考虑两种晶界的各向异性双晶和三晶体晶界附近弹塑性应力场分析

采用率相关的晶体滑移有限元程序对具有不同晶体取向的双晶体晶界附近及三晶体三晶粒交汇处的弹塑性应力场进行了计算,考虑了几何晶界和物理晶界的影响.计算结果表明:双晶体及三晶体考虑几何晶界和物理晶界时,这两种晶界具有相同的应力分布趋势,只是物理晶界比几何晶界的应力集中程度小,双晶体晶界附近有较大的应力梯度,存在应力集中现象.三晶体三晶粒交汇处可能是应力集中之地也可能不造成应力集中,这主要取决于晶粒晶体取向及加载方向.由此可见,要准确理解金属材料的断裂过程,还需要从细观的角度对晶界的力学响应进行细致和深入的研究.     

含氢原子缺陷晶界的剪切行为

针对4个α-Fe对称倾斜晶界,采用分子静力学考察了4个晶界中H原子偏析能的分布特征,并采用分子动力学方法研究了晶界内植入不同数量H原子对其在室温条件下剪切行为的影响.H原子通过随机方式植入界面内,利用植入H原子数量与晶界面积的比值来定义H原子面密度ρ.在含H原子晶界剪切行为分析过程中,重点考察了在不同H原子密度ρ下,4个晶界的初始塑性临界应力和晶界迁移位移的变化趋势以及4个晶界在加载过程中的微观变形机理.研究表明:晶界内的H原子偏析能明显偏低,4个晶界附近的H原子会自发向晶界内偏析;随着植入H原子数量的逐渐增多,晶界的初始塑性临界应力和后续变形阶段应力均会降低.晶界内植入H原子会从本质上改变晶界的微观变形机理,进而影响晶界在外载荷条件下的迁移属性.与不含H原子晶界的变形机理对比发现,加载过程中晶界的微结构会发生剧烈的演化,H原子的扩散和团簇化效应会导致晶界内出现纳米孔缺陷.     

晶界结构及其对力学性质的影响(Ⅱ)

<正> 3 晶界结构对力学性质的影响 晶界是固体材料中的一种面缺陷.由于晶界和位错以及其他缺陷和杂质之间的相互作用      

晶界结构及其对力学性质的影响(Ⅰ)

许多实验结果表明晶界对多晶材料的力学性能产生很大影响.本文简要总结了研究晶界结构及其对多晶材料力学性能的影响方面的理论和实验工作.第一部分介绍了描述晶界结构的各种模型,包括小角晶界位错模型,大角晶界重合点阵模型、O点阵模型和位移移动重位点阵理论,还讨论了晶界原子和电子结构,以及晶界结合力和晶界能.第二部分总结了晶界结构对力学性能的影响,包括强度,断裂韧度,蠕变,疲劳,沿晶断裂(应力腐蚀开裂,氢脆,液态金属腐蚀等).文中还介绍了最近发展起来的利用控制晶界结构改进多晶材料力学性能方面的新成果,晶界设计和毫微晶材料.      

颗粒物对变压器油表面张力的影响研究

根据ISO4406标准,采用均匀设计法,配制了24组含Cu、Fe、Si O2的不同粒径、不同污染度的颗粒污染物油样并对其进行了表面张力测试,得到随着颗粒物含量的增加,油液表面张力值呈现增加的趋势。采用Takagi-Sugeno模糊原理对油液中不同粒径和含量的Cu、Fe、Si O2混合颗粒物与油样的表面张力性能的关系进行了建模。结果表明:根据所建立的不同粒径和含量的Cu、Fe、Si O2颗粒物与表面张力性能关系的T_S模糊模型,获取了验证集的决定系数和均方根误差分别是0.9124、0.016;油中Cu、Fe、Si O2混合颗粒物在粒径为5μm、15μm时对变压器油表面张力的影响较为显著;由于油液分子作用力与颗粒的吸附能出现饱和-动态平衡作用,随着颗粒数的增加油液表面张力的变化较大,油液表面张力的变化量分别为0.067MN/m、0.042MN/m。     

随机晶界分布和连通性对晶间破坏行为的影响

采用随机有限元方法研究了两个具有相同不均匀材料属性和相同随机晶界含量但不同随机晶界分布的特殊多晶体样本在准静态拉伸下的晶间破坏行为,发现随机晶界连通性强的样本的断裂能比较低．在不同随机晶界含量下分别构造的50个晶界随机分布的样本的计算结果表明,断裂能与平均晶界连通数的关联并不明显,甚至还出现了相反的结果,即在相同随机晶界含量下,平均晶界连通数大的计算样本的断裂能反而大．     

基于移动粒子半隐式法的表面张力模拟

采用移动粒子半隐式法(MPS)模拟了受表面张力影响的自由面流动。表面张力的计算采取了一种较适合于MPS方法的表面自由能模型。方形液滴振荡和射流断裂的模拟结果分别与理论分析和试验结果一致,同时进行了三维射流注水模拟,从而验证了MPS方法结合该表面张力模型可以有效、方便地进行自由面流动中表面张力现象的模拟。     

含与不含晶界空穴的双晶体蠕变行为研究

基于晶体滑移理论,建立了各向异性镍基合金双晶体的蠕变本构模型和蠕变寿命预测模型,通过MARC用户子程序CRPLAW将上述本构模型进行了有限元实现,并对双晶体蠕变行为进行了计算分析,考虑了:(1)晶体取向的影响;(2)垂直、倾斜和平行于外载方向的三种位向晶界情况;(3)晶界处引进空间空穴的影响。结果表明,双晶体上特别是微空穴和晶界附近区域的蠕变应力应变呈现不同的变化规律,对此晶粒晶体取向和晶界位向有较大的影响;微空穴的存在削弱了双晶体的承载能力,显著地影响了双晶体蠕变持久寿命;相同条件下,垂直晶界对双晶体模型的蠕变损伤影响最为强烈,倾斜晶界次之,平行晶界最小;微空穴的生长与晶界位向和晶体取向有强烈的依赖关系,其中垂直晶界更有利于晶体滑移和微空穴生长。     

竹节晶界内耗峰的发现及其机理的研究

80年代以来,我们在含有竹节晶界的高纯铝试样里发现了一个坐落在温度低于细晶粒间界内耗峰(葛峰)峰温处的内耗峰。关于这个内耗峰的来源问题引起了国内外一些学者的争论,有人认为这个峰可能就是向低温移动了的葛峰,而不是一个新的内耗峰。 我们对于这个内耗峰作了系统深入研究,发现它的表现与葛峰截然不同。例如,葛峰的高度不随晶粒尺寸而变,而竹节峰的高度则与试样中所含的竹节晶界的数目成正比。另外,葛峰随着退火温度的提高而向高温移动,而竹节峰则向低温移动。对试样进行的透射电子显微镜观察表明,在竹节晶界附近有位错亚结构出现。因此我们认为,在晶界进行粘滞滑动时,出现在竹节晶界附近并与之相交的位错亚结构被晶界所拖曳,从而限制了晶界的粘滞滑动,从而引起内耗峰。 根据上述观点,我们采用了一个4参数力学模型来描述竹节晶界内耗峰的弛豫行为。根据这个模型推导出来的内耗峰和模量弛豫的表达式,以及内耗峰和模量弛豫出现的实验条件,都与实验结果相符。 总结我们从一系列条件试验所得到的启示,我们采用了片状试样作实验,终于得出了竹节晶界峰与葛峰同时出现的结果,这就确切地指明了竹节晶界峰是一个与葛峰不同的新的内耗峰。      

基于SPH方法的表面张力修正算法及其应用

针对传统SPEI方法中基于CSF模型的表面张力算法,在计算边界、尖角等粒子缺失部位的曲率时存在偏差较大,且粒子秩序较差,对大变形问题表面张力计算精度较低的问题,在Morris提出的表面张力SPH方法基础上,通过引入CSPM方法对边界法向的计算和曲率的计算进行修正,得到了表面张力修正方程组.应用本文方法模拟了水溶液中初始...     

能量法分析纳晶材料裂纹的萌生

利用能量守恒定律分析了纳晶材料裂纹在三晶交处的萌生，分别推导了纳晶材料中的特定旋转变形能、晶界滑移能、晶界扩散能，并运用最大等效裂纹能量释放率准则来判断纳晶材料裂纹萌生。结果表明：特定旋转变形、晶界扩散均能松弛裂纹尖端的应力，阻碍裂纹的生长；而晶界滑移使得晶界位错在三晶交处堆积，造成三晶交处的应力集中，促使裂纹的生长；稳定状态下，外力做的功等于由特定旋转变形、晶界滑移、晶界扩散造成的能量耗散。     

微注射成形中表面张力效应的数值模拟

微注射成形过程是一个喂料射入膜腔挤出腔内空气的过程。在这一过程中,存在喂料和空气的移动界面。由于喂料和气体物质特性差异很大,喂料分子对界面上的分子引力明显大于气体分子的引力,故界面上的分子会受到方向指向喂料内部的合力,即表面张力。为了研究表面张力效应对粘性流微注射模拟结果的影响,在矢量化显式算法的有限元模拟软件中,实现了表面张力计算和模拟功能,并在有限元方法中以系统化方法确定了离散变量场的拉普拉斯算子值。应用植入该功能的软件,模拟了一个典型的注射填充过程的算例,探讨了表面张力作用项对粘性流体填充过程的影响。通过对不同尺寸构件的模拟结果比较,证实表面张力作用项对粘性流注射填充过程模拟结果影响不大,除了毫米级以下构件,在一般情况下可以忽略。     

一种基于数字图像的表面张力测量方法——悬滴法

介绍了悬滴法测量表面张力的基本原理。通过重力作用下被悬挂液滴外形与表面/界面张力之间的关系,本文开发了一套基于该思想的表面张力测量装置及相应的数据处理软件。对水、无水乙醇以及两者混合物的表面张力测量及误差的分析结果显示,对于低粘度液体而言,该方法具有简便、精确、成本低廉等显著特点。     

镍基双晶体晶界断裂特性研究

对单晶体以及晶界平行晶粒裂纹和晶界垂直晶粒裂纹的双晶体的断韧性进行了实验研究,设计了三种三点弯曲试件,得到了单晶体和晶界的断裂韧性值,在晶界垂直晶粒裂纹的双晶体试验中,揭示了晶界对晶粒断裂的屏蔽效应;当裂纹距晶界某一特定长度时,断裂韧性值最大,理论分析和晶体滑移有限元数值分析揭示了这种屏蔽效应的机理,双晶晶界处的变表相容性导致了理解纹尖端应国和场的重新分布,并由此产生了晶界屏蔽效应。     

微重环境中三维液体非线性晃动的数值模拟

将ALE（任意的拉格朗日-欧拉）运动学描述关系引入到Navier-Stokes方程中,在时间域上采用分步离散方法中的速度修正格式,利用Galerkin加权余量方法推导了系统的有限元数值离散方程;推导了考虑表面张力效应时有限元边界件的弱积分形式。模拟了考虑表面张力情况下圆筒形贮腔中液体的非线性晃动,揭示了考虑表面张力效应时液体非线性晃动的重要特征。     

FCC晶体中不均匀变形对空洞长大的影响

通过编制率相关有限元用户子程序,采用一个单胞模型研究了FCC晶体中孔洞在单晶及晶界的长大行为,分析了由于晶体取向及变形失配对孔洞长大和聚合的影响。研究结果表明：孔洞的形状和长大方向与晶体取向密切相关;晶界上孔洞的长大速度大于单晶中孔洞的长大速度;晶粒间的变形失配加速了晶界上孔洞的长大趋势,因而使材料易发生沿晶断裂,随着晶粒间取向因子差异的增加,孔洞越易沿着晶界长大。     

非传播孤立波和表面张力

本文讨论了关于表面张力的实验与理论分析之间的矛盾把表面张力的能量当作高阶小量、导出了非传播孤立波的基本方程，得到的解与实验结果相符。     

一种镍基双晶材料疲劳裂纹扩展效应

对晶界平行裂纹和晶界垂直裂纹的双晶体进行三点弯曲疲劳实验，研究了双晶材料的疲劳裂纹扩展规律，测定了双晶的疲劳扩展速率，揭示了晶界对晶粒疲劳裂纹扩展的屏蔽效应：当裂纹距晶界某一特定长度时，裂纹扩展速率最快；而裂纹顶端交于晶界时，裂纹扩展速率最侵．进一步的晶体滑移有限元数值分析揭示了这种屏蔽效应的机理：晶界附近不协调的塑性变形，导致了裂纹尖端应力场的重新分布．     

N表面张力对近固壁二空化泡影响的数值研究

在忽略浮力下，用边界积分方法数值模拟了表面张力对固壁之上且靠近固壁的二轴对称空化泡生长和溃灭的影响，发现在下空泡最大等效半径为上空泡一半情形，若固壁对下空泡的Bjerknes力大于上空泡对下空泡的Bjerknes力，则表面张力的作用将使下空泡溃灭加速，使其向下的液体射流变强变宽；若固壁对下空泡的Bjerknes力小于上空泡对下空泡的Bjerknes力，则表面张力的作用将使下空泡溃灭变慢，使其向上射流变弱变细长；若这两个Bjerknes力近于相等，则表面张力将会对下空泡溃灭有重大作用，如改变下空泡射流的方向甚至形式(如由环状变向下或由向上变环状)，当上空泡等于或小于下空泡时，表面张力将不会对这两个空泡的行为产生显著影响，定性地分析了表面张力作用的机理。     

超塑性变形晶界效应研究综述

自1934年超塑性现象被发现, 一直以其特殊的塑性变形机制而备受关注.本文以对超塑性变形晶界研究为主线, 从力学角度总结了近年来研究成果. 包括: 基于晶界拓扑构造、统计规律以及能量耗散的力学模型; 论述了由孔洞损伤导致的超塑性沿晶破坏、晶界结构演化与宏观率敏感性之间的关系; 列举了考虑晶界效应的典型超塑性数值模型; 总结并讨论了晶界滑移定量表征的重要实验手段, 指出超塑性研究中需进一步拓展的领域: 多尺度耦合的超塑性力学、材料制备及组合工艺中利用超塑性.