球形孔开孔泡沫铝的力学特性及准静态压缩变形机制

对胞孔形态和尺寸较为一致的球形孔泡沫铝开展静-动态压缩实验,利用数字图像相关法研究了泡沫铝在准静态压缩过程中的宏观和介观变形机理。结果表明:球形孔泡沫具有明显的应变率效应,随着应变率的增加,平台应力及屈服强度增加,吸能效率也有所提高。由于胞元壁厚不均匀和孔壁缺陷的随机分布,泡沫铝在压缩过程中会出现多条局部变形带,单个胞孔表面在孔壁缺陷处也会出现应变集中带。胞元孔的变形模式主要有3种,轴向压缩、剪切、扭转加剪切复合变形,且整体变形带处的孔壁破坏模式以剪切变形为主,孔壁的变形模式又与孔壁自身厚度以及加载方向有关。     

纳米粒子与单晶硅表面碰撞的反弹机理研究

应用分子动力学方法模拟了纳米粒子与单晶硅(001)表面碰撞、反弹飞离的现象，分析了粒子的反弹行为、基体弹性形变和塑性形变的原子构型特征，以及碰撞过程的能量转化.碰撞后单晶硅表面形成半球形的小坑，小坑周围的基体原子呈非晶态.碰撞过程中与颗粒相邻的基体原子立即非晶化，在非晶层外面基体以可恢复的(111)［110］滑移结构存储弹性形变能.在射入过程，基体发生压缩弹性形变；颗粒反弹时基体势能振荡下降,交替形成压缩形变构型和拉伸形变构型.射入过程中存贮的压缩弹性形变能的释放为颗粒提供了反弹、飞离的能量. 关键词： 碰撞 纳米粒子 单晶硅表面 分子动力学模拟     

不同含水率下岩石材料的能量与损伤演化特征

为研究含水率对硬岩材料的力学性质和能量损伤的影响规律，对不同含水状态的砂岩开展了单轴压缩试验。结果表明：砂岩试样的峰值应力、弹性模量和脆性指数随着含水率的增大而减小，峰值应变随着含水率的增大而增大；在干燥状态下，砂岩试样在破坏之前未发生明显的塑性变形，表现出显著的脆性破坏，而在饱水状态下，砂岩试样在峰前阶段出现显著的塑性变形，破坏前出现屈服平台；砂岩试样的含水率越大，吸能能力越强，能量吸收率越小，但是能量耗散越显著；砂岩试样的含水率越小，破坏时其损伤变量越大，在干燥状态下砂岩试样的破坏具有较强的冲击倾向性。研究结果可为深部地下工程围岩的稳定性控制提供理论参考。     

梯度泡沫铝的各向异性压溃力学行为

功能梯度泡沫金属因其密度连续变化,在轴向受压时可提供稳定增长的反馈载荷。然而当前研究多局限于其纵向压缩力学响应,考虑到实际应用中可能出现的横向冲击,基于低速冲击实验,考察梯度泡沫铝轴向和横向压缩力学响应的异同,并采用数字图像相关技术和数值模拟方法研究其宏细观压溃机制。结果表明:(1)在力学性能上,相比于纵向压缩加载的梯度泡沫铝,横向压缩加载下具有更高的抗压强度,而平台应力、致密化应变和能量吸收效果低于纵向压缩;(2)在失效变形模式上,纵向压缩变形模式为变形带渐进式压缩,而横向压缩变形模式的变形带则随机出现在试样的各个位置;(3)横向压缩下梯度泡沫铝致密化应变和比吸能的减小是由高孔隙率区的胞孔利用率降低导致的;(4)构建的弹性-塑性硬化-刚性模型能够较准确地描述梯度泡沫铝的纵向压缩力学行为。研究结果可为梯度泡沫金属在爆炸冲击结构防护工程中的设计提供理论参考。     

半晶聚乙烯形变机制X射线线形分析

聚乙烯薄膜在室温下进行单轴拉伸,对不同形变阶段试样进行X射线线形分析,结果表明:在屈服前的弹性区和屈服后的应力增加区微观应变(畸变)明显增加,而微晶尺寸变化不大,而在塑性流变恒应力平台区中,微晶尺寸急剧下降,微观应变变化很小。 关键词：     

Ta-10W合金压缩力学性能实验研究

利用MTS材料试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验装置对非退火状态Ta-10W合金进行了准静态和动态压缩实验,给出了材料的静态压缩屈服强度和应变率在700~3 100 s-1范围内的动态压缩应力-应变曲线,并获得了不同应变率下材料的动态屈服强度。通过对实验结果的分析可以发现,非退火状态Ta-10W合金具有较好的韧性,在所进行的实验中试件表面均未出现可见裂纹;试件材料具有较高的静、动态屈服强度,静态屈服强度达到930 MPa,动态屈服强度在1 GPa以上,在所进行的700~3 100 s-1应变率范围内,材料的动态屈服强度随应变率的增加略有提高。     

不同硬度30CrMnSiNi2A钢的动态本构与损伤参数

为研究材料硬度对30CrMnSiNi2A钢动态本构与损伤参数的影响,基于万能材料试验机、分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置,研究了4种不同硬度30CrMnSiNi2A钢的准静态和动态力学性能。利用屈服强度与应变率、等效塑性应变的关系确定了Johnson-Cook强度模型参数,通过失效应变与应力三轴度、应变率的关系确定了Johnson-Cook失效模型参数,分析了强度模型和失效模型中参数的变化规律。结果表明:随着硬度的增加,30CrMnSiNi2A钢的塑性减弱,脆性增强,应变率敏感性减弱;硬度对30CrMnSiNi2A钢的动态本构与损伤参数有显著影响。     

爆炸烧结制备W-Al含能结构材料及其准静态压缩特性研究

通过爆炸烧结法,采用不同粒度的W、Al混合粉末,成功制备了近乎致密的W-Al含能结构材料(ESM)。研究发现:冲击波压力是粉末致密化的主导因素,粉末粒径对烧结密度和微观结构的影响显著,W的粒径越小,颗粒团聚越明显,从而阻碍致密化,在致密块体中形成连续分布的W相。所制备样品的最大抗压强度和失效应变分别达到288 MPa和20%,材料的力学性能和断裂模式主要取决于连续相,Al相连续的ESM抗压强度低、塑性较好,呈轴向劈裂破坏;而W相连续的ESM则表现出脆性和高抗压强度,破坏模式为剪切破坏,与Al的低强度高塑性和W高强度脆性特性一致。     

多晶薄膜屈服强度的一个模型

从位错运动的应力功和应变能关系导出了附着在基体上并有钝化层薄膜的屈服强度公式.该式表明多晶薄膜的屈服强度由两个影响因子（晶粒取向和位错类型）和三个强化因子（钝化层强化，基体强化和晶粒强化）确定.和已报道的实验结果基本一致表明了该模型的合理性. 关键词： 多晶薄膜 屈服强度     

体心立方多晶膜中应变能密度的各向异性分析

根据弹性理论和多晶膜的屈服强度公式，计算了附着在基体上体心立方多晶薄膜中不同取向晶粒中的应变能密度.结果表明：1）在屈服之前，对Fe和Ta两种薄膜，4个最小的应变能密度对应的晶粒取向依次为（100），（510），（410）和（511）；对Cr，Mo，Nb和V四种薄膜，4个最小的应变能密度对应的晶粒取向依次为（111），（332），（322）和（221）；对W膜，应变能密度与晶粒取向无关.2）在屈服的体心立方多晶膜中，4个最小的应变能密度对应的晶粒取向依次为（100），（111），（110）和（411）.从 关键词： 体心立方多晶薄膜 晶粒取向 应变能密度 织构     

多孔脆性材料对高能量密度脉冲的吸收和抵抗能力

作用在脆性结构材料表面的高能量密度脉冲会以冲击波的形式传播进入材料内部, 导致压缩破坏和功能失效. 通过设计并引入微孔洞, 显著增强了脆性材料冲击下的塑性变形能力, 从而使脆性结构材料可以有效地吸收耗散冲击波能量, 并抑制冲击诱导裂纹的扩展贯通. 建立格点-弹簧模型并用于模拟研究致密和多孔脆性材料在高能量密度脉冲加载下的冲击塑性机理、能量吸收耗散过程和裂纹扩展过程. 冲击波压缩下孔洞塌缩, 导致体积收缩变形和滑移以及转动变形, 使得多孔脆性材料表现出显著的冲击塑性. 对致密样品、气孔率5%和10%的多孔样品吸能能力的计算表明, 多孔脆性材料吸收耗散高能量密度脉冲的能力远优于致密脆性材料. 在短脉冲加载下, 相较于遭受整体破坏的致密脆性材料, 多孔脆性材料以增加局部区域的损伤程度为代价, 阻止了严重的冲击破坏扩展贯通整个样品, 避免了材料的整体功能失效.     

多孔钼烧结体的静压p-V特性研究

 利用中等密度的多孔钼烧结体进行了中、低静压全程加载-卸载实验。研究了在不同直径（特别是较大尺寸）和不同初始密度时该材料的静压p-V特性曲线。实验发现，样品初始密度不同应变也不同；卸载曲线几乎不受样品初始密度、直径的影响。计算表明，泡沫钼在静压下具有较高的吸能性，吸能效率较高，但预压后的泡沫钼吸能性和吸能效率均有所下降。     

Elastic-plastic fracture analysis of notched Al 7075-T6 plates by means of the local energy combined with the equivalent material concept

The main goal of the present research is to analyze tensile fracture in Al 7075-T6 thin plates weakened by blunt V-notches. For this purpose, first, 27 fracture tests are carried out on rectangular plates containing a central rhombic hole with two blunt V-shaped corners horizontally located. The experimental observations indicated that a plastic region initiates from the notch tip and grows as the tensile load monotonically increases, and finally, fracture happens suddenly with a significant opening of the notch tip. By showing significant plastic deformations around the notch tip and also inclined fracture planes, the specimens after fracture confirm well the ductile rupture in V-notched Al 7075-T6 plates. As the main experimental result, the load-carrying capacity of the notched plates corresponding to the onset of crack initiation from the notch tip is recorded. To theoretically predict the experimental results, the equivalent material concept is utilized together with the well-known brittle fracture criterion, namely the averaged strain energy density criterion. Without requiring elastic-plastic finite element analysis, it is shown that the combination of the averaged strain energy density and equivalent material concept is successful in predicting the load-carrying capacity of the V-notched Al 7075-T6 plates that fail by moderate-scale yielding regime.     

单轴拉伸下氧化锆纳米柱相变机理的分子动力学研究

通过分子动力学模拟,观察到[001]取向的四方氧化锆纳米柱在拉伸载荷下具有两个线弹性变形的应力-应变关系.这一现象是四方结构向单斜结构相变的结果 .为了进一步阐明应力-应变曲线,进行了包括晶体结构分析和原子应变计算在内的详细研究.晶格取向强烈影响塑性变形机制,即[001]和[111]取向的纳米柱在拉伸载荷下经历相变,而沿[110]取向的纳米柱导致脆性断裂.观察到显著的温度效应,随着温度从300K升高到1500K,弹性模量从573.45GPa线性降低到482.65GPa.此外,还用轻推弹性带(NEB)理论估算了相变能垒,观察到相变能垒随温度的升高而降低.这一工作将有助于加深对氧化锆的四方相到单斜相转变和纳米尺度力学行为的理解.     

泡沫铝的低频内耗特征研究

采用粉末冶金发泡法制备的泡沫铝试样，研究了室温下低频范围（0.04—4Hz）泡沫铝的内耗与孔结构（孔隙率和孔径）、频率、振幅之间的关系．结果表明泡沫铝的内耗具有以下特征：孔径一定时，内耗随孔隙率的增加而增大；孔隙率一定时，内耗随孔径的减小而增大；在测量频率范围内，内耗与频率近似无关；小应变振幅时内耗随振幅的增大而增大，具有正常振幅效应．提出了泡沫铝的内耗产生机制，根据等效夹杂方法和钉扎位错内耗特点进行了理论分析，较理想地解释了实验结果 关键词：     

基于导热塑料的新型LED灯散热器设计与优化

以某中等功率LED灯具为例,设计了塑料散热器的基本构型。采用数值仿真的办法对散热器的性能进行分析,并根据分析结果进行结构改进与优化。结果表明,在同样构型下塑料散热器散热性能低于铝合金散热器;与传统铝合金散热器不同,当肋片高度达到30 mm后,塑料散热器的散热能力趋于稳定;虽然导热塑料的红外发射率较高,仿真分析表明通过热辐射散出的热能只占总热很小的一部分,所以塑料散热器的设计应以增加对流换热面积为主,增加肋片与环境的视角系数是次要考虑因素。改进优化后的塑料散热器达到了和铝合金散热器相近的散热性能,总质量较铝合金散热器减轻了30%,验证了塑料散热器在降低产品重量方面的优越性。     

Al–Pd–Mn icosahedral quasicrystal: deformation mechanisms in the brittle domain

The extreme brittleness of Al–Pd–Mn quasi-crystalline alloys over a wide range of temperatures drastically restricts investigation of their plastic deformation mechanisms over a small high-temperature regime. Recently, plastic deformation of Al–Pd–Mn quasicrystal has been achieved in the brittle domain (20?≤?T?≤?690°C) using specific deformation devices, which combined a uniaxial compression deformation or a shear deformation with a hydrostatic pressure confinement (0.35–5?GPa). Results of these experimental techniques, which provide various deformation conditions giving rise to a range of Al–Pd–Mn plastic features in the brittle domain, are discussed. On this basis, we propose that low and intermediate temperature plastic properties of Al–Pd–Mn are controlled by non-planar dislocation core extensions specific to the non-periodic structure.     

内凹负泊松比蜂窝结构的面内双轴冲击响应

利用有限元模拟方法研究了内凹负泊松比蜂窝结构的面内双轴冲击响应。用节点扰动方法建立了具有不同规则度的内凹负泊松比蜂窝结构,并将其在不同冲击速度下的变形模态、应力-应变曲线和能量耗散能力与规则蜂窝进行了对比分析。结果表明,冲击速度是内凹蜂窝结构变形模态最主要的影响因素。此外,在双轴冲击下,由于不规则度的引入,延长了应力-应变曲线的平台阶段,抑制了结构的各向异性程度,从而使结构的变形特征从局部密实转向整体密实。在能量吸收能力方面,结构的不规则性导致了密实化阶段的滞后,因此在相同的压缩程度下,其塑性耗散能低于规则模型。     

Computer simulation of Ti3Al intermetallic cleavage fracture

The decohesion energy and the energy of unstable stacking faults for all cracking planes and dislocation slip systems observed experimentally are calculated using the molecular dynamics method with N-particle atomic potentials. A dimensionless parameter characterizing the brittle behavior of the material is calculated for basis, prism, and pyramid faces in terms of the model elaborated by Kelly et al. and extended by Rice and Thompson. Cleavage in Ti₃Al is due to low decohesion energy values, which facilitates cracking, and high energies of unstable stacking faults, which prevents the formation of a plastic zone and stress relaxation at its vertex.     

Elastic and brittle properties of the B2-MgRE (RE = Sc,Y, Ce,Pr, Nd,Gd, Tb,Dy, Ho,Er) intermetallics

The brittle and elastic properties of the B2-MgRE (RE = Sc, Y, Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho, Er) intermetallics have been investigated using first-principles density functional calculations. The calculated equilibrium lattice constants and enthalpies of formation are in overall agreement with the available experiment and theoretical results. The related physical properties of those compounds are compared with that of ductile YCu. The Fermi energy occurs above a peak in the DOS for B2-MgRE intermetallics, whereas for ductile YCu the Fermi energy occurs near a minimum in the DOS. For B2-YCu, the partial density of states of d-states at the Fermi energy is low, while for B2-MgRE the RE d-states are partially occupied, indicating their important roles in the directional bonding for this material. The Cauchy pressure (C₁₂-C₄₄) and the ratio of bulk to shear modulus B/G are used to assess the brittle/ductile behavior of B2-MgRE and YCu compounds. It can be concluded that the B2-MgRE alloys have brittle behavior. MgSc is the most brittle, and MgHo is the least brittle amongst those alloys.