应力控制疲劳载荷作用下循环硬化的应变响应(精选文档)

1、应力控制疲劳载荷作用下循环硬化的应变响应（精选文档）（文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用 ，可编辑 欢迎下载）第 22 卷 第 11 期岩石力学与工程学报 22(11: 180718102003年 11 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov ，. 20032003年 3月 3日收到初稿， 2003年6月 1 9日收到修改稿。* 地震科学联合基金、教育部高等院校博士学科点专项科研基金 (10003联合资 助项目。作者 席道瑛 简介:女， 1 940年生，现任教授、博士生导师，主要从事岩石物 理及本构模型方面的教学和

2、科研工作。 Email : 。应力控制疲劳载荷作用下循环硬化的应变响应*席道瑛 刘小燕 张程远(中国科学技术大学地球及空间科学系 第三世界科学院地球科学及天文学高级 研究中心 合肥 230026摘要南京砂岩、合肥砂岩在频率为0.525 Hz的循环加载实验中取得了滞回曲线，其非稳定部分主要由加工硬化阶段产生的微损伤引起，且滞回曲线随频率的增高朝稳定滞回圈发展，随循 环数增加，滞回圈由稀变密，滞回圈面积减小。从 3方面阐明了循环加载的应变硬 化和软化响应:在恒应力控制下轴向应变幅值减小，应变振幅随应力振幅的增大逐 渐增大，随应变振幅的增大其模量减小。 关键词 岩石力学，非线性滞回圈，微细 观损伤，

3、应变硬化分类号 O 347.1，TD 315 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(200311-1807-04STRAIN RESPONSE OF CYCLIC HARDENING UNDER FATIGUELOADING ON SATURATED ROCKXi Daoying ，Liu Xiaoyan ，Zhang Chengyuan(Department of Earth and Space Scienc，e University of Science and Technology of China； Advanced Center for Earth Science andAs

4、tronomy ，USTC ，Third World Academy of Science， Hefei 230026 ChinaAbstract Through the cyclic loadi ng (0.5 25 Hz experime nt on Nanji ng and Hefei sandstone，it is found that the unstable behavior of hysteresis is mainly caused by microdamages growing in processing-hardening period. It is observed th

5、at hysteresis loops become small and stable as frequency or cyclic number increasing. The effects of strain hardening and softening are suggested on the basis of strain-amplitude decreasing under constant stress，strain-amplitude increasing with stress-amplitude increasing，and modulus decreasing with

6、 strain-amplitude increasing.Key words rock mechanics，nonlinear hysteresis loop，microscopic damage， strain hardening丄 、八、-1 前 言岩石是一种或多种矿物的集合体，有很强的非线性弹性行为，而且呈现滞回特 性，文 1将这种由不同成份组成的非均匀材料的模型的宏观弹性性质与许多细观 的滞回弹性单元联系起来，再利用这种细观的模型单元，采用统计学的方法导出材 料的动态力学性质以及准静态下的力学行为，并将它的准动态特性与波的传播联系 起来。由波动方程可以推出波传播过程分为两个部分：一是非

7、滞回线性部分，另一 为滞回非线性部分，二者相位差 90°。可以认为滞回是非线性衰减的原因。文2对Palisade辉绿岩和Westerly花岗岩进行循环差应力实验时，当差应力超过或近似等于85%的破坏强度时，其体积膨胀，这是非线性行为的表现；在某些方面它们又显示更典型的准弹性行为。准弹性行为由记忆性特征表示。在膨胀岩石中，当回到先前的差应力状态时，这种记忆性由闭合的材料性质滞回圈所证明。在体积膨胀时，花岗岩和辉绿岩表现出不连续记忆。文3，4在单轴应力循环时，对饱和沉积岩的频率和应变振幅效应在4种液体饱和的Berea砂岩中观测到应力-轴向应变曲线的较大的滞回圈，还探讨了在沉积 的颗粒状岩

8、石中衰减的机制，即衰减的? 1808 ?岩石力学与工程学报2003年粘滑滑动和颗粒接触粘着滞后。孔隙空间中饱和液体的类型和颗粒接触对应力-应变曲线滞后有一个大的影响。文57研究了在岩石中循环加载的效应以及岩石在循环疲劳下的力学特征，研究了峰值压力与破坏时间或破坏时的循环数。文8研究了膨胀各向异性和在大的循环加载时岩石的响应。他们得出在最初几个周期和 最后几个周期损伤破坏迅速增加，而在大多数循环周期中，损伤破坏很小。文9研究了岩石的滞回数学模型。文10从数学和控制论的观点研究了滞回模型。40b 3011空20文11在0.0054 Hz频率范围内，对干燥、饱水、饱泵油和泵油加沥青 4种 类型的砂岩

9、、大理岩进行了垂直层理和平行层理 2个方向的正弦波加载试验，研究 了饱和砂岩的各向异性和非线性粘弹性行为。本文将着重探讨在0.0515 Hz频率范围内循环应力-应变滞回曲线的动态响应。2实验方法实验采用南京砂岩和合肥砂岩钻取直径为19.7 mm，长度为50 mm的圆柱形标本，端面平行度v 0.02 mm,采用浮重法测得南京砂岩和合肥砂岩的密度分别为 2.62和2.65 g/cm3,孔隙度分别为5.33%和6.44%，标本的处理方法参考文11。将处理好的标本放在 MTS 的下压板中心，调整下压板使之与标本上端面接 触，对各种饱和岩石作全程 £ n曲线，以确定其屈服点，再对其余标本进行疲

10、劳实 验。对南京砂岩和合肥砂岩分别进行静载 25.47 MPa和动载22.28 MPa正弦波循环 加载试验，其正弦波的频率选为 5，10，15 Hz,对3种频率测定恒应力控制情况 下的循环硬化。另外，还对同一块标本进行逐渐增大正弦波振幅的实验，以便从另 一角度证实应变硬化效应。3 实验结果图1(a为泵油+沥青饱和南京砂岩的单轴正弦波循环加载试验结果，其中静载 为22.28 MPa,动载为19.09 MPa,正弦波频率为5 Hz，最大载荷超过了屈服点。 岩石标本本身开始产生新的微损伤甚至发展成裂纹导致永久变形。从微观理论上 看，岩石在应力控制的疲劳载荷作用下，看来首先要经历一个初始的 “适应”阶

11、段 后，应变幅值才达到一稳定饱和值，在这种饱和状态下出现稳定的滞回曲线。在疲 劳“适应”过程中，岩石可能发生硬化和软化，(a -&滞回曲线(b 滞回圈面积随循环数的变化图 1 泵油+沥青饱和南京砂岩单轴循环加载 (频率 5 Hz Fig.1 Pump-oil and asphalt saturated Nanjing sandstone underuniaxial circulating loading (f = 5 Hz微观结构不断变化。从微观形变和微裂纹形核机制角度来分析，首先原子尺度 的自由表面总是凹凸不平的，这些表面的凹凸变化，可以使应力局部上升，它在以 原子键断裂为主的脆性岩

12、石中起作用；脆性岩石中普遍存在孔洞、夹杂等缺陷，同 时还存在有一定量的 Griffith 裂纹的微观缺陷。这些微裂纹沿晶界或其他界面分 布，由于矿物晶粒或物相间热胀缩不匹配，晶界或相界上会产生残余应力，局部残 余应力释放会引起显微开裂，所以，在缺陷的顶端存在永久变形的损伤区，从而引 入了残余拉伸应力。当存在外应力时，残余应力还可能进一步促进显微裂纹沿晶界 形核。在压缩条件下，沿裂纹的摩擦滑动可以产生一定程度的表象塑性，使材料变 形呈现如图 1(a 小应变段分布较稀的滞回圈。岩石在周期载荷作用过程中发生的微 观变形运动不可逆性 (指微裂纹张开闭合之间的差别以及银纹化 与金属在疲劳过程 中由于滑移

13、不可逆性而产生 &湍后在性质上是相似的。银纹两侧材料仍然保持了 它的连续性，这种银纹化一般都具有脆性破坏的性质，估计岩石中的体积膨胀与银 纹化也有密切的关系。从这种意义上来说，形成银纹化是一种非弹性形变过程，与 金属中的剪切或膨胀相变所导致的非弹性形变过程完全相同。银纹形核、长大和失 稳破坏也是循环第22卷第11期 席道瑛等. 应力控制疲劳载荷作用下循环硬化的应变响应 ? 1809 ?形变和疲劳裂纹亚临界扩展的控制因素。所以形成银纹是许多聚合物开裂的前 兆。聚合物裂纹前沿的银纹区有些类似金属材料中裂纹前沿的塑性区。在循环压缩条件下岩石中虽然留下了类似塑性变形的银纹区，但在损伤区内引 起

14、的银纹、微裂纹的萌生和扩展都以稳定形式生长，因为残余拉伸区包含在残余压 缩应力场内，而循环压缩下的裂纹萌生和扩展即使在脆性岩石中本质上也还是稳定 的。这就是出现图1(a(深黑色 稳定滞回圈的原因。另外，从图1(b滞回圈面积随循 环数的变化也可以证实：循环过程中，相同应力下的滞回圈的面积随循环数增加在 减小，滞回圈面积随循环数增大趋于一稳定值。这时可以在岩样的自由表面上观察 到一些细小的滑移痕迹。在快速硬化结束之后和进入饱和之前会稍许软化。显然， 这是超过屈服点进入塑性阶段的微损伤的宏观表现。这也表示超过屈服点以后， &戒线的强化阶段。在强化后可能还会出现稍许的软化，如图2, 18个周期

15、以后的几个周期，应变振幅随时间有少许的增大。估计超过岩石的破坏强度后，继续进 行循环加载拟将取得&戒线峰值点后破坏状态。下面从两个方面进一步证实疲劳加载的应变硬化响应。图2为与图1对应的应变振幅随时间的变化曲线。它是应力控制疲劳载荷作用下循环硬化的应变响应的又 一个证据。我们知道在恒应力控制情况下，岩样的循环硬化或软化分别表现为轴向 应变幅值的减小或增大。由图可见，从第一个应变振幅开始随着时间的推移，应变 振幅在逐渐减小，从宏观上反映了循环硬化效应。旬应 /10'4硬化的应变响应 (频率为 15 HzFig.2 Strain response for cyclic harden

16、ing of Hefei sandstoneunder fatigue loading(f = 15 Hz图 3 为泵油饱和合肥砂岩超过屈服点以后，逐渐增大正弦波的应力振幅实验结果。这是循环硬化的另一种表现方式。在恒应 力振幅试验中，标本在固定的塑性范围内循环，最终可以获得稳定的滞回曲线。可 采用多级加载方法。标本在某个恒定的塑性应变幅值下循环，直到产生饱和滞后曲 线；然后增大塑性应力幅继续循环，直到获得另一条稳定滞后曲线，图 3 就是这一 试验的结果。超过屈服点第1级循环应力振幅为111.41 MPa,第2循环应力振幅 增大到117.77 MPa,第3级循环应力振幅增到124.14 MPa。

17、这3级载荷取得的应 变振幅见图4。可见应变振幅随应力振幅的增大也逐渐增大，尤其10 Hz时的曲线形态类似于应力 -应变曲线屈服点到峰值应力之间的应变硬化阶段。根据图4中 3级载荷的应力应变值从低应力值 111.41 MPa到高应力值124.14 MPa,求得它们的 杨氏模量值在 5 和10 Hz(a 应力振幅为 111.41 MPa(b 应力振幅为 117.77 MPa(c 应力振幅为 124.14 MPa图 3 泵油饱和合肥砂岩逐级加载的应变随时间变化 (频率为 10 HzFig.3 Changing of Hefei sandstone' s strain under increa

18、singloading (pump-oil saturated, f = 10 Hz? 1810 ?岩石力学与工程学报2003年125120 -115 -图4三级载荷应力-应变曲线Fig.4 Stress-strain curves un der three levels of loadi ng时分别为 44.34, 42.53, 41.60 GPa和 42.37, 42.30, 40.84 GPa 无论是 5 或10 Hz时，都清楚地看到，随应变幅值增大，模量在减小。这就充分说明，在超过 屈服点的硬化阶段，岩石样品已有新产生的微损伤，导致随应力和应变的增长而模 量逐渐下降的结果。这也是应变硬

19、化后还可能产生稍许软化现象的佐证。此外，从 图4还可以看出，5 Hz的应力-应变曲线明显高于10 Hz时的应力-应变曲线，在相 同载荷下5 Hz时的模量值也大于10 Hz时对应的模量值，这说明动载荷具有明显 的频率效应。随频率的增高，岩石标本的强度降低，模量也随之降低。(1 峰值应力前岩石的微细观损伤和低应力段的裂纹、孔隙闭合引起的应力-应变滞回曲线散开导致的非稳定部分，除了 曲线弹性阶段的均匀变形对循环响应 的影响以外，引起非均匀变形的微细观破坏模式也强烈地影响循环应力应变行为， 加剧了滞回曲线非稳定部分的发展。得出滞回曲线非稳定部分是由于岩样从地下取 出时因卸载诱发的裂纹，在加载最初几个循

20、环中这部分裂纹闭合，引起非线性变 形，而且留下小部分残余形变。循环应力幅值超过屈服应力以后，由于产生了新的 微损伤再一次导致非线性变形，增大了塑性应变，加剧了滞回圈朝非稳定部分的更 大发展，推迟了滞回曲线稳定部分的出现。滞回曲线的这种由稀到密的宏观表现反 映了岩石标本由银纹化到沿晶界形核微裂纹萌生、扩展的演化过程。这个过程是稳 定的动态平衡，导致滞回曲线也达到稳定。可见，对于岩石来说，矿物颗粒之间的 滑移是引起塑性变形的主要机制。(2 对岩石来说，峰值应力前的硬化阶段，由于新的微损伤增加而导致体积的 非线性膨胀，非线性的永久变形的主要部分也是在此产生的。因此从两个方面证实了加工硬化的存在：其一

21、是从恒应力控制加载情况下，轴向应变 幅值的减小，证实了循环硬化的存在；其二是在超过屈服点后，用逐渐递增载荷的 方法取得了应变随应力的增加而增大，这是典型的应变硬化效应并与全程曲线向下凹的加工硬化段相一致。同时从滞回曲线和应变时间曲线以及随应变振幅增大 而模量下降等的分析，得出应变硬化阶段还存在稍许软化现象的结论。(3 随频率的增高，标本强度和模量降低，说明随动载荷的循环频度增高，材 料损伤加剧，导致材料强度降低，模量减小，抗震安全度下降。本文是以宏观的应力 -应变滞回曲线来探讨岩石微、细观损伤的一个初步尝 试。对实验结果的解释是尝试性的，因为饱和岩石的整体疲劳响应应包括循环加载 条件、变形方式

22、、饱和液体等等许多因素的综合影响，因条件有限，考虑的影响因 素还不多，所取得的结果只能是初步的。参考文献1 McCall K R ， Guyer R A. Equation of state and wave propagation in hysteretic nonlinear elastic materialJ. Journal of Geophysical Researc，h 1994，99(B12: 23 88723 897 2Holcomb D J. Memory relaxation and microfracturing in polatant rockJ. Journal of

23、 Geophysical Research， 1 98 1 ， 86( B 7 : 6 235 6 248 3Tutuncu A N，Podio A L ，Sharma M M. Nonlinear viscoelastic behavior ofselimentary rocks, part I : effect of frequency and strain amplitudeJ. Geophysics1998，63(1 ：184 190 4Tutuncu A N, Podio A L, Sharma M M. Nonlinear viscoelastic behavior ofselim

24、e ntary rocks, part n : hysteresis effect and in flue nee of type of fluid on elastic moduliJ. Geophysics, 1998, 63(1 ：195 203 5Haimson B C. Large scale rock fracturing laboratory testingJ. Geophys. Research Letters, 1981, 10(5：715718 6Haimson B C, Kim C M. Mechanical behavior of rock under cyclic f

25、atigueJ.Rock Mech., 1972, 30(6：845863 7Haimson B C. Unified fracture, stress and permeability studiesJ. EngineeringGeology, 1983, 27(3：427 431 8Scholz C H, Koczynski T A. Dilatancy anisotropy and the response of rock to large cyclic loadsJ. J. Geophy. Res,. 1979, 84(B10：5 525 5 534 9Macki J W, Nistr

26、i P, Zecca P. Mathematical models of hysteresisJ. SIAMRev., 1993, 35(1：94123 10Mayergogz J D. Hysteresis models from the mathematical and control theory pointsof viewJ. J. Appl. Phys., 1985, 57(8: 3 8033 805 11 席道瑛，刘 斌，田象燕.饱和砂岩的各项异性及非线性粘弹性响应J.地球物理学报，2002, 45(1: 104118循环经济背景下我国再生资源开发与利用研究 摘要：近年来，随着我国

27、经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，各种资源 的消耗量逐年增大，资源供给不足已成为阻碍我国可持续发展的重要因素，再生 资源的开发和利用迫在眉睫。本文通过对我国再生资源历史的回顾及现状的分 析，提出了相关的对策和建议，并列举出国外发达国家的经验和做法，以期加快 我国经济发展的步伐。关键词：循环经济；再生资源；对策The developme nt and utilizati on of Rege nerated Resources un der the backgro und of Circulati on EconomyAbstract: In recent years,with the r

28、apid development of our economy and the increasing of people's liv ing sta ndard,various resources con sumpti on has bee n in creas ing year by year. Resource supply has become the importa nt factor of hin deri ng susta in able developme nt of our coun try. The developme nt and utilizati on of r

29、en ewable resources is imminent. Based on reviewing the history and analysising of the current situation of our country ' s renewable resources,this paper puts forwards retjevumtermeasures and suggestions,and cites foreign to the experiences and practice of developed countries , in order to spee

30、d up the pace of econo mic developme nt in our coun try.Key words： Circulation Economy; Regenerated Resources; Countermeasures0前言目前，随着经济快速增长和人口不断增加，水、土地、能源、等资源不足的矛盾 越来越突出，面对生态建设和环境保护形势的日益严峻，发展再生资源对发展循 环经济、建立循环型社会有重要的意义，没有再生资源的发展，就不可能建立真正 意义上的循环经济和循环型社会，因此必须重视再生资源的开发和利用，将其提升 到国家战略高度，作为一个产业发展。加快再生资源回收

31、行业的发展，促进循环 经济的建立，不仅可以解决资源短缺问题，还可减轻因资源过度开发和使用对环 境造成的污染和破坏，是实现自然生态系统和社会经济良性循环的重要途径。1构建循环经济关系对再生资源产业的影响循环经济是指遵循自然生态系统的物质循环和能量流动规律，重构经济系统，使其 和谐地纳入自然生态系统的物质和能量循环利用的总过程。它是在物质能量不断 循环利用的基础上发展经济，把经济活动组织成一个资源一生产一消费一再生资源”的闭合型经济发展模式，实现经济生产的低消耗、高利用、低废弃”以尽可能小的资源消耗和环境成本，获得尽可能大的经济效益和社会效益，从而使经 济系统与自然生态系统的物质循环过程相互和谐，

32、促进资源永续利用。循环经济理念是在全球人口剧增、资源短缺、环境污染的严峻形势下提出的，为解决人类社会发展中出现的人与自然的尖锐矛盾找到了一条可行的途径。而发展再生资源作为循环经济重要的组成部分，担负着将各种有价废弃资源输送回社会生 产活动的 静脉输血”职能，其重要作用无可替代。发展循环经济的重要任务之一 就是弥补废物不能成为再生资源进入再生产过程的缺陷，构建废物再生利用系 统，实现资源的循环利用。在循环经济的大背景下，再生资源行业得到了前所未 有的发展空间和机遇。2再生资源定义及分类再生资源是指，在社会生产和生活消费过程中产生的，已经失去原有全部或部分 使用价值，经过回收、加工处理，能够使其重

33、新获得使用价值的各种废弃物。再 生资源涵盖了商品资源在生产和生活中流通的全过程，从开采和生产过程的尾 矿、伴生矿、工业废渣等，到流通过程中的包装、运输，再到终端消费环节产生 的各种废弃物。它主要包括三大类：金属类再生资源、非金属类再生资源及废弃 电子电器机械设备。图为再生资源种类及主要代表性资源：种类義性廣源金鮮再生戦源般旧钢铁，冇色40槪归橡腔.纸孤 型料. 咖 l啾业je渣導废旧电予电气机械设备电子废昇物、废旧汽车、船虬电机，nt化制等3发展再生资源的必要性我国发展再生资源产业具有十分重要的现实意义。从资源拥有量上看，我国是总 量上的大国，但人均上是贫国。主要 45种资源的人均占有量不足世

34、界平均水平 的一半，某些资源对国际市场的依存度越来越高。目前原油的35%、铁矿石和氧化铝的约40%、铜和天然橡胶的60%以上依靠进口，增大了经济社会发展的风 险。并且，每年约有500万吨的废钢铁、20多万吨废有色金属、1400万吨的废纸 及大量的废塑料、废玻璃、废旧电子产品等废弃物没有得到回收加工，资源浪费 严重。发展再生资源的回收利用，可以有效缓解我国资源短缺、保障国家的经济 安全。同时，发展再生资源产业，有利于减轻环境污染，减轻环境承载压力。目 前，我国再生资源利用率普遍偏低。如在发达国家 ，废钢铁、废铜和废橡胶的回收 利用率已达90%而我国仅分别为45%、30%和40%; 日本再生资源产

35、业的产值已 达48万亿日元（约合3万亿元人民币）,而我国2002年仅约100亿元,所以振兴再生 资源产业，是加快我国经济发展步伐、促进循环经济的必经途径。4我国再生资源发展现状分析4.1我国再生资源发展历史回顾我国再生资源产业的前身一一废旧物资回收利用行业，成立于 20世纪50年代。 在当时的社会背景下，为解决资源的极度缺乏，国家在全国建立了约16万个废旧物资回收站点，促进国家经济的发展。废旧物资回收发展十分迅速，到70年代末我国已经逐步形成了以商业供销部门负责回收城镇居民废旧物品、以物资部 门负责回收生产企业废旧物资、以各专业部门负责回收本系统内报废设备和材料 的回收网络。在此阶段，我国形成

36、了当时世界上最完善的废旧物资回收系统。而 在80年代，我国却因大力发展直线型经济模式，忽视了对再生资源的利用，使 我国再生资源回收行业遇到了强烈的冲击。直到全球循环经济理念的提出，我国 再生资源才又一次进入人们视线，并上升为国家战略层面。4.2我国再生资源产业取得的效益 金属类再生资源。我国2021年再生金属生产月530万吨，相当于节约2846万 吨标煤、17亿立方米水，减少固废排放9.2亿吨、减少二氧化硫排放45.8万吨。 图1为2003-2021年，我国再生铜产量，图 2为2003-2021年，我国再生铝产量。从中我们可以看出，我国再生金属的产量日益提高。图1我国再生铜产量 图2我国再生铝

37、产量 非金属再生资源。2006年，我国再生塑料、再生橡胶生产分别减少石油消耗 2936、564万吨，再生纸生产减少木材消耗 1.26亿立方米；减少废水排放 7.34、0.56和33.7亿吨。2003-2021年，再生塑料产量从 689万吨上升到1733万吨，年 平均增长率达到25.3%;再生橡胶产量从138万吨上升到275万吨，年平均增长率达到16.5%; 09年我国的废纸纸浆产量达到4939万吨，利用废纸 生产各类纸制品的占比达到74.1%。 废旧电子电气机械再生资源。通过再制造工程的大力开展，我国到 09年底已形成汽车发动机、变速箱、转向机、发电机共23万台套的再制造能力，产值达到10亿元

38、以上。2005年、2006年国内回收各类废旧物资达 9568万吨和10460万吨，回收总值分 别为1751亿元和2420亿元。2007年国内回收总量和总值分别为 11847万吨和 2961亿元，回收总值占2007年GDP的1.07%。2021年仅全国供销合作社系统每 年回收城乡居民生活废弃物和工业废料高达近4000万吨，价值1000多亿元。2021年，我国再生资源产业技术创新战略联盟成立，计划通过3-5年的建设和发展，提高我国再生资源行业整体利用效率10%以上，产值年均增长25%，力争到2021年产值达1.5万亿人民币。4.3我国再生资源存在的问题不可否认，我国再生资源的发展正一步步迈上正轨，

39、为我国的经济快速发展做出 了非常杰出的贡献。但是在发展扩大的同时，也或多或少存在一些问题，阻碍了 我们前进的步伐。 行业回收市场分散，产业集中度不高。从总体上看，我国废旧物资回收企业普遍经营规模小，不足50人的小型企业占相当大一部分，且较分散。仅2007年我国就有近500家小型废钢回收企业，5000多家废旧有色金属回收企业，行业龙头 较少，行业亟待整合。 技术水平低，二次污染问题严重。我国再生资源加工利用实力较弱，且又没有条件和能力引进新技术、新设备，产品的技术含量和附加值较低。一些地方的小 型企业仍以手工为主，进行家庭作坊式生产加工。除此之外，二次污染控制能力 较差，夹杂物的综合利用率不高，

40、这样不仅浪费资源，又污染环境。政府优惠政策力度不够，企业经营负担过重。08年，我国再生资源增值税政策进行了调 整，取消 废旧物资回收经营销售其收购的废旧物资免征增值税”等政策，这样一来，给回收企业增加了很大的压力，致使一些企业入不敷出，最终惨淡收场。 行业规范度不高，市场秩序较乱。我国再生资源监管力度不够，致使一些企业 无照经营，自行收购废弃资源并进行改造，干扰市场秩序，留下安全隐患。一些 国家甚至将井盖丢失归罪于中国的废旧物资进口，影响我国的国际形象。所有这 些均因制度安排缺乏规范性。 思想观念落后于经济形势，制约再生资源的开发利用。全社会对再生资源循环利用的重要性、紧迫性认识不足，未形成人

41、人自觉保护环境、积极支持循环经济 发展的风气。循环与利用脱节，循环企业回收什么完全受利用企业的制约，而利 用企业又受市场变化的制约，全民节约资源的宣传教育程度还不高。5世界发达国家先进经验启示我国再生资源行业起步较晚，政策、技术、思想观念上，都稍逊色于西方发达国 家。为发展我国循环经济，提高再生资源行业综合竞争优势，势必要学习借鉴国 外先进技术。例如：5.1美国为促进再生资源产业的发展，对产业技术的研究与开发进行了大量的资金 投人，已建立起较完善的产业技术研究与开发体系。目前已经拥有多层次、多门类 的环境技术研发机构和综合性的环境科学研究管理机构，技术人员队伍规模庞大， 其再生资源利用创新水平

42、居世界领先地位。5.2日本对构建再生资源利用技术研发体系非常重视,于2001年9月综合科学技术 会议上通过了 分领域促进战略”把零垃圾型”和资源循环型”技术作为今后努力 研究的重点领域之一。同时中央环境审议会还专门对 促进环境技术的开发策略” 进行了审议。5.3德国是全球再生资源利用率最高的国家，其于 1991年对包装容器废物实施收 集后由德国回收再生利用公司（DSD）公司进行再分类和委托再生利用，所需费用由 对包装容器按重量征收的绿点税来解决。这样促进了生产者从设计上减轻重量也 为易再生创造条件。对居民则由于此类废物可不交垃圾处理费，促进了分类投放。 当然，单靠生搬硬靠国外的经验也是不合理的

43、。各国国情不同，适应国外的做法 技术并不一定适合我国。所以我们一定要注意相关技术和模式的研发，找出真正 适合中国国情的理想方法。6我国再生资源开发利用建议6.1加强宣传教育，强化资源再生意识。再生资源的利用是一项关乎千家万户的社会经济事业，必须从战略高度充分认识 其在国民经济和社会发展中的重要地位，为此，需要各级政府的决策规划及各企 事业单位以至全社会积极参与，加强宣传舆论教育工作就显得尤为重要。提高全社会尤其是领导决策者对我国资源状况、 资源再生利用情况的认识，对发展国民经济实现经济发展战略具有重要意义。而 这就要求我们强化资源再生意识，自觉参与开发利用再生资源的行动，为发展资源 再生利用事

44、业奠定坚实的思想基础。6.2规范再生资源市场经营秩序，完善相关法律法规和管理制度。在再生资源市场上，杜绝违章乱序的不良行为，如发包与转让再生资源回收利用 业务，强迫交易，滥用市场支配地位，限制竞争协议，行政垄断等。在再生资 源回收管理条例中，已明确再生资源回收行业各个环节的法律责任 ，对于违法 行为会加大处罚力度。我们应对再生资源回收网点固定地点、挂牌经营、明码标 价、规范服务，并为资源再生产业发展提供制度、资金和组织上的保障。只有在 一个规范有序的环境下，我国再生资源市场才能又快又好发展。6.3出台经济优惠政策，鼓励再生资源的开发利用。为了贯彻循环经济的思想理念，国家应在投资、信货、税收、利

45、润提留、物质分配 和奖励等采取一系列经济优惠政策，以资激励支持，进一步调动我国再生资源企业 经营积极性。同时要从资金投入上保障其发展，建立有偿回收系统，给予再生资 源加工项目建设、产品开发科学研究、技术引进和改造等多方面的支持照顾。要 通过多渠道筹集资金，按照谁投资谁受益的原则，鼓励国内外企业和个人，投资再 生资源开发利用项目建设和产品开发。6.4重视再生资源回收模式，完善再生资源回收加工体系。在外部政策环境良好的前提条件下，回收体系是决定再生资源行业发展的重中之 重。针对资源循环利用领域，我们可以推行现代废旧商品回收利用的新型商业模 式，将目前散乱无章的废旧资源游击队式回收体系，彻底改造为以

46、先进技术为支撑的，现代化的新型商业模式”。按照方便、卫生、规范、有序和可持续发展 的原则，建立城市乡村回收网络体系，实施生产者延伸责任制，第三方逆向物流 系统，产品全流程跟踪体系等一系列措施，以促进废旧商品回收体系的改进，从 根本上解决再生资源回收企业环境卫生差、难管理的问题。6.5大力发展相关科学技术，推动再生资源的开发和利用。 科学技术是实现再生资源合理利用的第一要素，为充分发掘再生资源的物质功能 潜力,达到物尽所用，就必须推行突破现时一般常规的生产技术，以扩大和加深其 再生利用的范围和程度，提高其综合效益。目前，我国重点可研究项目包括：废旧 资源的回收模式探讨，再制造技术的研究，废旧机电

47、产品资源化的研究，逆向渠 道体系的研究等等。同时，要建立再生资源回收利用网络平台，加快并逐步完善 信息网络数据库的建设。在加大自身研发能力的同时，密切关注国外相关的先进 技术，借鉴、学习、弓I进发达国家的先进仪器设备和管理经验，搞好与国外相关 企业及科研机构的合作工作，促进自身的进一步发展。7结语循环经济是针对传统经济发展模式的缺陷而提出的可持续发展的具体实现形式， 而对再生资源的开发和利用是实现循环经济重要的一环。通过生态规划和设计，资源循环利用,使不同的企业间形成废弃物循环利用的生态产业链，达到生态经济系 统的良性互动，是可持续发展理念的进一步深化和升华。参考文献1张帆浅谈建立现代再生资源

48、回收利用体系J.再生资源研究，2003（1）:1-4.2王爱兰.发达国家推进再生资源产业发展的经验与启示.环境保护，2007:76-79.3张伟.循环经济”催生再生资源产业发展.中国高新技术产业导报，2003.12.16.4金丹阳.再生资源产业的实践与探索.中国环境科学出版社,2001.4.5王娟.再生资源回收物流网络体系研究.中南大学，2021.11.6祈福寿.再生资源回收利用的意义现状及对策.再生资源研究，1997（ 3）： 10-12.7赵正湘.再生资源研究与可持续发展战略.再生资源研究，2001（ 3）： 32-36.8 丁海军，杜欢政，施敏颖.对我国进口国际再生资源的探讨.嘉兴学院学

49、报，2021:5-9.9冷士良.环境保护与再生资源.资源节约和综合利用，2000（2）： 11-13.10简敏，沈炳芳，屈立伸.论再生资源开发利用的发展取向.中国物资再生，1994:1-4.11霍海州.全球经济发展的新模式一循环经济.人文地理博览，2004:63.12李淳.加快发展再生资源产业的若干思考.中国物资再生，1999:23-24.5.2压弯应力下焊接板焊趾表面裂纹应力强度因子 521拉弯应力下表面裂纹应力强度因子拉弯应力作用下表面裂纹应力强度因子计算以Newma n-Raji53 1979发表的表面裂纹应力强度因子计算式最具代表性，它具有计算精度高，适用范围大等特点。杨 芳毓等(19

50、85)对20种表面裂纹计算式进行了研究与评价58，另外，Mahmoud 和Hossein(1986以实验为基础对几种有代表性的表面裂纹应力强度因子计算式进 行了评价59。从计算精度和适用范围的角度，两篇论文的研究结论都把Newman-Raju1979发表的表面裂纹应力强度因子计算式列在第二位。著名的英国“焊接结 构缺陷验收评定方法指南-PD6493也采用Newman-Raju公式计算表面裂纹应力强 度因子。压弯组合应力下表面裂纹应力强度因子一般来说，压应力对裂纹产生闭合效应而不会使裂纹扩展。因此，目前的表面裂纹 应力强度因子计算式中都没有考虑压应力的影响。但如果把压弯组合应力当作纯弯 曲应力考

51、虑，而完全忽略压应力的影响，必然要产生一定的误差，并且这个误差会 伴随着亚应力成分所占比例的增大而增大，这是因为应力梯度较大时，在载荷作用 的应力历程中材料所受的损伤幅度较小，累积损伤也较小，应力梯度较小时的情况 与此相反81。如何考虑这个影响？先看看下面的应力分布图，如图 5.1 o设板中压应力为-，弯曲应力为，则合应力： 。图5.1 (a)为受压弯载荷板的实际应力分布图，图 5.1 (b)为将应力分解为压应力和弯曲应力两部 分，图5.1 (c)中实线为虚拟纯弯曲应力，阴影部分为虚拟纯弯曲应力与实际应力正部所围成的区域。令板表面弯曲应力为'，则图中阴影的面积F%)盲如林一加(5-2)

52、从图5.1 (c)可以看到，若我们不考虑压应力的作用，而用图中实线表示的纯弯 曲应力来计算裂纹应力强度因子，其结果将偏大。我们用图中阴影部分的面积来对 其进行修正。从式(5-2 )可以看到，该阴影面积和压应力、弯曲应力以及板厚度 有关，若把该面积表示成图5.1 （c）中实线、点划线及板上表面线围成的三角形 面积的分数。一 CT厂（则7（ 5-3）注意到实际应力与虚拟应力之差随着深度的增加而增加，将该差异沿壁厚线性化并表示为的函数，因该差异在表面处为零，沿裂纹深度为a。则对该裂纹应力强什仃）-I -）度的修正系数为'，因而压弯组合应力下的表面裂纹应力强度因子计算式为应力强度因子计算采用式

53、（5-1），并令式中，考虑压应力影响引入系数:'得到（5-4）式中1 一：八"、&a tr） = 1n = 1 + 尸压弯组合应力下焊趾表面裂纹应力强度因子焊趾表面裂纹应力强度因子的计算较板表面裂纹要复杂得多。因为焊趾处的应力的 集中及残余应力计算就是一个很复杂的问题。考虑焊缝含之初的应力集中及残余应 力的影响是近年来国内外疲劳断裂研究的热点之一 70，76- 79。焊趾处的应力集中的影响若应力强度因子计算中所用的应力没有包括应力集中的影响在内，则必须引入修正 因子L。该修正因子“和焊缝加强高及焊缝宽度等焊缝接头参数有关22对于很浅的表面裂纹，H 人（应力集中系数）。

54、然而当裂纹深度增加时，裂纹尖端就逐步地远离焊趾应力集中点，讥/随裂纹深度的增加而减小，在厚度为t 的平板上的焊接接头，对于对接焊缝，当a/t=0.2时，“ 可考虑减小到1.0。对于突出成圆弧形的焊接接头结构简图如图5.2，在W > 1.0的范围内求得一个极为近似的计算式225.3疲劳寿命计算由于半椭圆裂纹几何上的二维性”必须同时知道两个参数a,c才能确定一个表面 裂纹，才能进行应力强度因子等的计算，而表面裂纹扩展中，这两个参数的变化是 不同的，而要计算表面裂纹的疲劳寿命，必须知道扩展过程中任意时刻的裂纹深度 和长度，因此弄清楚表面裂纹扩展中这两个参数间的关系对于表面裂纹的疲劳寿命 计算是

55、极为重要的。国内外不少人对表面裂纹在拉伸以及拉弯应力作用下的裂纹形貌变化规律进行了研 究。1981年Newman-Raju55在一个表面裂纹应力强度因子经验方程一问附录中 给出了表面裂纹沿深度方向和长度方向扩展遵循如下规律，用Paris公式表示为(5-9(5-10&c/.V(5-111987年李泽震等62用16Mn钢板做试件，在不同的拉、弯应力比下进行了表面裂 纹疲劳扩展规律的实验研究。得出裂纹 a,c向的扩展规律和式（5-9）式（5-11） 相同。文献59采用了和文献55相同的形貌关系式。但是，对于处于焊缝焊趾处 的表面裂纹来说，由于应力集中，特别是由于残余应力的存在，它所处的应力场

56、要 复杂得多；同时，焊接接头中残余应力的存在使得疲劳裂纹扩展中的裂纹闭合效应 更加复杂化。因此，焊趾表面裂纹的疲劳寿命计算问题要比平板复杂得多。为了精确地估算疲劳裂纹扩展规律，我们采用有效应力强度因子幅公厘代来代替式（5-9）和式（5-10）中的 K，式（5-9）和式（5-10）可写成(5-12(5-13其中 '人 是考虑了裂纹闭合效应以后的有效应力强度因子幅rruiriMli(5-15)人 卜' (5_16)式中，人 ，人 交变应力幅引起的最大和最小应力强度因子,f -“ ；人一一开口应力强度因子，''；U开口比。开口比U和应力比R,温度以及材料特性等因素有关

57、，其中主导因素是应力比。 因为应力强度因子和应力比成正比，因此，应力比可写成最小应力强度因子和最大 应力强度因子之比。即：R=卜、/ -(5-17)残余应力对疲劳裂纹扩展的主要影响可通过总应力比的改变并引起裂纹的闭合行为 的改变来实现。关于裂纹闭合行为与应力比之间的关系，已有许多研究者做了大量 实验和理论研究。文献70对文献64发表的开口比U和应力比R之间的关系数据 进行了回归分析，并从中引出如下估算公式其中n可在12之间根据安全性的考虑来适当选取。当n=1时，裂纹闭合效应发生在RV0.62处，当n=2时，裂纹闭合效应发生在 Rv0.12处。当n增大时，考虑 裂纹闭合效应的范围减小；而同时对应的U增大，从而导致小 增大，估算的寿命减小，使估算的寿命偏于安全。尽管实验数据大部分在n=1附近，但这些数据是不锈钢USU304和低合金钢SS41这两种材料的试验