材料在变形过程中温度变化规律的研究

一 、实验目的
1、了解岩石岩石试件的力学性能。
2、掌握测试试件的方案设计方法。
3、了解岩石试件在变形破坏过程中的应力变化规律。
4、研究岩石试件在变形破坏过程中的应力变化与温度变化的关系。
二、实验设备与装置
压力试验机、红外热像仪、动态应变仪、压力传感器、位移传感器
三、实验原理
岩石试件在单轴压缩荷载作用下产生变形的全过程可由图1所示的全应力应变曲线表示

从图中可以看到，全程应力－应变曲线可以为四个阶段：（1）OA阶段，曲线稍向上凹；（2）AB阶段，近似直线；（3）BC阶段，曲线上凹；（4）CD阶段，曲线下降。
OA段是由于岩石内部的裂隙，孔隙等缺陷随着外载的增加而密实的结果。该段曲线向上弯说明随着变形的增加产生同样大小的应变，所需要的压力偏大。这是由于试件中的孔隙、裂隙逐步紧闭合所产生的现象。
AB段近似直线，其斜率为弹性模量E，主要是由于岩石固体骨架弹性变形的结果。在OABAB区内，如果卸载，变形恢复，试件唱弹性性质。此时岩石微裂纹开始发生随机分布，裂纹产生后立即停止，裂纹有均匀分布的趋势。裂纹发生与闭会的几率几乎相等。故产生同样大小应变所需应力接近常数。B点对应的应力值*是弹性变形的应力极限，超过B点之后，岩石试件发生塑性变形，因此*称为弹性极限或屈服极限。
BC段是岩石试件超过弹性极限*后继续加载的结果。曲线的最高点C对应的应力值称为抗压强度*，它表示岩石试件所承受的最大压应力，也称破坏强度。
CD段为岩石试件失稳破坏阶段，即所谓的应变软化阶段。在C点附近，岩石试件已形成宏观破坏面，若试验求继续施加很小的载荷。试件的承载能力迅速下降，甚至为零。
综上所述，岩石试件的变形破坏过程是以裂纹发生发展为主导的过程。经历了裂纹的压密、发生发展、密集并合成宏观裂纹发展四个阶段。对应与非线性弹性变形，线性弹性变形、应变硬化及应变软化四个变形区域。
岩石材料是含夹杂、孔洞、裂隙和微结构面的各个异性非连续介质和复杂的流变体结构。采用位错理论来描述岩石变形的微观性状。研究其裂纹扩展和力学持性与材料的微观结构。受力状态与环境密切相关。在不同压力作下，岩石试件宏观的变形包括：初始的压实、近线性弹性变形、初始应变硬化、应变软化、膨胀和局部弱化。这些特征主要来自与岩石微结构在应力状态下的演化。原有裂纹的成核和扩展视为岩石变形和失效的主要机理。在外载荷作用下，岩石内部微缺陷的成核、扩展以及这一过程中的时间和温度决定了岩石变形的特征。随着外载荷的增加，初始缺陷的次生裂纹及其风开导致非弹性体积增加、膨胀、扩展、最终导致岩石材料的失效。极大地影响了应力应变关系和岩石的力学性质。
在加载过程中岩石试件在应力作用下，产生弹性和塑性变形，变形过程中积累的机械能必然要转化成其他形式的能量。如微振纹扩展时在裂尖产生的热能，试件内部微裂隙、颗粒间的摩擦以及试件局部破坏时其碎块间的摩擦而释放的热能等，这些热能在试件内部传导时与周围环境进行热交换时引起试件内部温度和表面温度变化。根据斯蒂芬—波尔兹曼定律：