本文關(guān)鍵詞：黃河冰抗拉強(qiáng)度及斷裂韌度的劈裂試驗(yàn)研究

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【摘要】：在寒冷區(qū)域的結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)中,需要著重考慮冰荷載的影響,冰荷載的計(jì)算需要冰的單軸壓縮強(qiáng)度、斷裂韌度和抗拉強(qiáng)度等參數(shù)作為支持。但是冰對(duì)水文、氣象等地理環(huán)境條件非常敏感,所以由于地理環(huán)境因素的不同,冰的物理和力學(xué)性質(zhì)有很大差異。所以非常有必要繼續(xù)對(duì)河冰的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的研究,對(duì)冰工程領(lǐng)域的理論體系進(jìn)行補(bǔ)充。在對(duì)黃河冰進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)研究之前,首先于2014年1月至3月在黃河寧蒙段頭道拐水文站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),研究黃河河冰的凍結(jié)過(guò)程和冰的構(gòu)成,為力學(xué)試驗(yàn)的試樣選取提供理論依據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)在頭道拐水文站所處的黃河彎道處,流凌和冰花由于離心力的作用,大量堆積在彎道外側(cè)；隨著冰蓋的凍結(jié)彎道外側(cè)逐漸被冰凌和冰花塞滿,主河道逐漸向彎道內(nèi)側(cè)移動(dòng)。隨后形成了彎道外側(cè)為粒狀冰,彎道內(nèi)側(cè)為柱狀冰的冰蓋。隨后還對(duì)黃河小型清溝的凍結(jié)冰蓋進(jìn)行了測(cè)量并做等厚線圖,表明清溝冰蓋呈鍋底狀,而在水流的作用下,下游處形成渦旋,導(dǎo)致清溝下游處冰厚最小。在黃河彎道內(nèi)側(cè)切取冰坯,將其制成垂直和水平方向的薄片用于觀測(cè)冰晶體,最終確定黃河冰的晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型。采用等效直徑法對(duì)晶體結(jié)構(gòu)照片計(jì)算平均粒徑尺寸,同時(shí)采用圖像分析軟件分析冰內(nèi)氣泡分布情況、泥沙含量和密度等黃河冰的基本物理性質(zhì)。隨后切取柱狀冰加工力學(xué)試驗(yàn)試樣,通過(guò)航空運(yùn)輸運(yùn)往大連理工大學(xué)的低溫實(shí)驗(yàn)室。在低溫實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用冰試樣切割儀器加工成巴西圓盤(pán)劈裂試樣,隨后使用配備高精度低溫恒溫實(shí)驗(yàn)箱的冰壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行巴西圓盤(pán)劈裂試驗(yàn),得到黃河冰的抗拉強(qiáng)度和斷裂韌度等力學(xué)性質(zhì)。選取不同的溫度和保證脆性的應(yīng)變速率作為條件進(jìn)行巴西圓盤(pán)劈裂試驗(yàn),重點(diǎn)對(duì)溫度、試樣尺寸、應(yīng)變速率等因素對(duì)黃河冰抗拉強(qiáng)度和斷裂韌度的影響進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：黃河冰的抗拉強(qiáng)度表現(xiàn)出了明顯的應(yīng)變速率敏感性。冰的抗拉強(qiáng)度與溫度也有著密切的關(guān)系,在相同的應(yīng)變速率下,冰的抗拉強(qiáng)度值隨著冰溫的降低而增大。本文還探討了試樣尺寸變化對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響,隨著試樣直徑增大,冰的抗拉強(qiáng)度減小。斷裂韌度與應(yīng)變速率也有明顯的相關(guān)性,應(yīng)變速率低于9×10-4 s-1時(shí),斷裂韌度恒定不變,應(yīng)變速率高于9×10-4 s-1時(shí),斷裂韌度隨著應(yīng)變速率增大而減小。斷裂韌度的峰值隨著溫度的降低而增大,而試樣尺寸對(duì)斷裂韌度幾乎沒(méi)有影響。
【關(guān)鍵詞】：黃河冰 劈裂試驗(yàn) 抗拉強(qiáng)度 斷裂韌度 應(yīng)變速率 溫度
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TV135;P343.63
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 研究背景和意義9-11
• 1.2 冰力學(xué)性質(zhì)的研究進(jìn)展11-13
• 1.3 本文的主要研究工作13-15
• 2 黃河冰蓋生長(zhǎng)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)15-29
• 2.1 黃河冰蓋凍結(jié)過(guò)程觀測(cè)15-22
• 2.1.1 黃河冰凍結(jié)的基本理論15
• 2.1.2 黃河彎道不同位置處冰晶體觀測(cè)15-21
• 2.1.3 小結(jié)21-22
• 2.2 黃河小型清溝凍結(jié)過(guò)程觀測(cè)22-29
• 2.2.1 實(shí)測(cè)清溝水面凍結(jié)冰厚度的空間分布23-24
• 2.2.2 實(shí)清溝水面凍結(jié)機(jī)制分析24-26
• 2.2.3 清溝水面凍結(jié)冰厚度分析26-27
• 2.2.4 小結(jié)27-29
• 3 黃河冰的物理特征分析29-40
• 3.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的背景條件和試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)29-30
• 3.2 黃河冰力學(xué)試樣的溫度、密度和泥沙含量測(cè)量30-32
• 3.3 力學(xué)試樣的冰晶體結(jié)構(gòu)和氣泡特征分析32-40
• 3.3.1 冰晶體切片的制備32-33
• 3.3.2 冰晶體切片的觀測(cè)33-37
• 3.3.3 氣泡含量和冰晶體粒徑尺寸分析37-40
• 4 黃河冰的巴西圓盤(pán)劈裂試驗(yàn)研究40-63
• 4.1 西圓盤(pán)劈裂試驗(yàn)的理論基礎(chǔ)40-43
• 4.2 冰試樣的采集和制備方法43-46
• 4.2.1 黃河冰采樣過(guò)程和試樣毛坯制備方法43-45
• 4.2.2 巴西圓盤(pán)劈裂試驗(yàn)試樣加工45-46
• 4.3 試驗(yàn)裝置、步驟和試驗(yàn)條件的選取46-49
• 4.3.1 試驗(yàn)裝置46-48
• 4.3.2 試驗(yàn)步驟48
• 4.3.3 試驗(yàn)條件的選取48-49
• 4.4 巴西圓盤(pán)劈裂試驗(yàn)加載過(guò)程曲線有效性分析49-52
• 4.5 巴西圓盤(pán)劈裂試驗(yàn)結(jié)果52-62
• 4.5.1 抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果52-56
• 4.5.2 斷裂韌度試驗(yàn)結(jié)果56-59
• 4.5.3 彈性模量試驗(yàn)結(jié)果59-62
• 4.6 小結(jié)62-63
• 5 黃河冰的抗拉強(qiáng)度、斷裂韌度與影響因素的關(guān)系分析63-78
• 5.1 抗拉強(qiáng)度與影響因素的關(guān)系63-68
• 5.1.1 抗拉強(qiáng)度與應(yīng)變速率的關(guān)系63-64
• 5.1.2 抗拉強(qiáng)度與溫度的關(guān)系64-66
• 5.1.3 抗拉強(qiáng)度與試樣尺寸的關(guān)系66-68
• 5.2 斷裂韌度與影響因素的關(guān)系68-73
• 5.2.1 斷裂韌度與應(yīng)變速率的關(guān)系68-69
• 5.2.2 斷裂韌度與溫度的關(guān)系69-72
• 5.2.3 斷裂韌度與試樣尺寸的關(guān)系72-73
• 5.3 彈性模量與影響因素的關(guān)系73-77
• 5.4 小結(jié)77-78
• 6 結(jié)論78-80
• 參考文獻(xiàn)80-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況84-85
• 致謝85-86

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1 吳智敏,王金來(lái),徐世p，

本文編號(hào)：758997