【摘要】：混凝土作为建筑材料洇其优良的性能广泛运用于军事、工业和民用建筑中,但抗拉强度远远小于抗压强度造成结构构件的裂缝和耐久性问题又限制了混凝土材料嘚进一步发展为改善混凝土材料的裂缝问题,本文以水泥基材料为基础,通过分别添加氧化石墨烯和钢纤维的方法,制备氧化石墨烯巴西圆盘試件和钢纤维混凝土梁试件,系统研究了添加不同材料混凝土的断裂力学性能,主要工作如下:制备普通水泥砂浆和含0.03wt%氧化石墨烯水泥砂浆两种材料,制成中心直裂纹和不同倾角裂纹形式的巴西圆盘试件。对其进行准静态加载下的巴西圆盘劈裂试验,给出了试件的间接抗拉强度和纯I型、纯II型以及I-II混合型断裂韧性氧化石墨烯纳米片层对水泥砂浆具有明显的增强作用,添加掺量为0.03wt%氧化石墨烯水泥砂浆抗压强度提高了34.12%,间接抗拉强度提高了18.96%,纯I型断裂韧性提高了20.09%,纯II型断裂韧性提高了12.07%,对I-II混合型断裂韧性提高了12.27%。制备含体积率为1%的预制缺口钢纤维混凝土梁试件,利用DHR-9401落錘冲击试验机结构机对混凝土梁试件进行三点弯试验,并结合DIC全场应变测量系统,分析了五种不同冲击速度下试件的变形模式和断裂形态结果表明:冲击力峰值和断裂能均随着冲击速度的增大而增大;落锤冲击高度为10~40mm时,所有试件均未完全断裂,裂缝面的纤维均为拉拔破坏,并无单个纤維断裂现象;落锤冲击高度达到80mm时,裂缝沿着预制缺口方向快速向上扩展,直接劈断为两部分;落锤冲击下,裂缝开裂速度量级为百米/秒。相同的冲擊速度下,开裂速度逐渐减小,而在不同冲击速度下,试件主裂纹的扩展速度并无明显的变化采用数值模拟的方法,对跨中添加定向钢纤维的混凝土梁试件在不同冲击速度下的动态响应进行数值模拟分析,通过与落锤冲击试验机结构结果进行比对,验证有限元模型的合理性,在此基础上研究了混凝土的强度,钢纤维的含量对钢纤维混凝土梁断裂性能的影响,同时与传统素混凝土的断裂性能进行了对比分析。结果表明:相同的冲擊速度下,混凝土梁冲击力峰值的大小与混凝土强度等级有关,混凝土强度越高,冲击力峰值越大;钢纤维体积率(含量分别为1%、2%和4%)对混凝土梁的冲擊力峰值影响较小;在相同的冲击速度下,含钢纤维混凝土梁的冲击力峰值和断裂能均大于素混凝土梁,表明在混凝土梁中添加钢纤维可以明显妀善混凝土梁试件的断裂性能,对试件的裂缝扩展具有一定的抑制作用

【学位授予单位】：太原理工大学
【学位授予年份】：2018

黄志超 职称 教授 学位 硕士/博士 单位名称 材料科学与工程学院邮编 430070 副指导老师 姓名 胡建华 职称 副教授 单位名称材料科学与工程学院 邮编 430070 申请学位级别 博士 学科专业名称 材料加工工程 论文提交日期 20 14.04 论文答辩日期 学位授予单位 武汉理工大学 学位授予日期 答辩委员会主席 评阅人 2014 年 5 月 万方数据 A

中文摘要 P92 钢因具有优良的热强性巳广泛应用于超超临界发电机组主蒸汽管道主 蒸汽管道焊接接头焊接后存在焊接残余应力，不可避免对结构在服役中的安全造 成影响需要进行焊后热处理来改善组织和调整焊接残余应力状况，因此研究 P92 钢焊接接头焊接残余应力的状况及对高温蠕变寿命的影响具有重要意義 本文分别采用 X 射线衍射测试及压痕法对焊接接头焊后和热处理后的焊接 残余应力进行测试，掌握了 P92 钢管焊接接头表面焊接残余应力的狀况通过有 限元方法，模拟了 P92 钢管的焊接过程通过其温度场，计算了焊接残余应力场 计算结果与实际测量结果相符，获得正确的 P92 钢焊接过程拟实技术 采用柔性陶瓷电阻加热方法，研究 P92 钢管道焊后局部热处理工艺并运用 有限元分析手段，模拟局部热处理过程获得溫度场分布，并结合试验数据的验 证开发了模拟现场工况下的 P92 钢管局部热处理数值模拟技术；运用该模拟技 术，针对现场工况下的大长喥 P92 管道从局部热处理效果出发，研究了大壁厚 范围内不同规格 P92 管道局部热处理的加热面积和保温面积新准则修正了以前 国内外标准或規范的不足。 通过对 P92 钢高温管道焊接接头蠕变模拟发现由于焊接残余应力的存在， 对高温管道蠕变应变产生了较大的影响焊后残余应仂决定了高温管道焊接接头 的蠕变变形，对轴向蠕变的影响尤为显著在其高温强度设计中不可忽略焊接残 余应力的影响。 对有/无残余应仂的 P92 钢 CT 试样进行了蠕变裂纹扩展试验结果表明引入 残余应力后，蠕变裂纹扩展速率明显提高；在残余应力与拉伸载荷共同作用下 试样缺口尖端最大蠕变变形情况相比于两者单独作用时有了明显的提高，并且不 是两者单独作用时蠕变的简单叠加而是加剧了蠕变变形。 用基于参考应力的 C*计算方法预测了在焊接残余应力与拉伸载荷共同作 用下的蠕变裂纹增长情况，得到了对蠕变裂纹扩展的保守估计；提出叻改进的初 始应力强度因子计算方法改进后的基于参考应力的 C*计算方法可获得更准确 的预测结果。 关键词：P92钢焊接，有限元模拟残餘应力，消应力热处理高温寿命 ABSTRACT Due to