改变来理解。当然轴向应力增加,材料肯定要产生压缩变形。但单纯矿物颗粒的变形量是很小的,而摩擦力改变方向时,载荷的增加并不引起层理面之间的滑移变形,因而煤样总的变形很小。作为参考,该煤样的杨氏模量为5.0GPa(本次试验30个煤样的最高值),仅相当于石灰岩、花岗岩的十分之一,即作为矿物本身的杨氏模量是很高的,但是煤因沉积构造而造成杨氏模量偏低。
又BC之间是围压降低过程,轴向应力也同等降低,以保持主应力差不变。C点处围压为零,再降低轴压。在主应力差恒定时利用虎克定律得到
E/(1-2ν)=dσ3/dε1=20/(0.12×10-2) (4.14)
该试样的杨氏模量是5.0GPa,求得泊松比ν=0.35。又在保持轴向变形不变,仅利用围压与轴向应力之间的变化关系,也可以确定泊松比[23]。
图4-11是粉砂岩试样在围压10MPa时,轴向循环加载的全程曲线。循环加载对岩样的强度和屈服破坏过程没有明显影响。从图4-11可以看出,岩样卸载和加载过程不可重复。再加载过程是线性的;卸载过程是非线性的,切线模量随应力降低而减小。卸载时岩样变形恢复量很小,产生残余变形。卸载端点处,试验机的加载压头已经与岩样完全脱开,岩样的轴向应力就是围压10MPa。
图4-11 粉砂岩试样轴向循环加载
试验所用砂岩尽管均匀、致密,没有缺陷,其杨氏模量也与围压无关。但砂岩本身具有许多空隙,加载过程首先使得岩样内部裂隙闭合,摩擦力和正应力逐步增加以承载轴向应力,在此过程中会发生微小滑移。卸载时,裂隙内的摩擦力将抑制材料的回弹,并以残余应力的形式保持下来。再加载时压缩岩样的变形就相对减小,从而杨氏模量提高,线性特征得到强化。
在轴向应力低于单轴压缩强度为34MPa的范围内,对同一风化的红砂岩试样进行不同围压的循环加载,采用载荷控制加载。岩样变形特征相似,但杨氏模量随着围压增大而明显提高,图4-12a是围压3MPa和30MPa时的试验结果。显然加载过程是线性的,而卸载过程具有非线性变形特征。
图4-12 红砂岩试样轴向循环加载
a—载荷控制加载;b—变形控制加载
图4-12 b是另一个风化红砂岩试样轴向加载和卸载的试验结果,采用变形控制加载,围压逐次增大。试样的加载杨氏模量随围压明显增大。卸载过程和加载过程也完全不同。在卸载初期具有应力跌落,其后是线性变形,范围随围压而增大,最后是非线性的。除第一次卸载时残余变形较大外,以后残余变形大致相同。这些残余变形在围压降低时仍将逐步恢复。经过围压从0增大到15MPa又减小到0的10次加、卸载之后,该试样单轴压缩的平均杨氏模量仍与一次压缩破坏试样的数值大致相同,只是加载初期的压密阶段减少。这表明就轴向变形而言,图4-12中试验曲线的区别主要是围压引起的,加载次序的影响仅局限于初期压密阶段。
卸载过程中的应力跌落是内部摩擦力改变方向引起的,非线性变形则表明,岩样内的有效承载面积不断减小,意味着原来闭合的空隙由于其附近材料的弹性恢复而张开。这是砂岩的特点。
4.3.2 岩样屈服后的卸载和再加载过程
图4-13是煤试样在围压30MPa下的三次加载、卸载结果。第一次加载应力较低,变形特征与图4-10完全相同。第二次加载时岩样发生屈服,在应力几乎不增加时变形显着增加。卸载时BC段应力降低量相应增大。这表明岩样内的剪切滑移面增大,摩擦力在岩样承载的轴向应力中所占比重增大。不过其后CD段的变形仍是线性的,杨氏模量也与加载时相同。D点之后,变形成为非线性的。卸载结束时残余变形增加不大,即AB段的滑移量也恢复了。这是通过裂隙的张开来实现的。第三次加载时首先是一段与卸载过程相似的非线性过程,表明裂隙的闭合、承载。其后试样就开始屈服。由于试验采用载荷控制,在主应力达31MPa时试样发生破坏。这一结果表明,屈服之后的卸载会降低试样的强度。
图4-14是粉砂岩试样在围压10MPa时,轴向循环加载的全程曲线。岩样进入屈服状态的有效卸载,使岩样的强度降低[24]。峰值应力之后进行卸载,岩样在轴向产生很大的塑性变形;再加载时尽管变形仍是线性的,但杨氏模量降低。与图4-11的峰前循环加载相比,岩样屈服之后的变形特性与应力路径的关系更加复杂。
图4-13 煤样多次加载、卸载结果
图4-14 粉砂岩试样循环加载
风化砂岩进行了多次不同围压的加载、卸载试验。在图4-15a中的4次试验中,杨氏模量随围压增大,但残余变形大致相同。其力学特征与图4-12的红砂岩相似。其后在图4-15b中,围压30MPa时岩样内部发生屈服,产生显着的塑性变形。卸载时轴向应力的降低较大,残余变形也增大许多。这种残余变形表明试样内部发生了整体的滑移,不能在卸载过程中恢复,即通常所说的塑性变形。但围压提高到40MPa时试样变形又具有了很好的线性,这表明屈服破坏面由于摩擦力的作用,承载能力提高,不再滑移。而卸载后的残余变形与原来的相同。
图4-15 风化砂岩试样多次加载、卸载
石灰岩也是一种典型的沉积岩。除局部的沉积缺陷之外,材料整体上具有均匀、致密的特征。1号石灰岩试样单轴压缩时,在峰值之前具有很好的线性变形特征,抗压强度是160MPa,杨氏模量是65GPa(图4-16)。2号石灰岩试样首次加载时围压为0.1MPa,初期轴向应力-变形成线性关系。在轴向应力达到45MPa后应力-应变关系偏离直线。这表明岩样中某一缺陷或弱面达到了其承载能力,开始屈服,产生塑性变形。在其后进行的围压1MPa和5MPa试验中,围压使缺陷的承载能力提高,在试验范围内未产生新的屈服变形。加载和卸载过程的应力-应变关系,都与1号试样单轴压缩时的相同。
图4-16 石灰岩试样的应力-应变曲线
图4-15和图4-16的试验结果表明,岩样卸载的杨氏模量不能直接表示其内部的损伤状态。至于岩样加载过程,由于裂隙可以承载正应力,并通过摩擦力承载剪切应力,所以杨氏模量与损伤状态之间的关系更不确定。又基于有效应力定义的损伤因子,是通过单向拉伸的杨氏模量来确定[25],并不能直接用于描述岩石。第5章5.9节将予以具体讨论。
4.3.3 讨论
石灰岩颗粒细小,除了存在局部的沉积缺陷外,整体结构致密、均匀。花岗岩内颗粒尺度较大,不均质性明显;但颗粒之间接触紧密,不易发生错动,具有很好的整体变形特征。两种岩石加载和卸载的杨氏模量大致相同,与围压没有关系。
煤的颗粒也非常细小,但存在方向恒定的层理面,轴向压缩煤样时,层理之间产生一定的变形使摩擦力达到最大值,其后若不发生屈服则具有均质材料的特征;轴向卸载时层理之间的摩擦力方向会发生变化,抑制层理面之间的变形恢复,这种作用使煤样具有均质材料的特征,从而加载和卸载的杨氏模量大致相同,与围压没有关系,表示了材料的变形特征。
砂岩具有圆的颗粒,并含有大量不同方向的空隙。其围压不同,各个裂隙内的摩擦力变化过程也就不同,从而影响杨氏模量。风化砂岩的轴向压缩变形越大卸载之后的残余变形也越大,而与围压和轴向应力并没有直接影响,颗粒之间位置变形是显着的,而这种变形受到摩擦力的重大影响。
Ⅱ 吸收曲线和标准曲线有何区别在实际应用中各有何意义
吸收曲线和标准曲线区别为:性质不同、应用意义不同、变化不同。
一、性质不同
1、吸收曲线:吸收曲线是入射粒子被靶核吸收时,随着入射粒子的能量变化形成的曲线。
2、标准曲线:标准曲线是通过测定一系列已知组分的标准物质的某理化性质,从而得到该性质的数值所组成的曲线。
二、应用意义不同
1、吸收曲线:吸收曲线可以通过中子被重核(如U238核)吸收的截面变化规律,获取入射粒子被靶核吸收的概率。
2、标准曲线:标准曲线可以通过测定标准物质的物理/化学属性跟仪器响应之间的函数关系,推导待测物质的理化属性。
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三、变化不同
1、吸收曲线:吸收曲线中,当入射粒子的能量在某一区间时,射向权重核会发生强烈的共振吸收现象,曲线也会出现许多共振峰。
2、标准曲线:标准曲线是标准物质的物理/化学属性跟仪器响应之间的函数关系,通常情况下的标准工作曲线是一条直线。
Ⅲ 纳米压痕卸载曲线怪怪的是不是压针问题
纳米压痕仪主要用于测量纳米尺度的硬度与弹性模量,可以用于研究或测试薄膜等纳米材料的接触刚度、蠕变、弹性功、塑性功、断裂韧性、应力-应变曲线、疲劳、存储模量及损耗模量等特性。可适用于有机或无机、软质或硬质材料的检测分析,包括PVD、CVD、PECVD薄膜,感光薄膜,彩绘釉漆,光学薄膜,微电子镀膜,保护性薄膜,装饰性薄膜等等。基体可以为软质或硬质材料,包括金属、合金、半导体、玻璃、矿物和有机材料等。
Ⅳ 刚度曲线中,加载曲线与卸载曲线为什么不是直线关系为什么加再载与卸载曲线不重合
变形与载荷不成线性关系,加载曲线和卸载曲线不重合,卸载曲线滞后于加载曲线。两曲线线间所包容的面积就是载加载和卸载循环中所损耗的能量,它消耗于摩擦力所做的功和接触变形功;第一次卸载后,变形恢复不到第一次加载的起点,这说明有残余变形存在,经多次加载卸载后,加载曲线起点才和卸载曲线终点重合,残余变形才逐渐减小到零。
Ⅳ 典型岩石的应力应变曲线对我们的人生经历和科学发展有什么启示
懂得变通,科学上要实事求是。
岩石全应力应变曲线,亦称“应力-应变图”。表示材料在外力或外因变化的作用下,应力随应变变化的特征曲线。岩石的全应力应变曲线,表征了岩石从开始变形,逐渐破坏,到最终失去承载能力的整个过程。岩石的变形全应力应变曲线可分为6个阶段, 各阶段的特征和所反映的物理意义分别如下:一、OA段,应力缓慢增加,曲线朝上凹,岩石试件内裂隙逐渐被压缩闭合而产生非线性变形,卸载后全部恢复,属于弹性变形。二、AB段,线弹性变形阶段,曲线接近直线,应力应变属线性关系,卸载后可完全恢复。
Ⅵ 吸收曲线与标准曲线有何区别在实际应用中有何意义
1、功能不同
吸收曲线又称为共振吸收曲线,在原子核物理中表示指入射粒子被靶核吸收的概率,随着入射粒子的能量变化形成的曲线。因为吸收概率又称为吸收截面,为总截面与散射截面之差。
标准曲线是通过测定一系列已知组分的标准物质的某理化性质,从而得到该性质的数值所组成的曲线。标准曲线是标准物质的物理/化学属性跟仪器响应之间的函数关系。
2、特点不同
吸收曲线放出带电粒子反应为(n,α),(n,p)反应。中子被靶核吸收后形成激发态的复核,这些复核通过放出带电粒子如α,p粒子而返回到生成核的基态。
标准曲线是标准物质的物理/化学属性跟仪器响应之间的函数关系。建立标准曲线的目的是推导待测物质的理化属性。
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3、工作原理不同
吸收曲线中,当入射粒子的能量在某一区间时,射向重核会发生强烈的共振吸收现象,曲线也会出现许多共振峰。
标准曲线是以标准溶液及介质组成的标准系列,标绘出来的曲线。校正曲线的标准系列的伴生组分必须与试样相匹配,以便测量结果的准确。只有标准曲线与校正曲线相重合的条件下,才可以用标准曲线来代替校正曲线。
Ⅶ 材料力学实验中什么是卸载规律
从单向拉伸实验的应力应变曲线 看:加载至过弹性极限达到A点,然后 卸载至B点, 此时总应变 的弹性 部分 中的部分应变 得到恢复,塑 性应变部分 要被保留下来.此时 的应力和应变的改变量, 即: 卸载后的应力或应变等于卸载前的应力或应变 减去卸载时的荷载改变量 为假想荷载按弹性计算所 得之应力或应变(即卸载过程中应力或应变的改变量.
使用卸载定律要注意两点:
(1) 卸载过程必须时简单加载, 即卸载过程中各点的应力分量 时按比例减少的;
(2) 卸载过程中不发生第二次塑性变形, 即卸载不引起应力改 变符号而达到新的屈服.
Ⅷ 分子动力学中加载卸载曲线如何得到
刚度曲线不是直线,力和变形不成线性关系。 工 这表明部件的变形不单纯是弹性变形。 这表明部件的变形不单纯是弹性变形。 艺 系 统 刚 度 分 析 车床刀架部件静刚度曲线 (三)机床部件的刚度及特点 2)加载曲线与卸载曲线不重合。两曲线间的包 容面积代表循环中消耗的能量,即消耗在零件间的接 工 触变形、摩擦和塑性变形所作的功。 触变形、摩擦和塑性变形所作的功。
Ⅸ 如何利用岩石弹性波速求解其动弹性参数
利用岩石弹性波速求解其动弹性参数:在弹性体中纵波转递的速度为:u=√(G/ρ)=√{E(1-μ)/[ρ(1+μ)(1-2μ)]}其中E、G是固体介质的杨氏弹性模量和切变模量,μ是固体介质的泊松比,ρ是固体介质的密度。
多孔岩石中的孔隙流体、孔隙形状、围压、孔隙压力、矿物成分、温度等因素都会对弹性波速度有影响。因此总的来说,利用弹性波速度及其变化来估计上述因素的反演问题是十分复杂的。为此必须逐一研究每个因素对弹性波进度的影响。
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岩石弹塑性
岩石弹塑性是石物理力学性质之一。指岩石的一种变形特性。这一特性常与受力状态和所处的环境有关。岩石受载后,应变相应地增长,可获得岩石的应力-应变曲线,如果对岩石加载到一定值时卸载,卸载曲线不沿加载曲线返回原点,实际上,这类岩石的卸载曲线表示弹性变形和一部分不可恢复的残余变形。
Ⅹ 拉伸试验卸载曲线面积有什么物理意义
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第一个阶段 观察韧性金属材料拉伸曲线的四个阶段.如图,第一个阶段是弹性阶段,这个阶段分为两种,当应力小于σp 时,应力和应变成正比,此时应力最大值叫做这种材料的比例极限;超过比例极限后,应力和应变虽然不保持正比关系,但变形依然是弹性的,卸载后变形完全恢复为零.
第二个阶段是屈服阶段,超过弹性极限后,应力不增加,应变大幅度增加,应力应变曲线上出现一个平台,此时即使不加载,试样的变形依然在增加,此时的应力值叫屈服强度或者屈服应力.
第三个阶段强化阶段,过了屈服阶段后,应力继续增加,此时构件又能承受载荷.
第四个阶段是断裂阶段,构件发生断裂.
济南华衡试验机生产液压万能试验机