功能梯度材料断裂行为实验研究

功能梯度材料作为一种新型材料在众多领域中有着重要的应用价值,其断裂问题是固体力学与材料科学共同关注的课题. 目前,功能梯度材料断裂力学研究工作主要集中在理论分析和数值模拟两方面,实验研究相对较少,其中的大部分实验工作只关注功能梯度材料的宏观断裂性能,而缺乏对其微观断裂机理的研究.本文对近10年来功能梯度材料断裂行为的实验研究的进展予以介绍和评述.首先介绍了可应用于功能梯度材料断裂行为研究的实验方法,然后介绍了相关实验工作的进展和取得的成果,最后分析了实验工作的不足之处,从实验研究角度提出了下一阶段功能梯度材料断裂行为的研究重点.      

Fe 材料在力作用下磁性的研究

本文实验研究了Fe材料的磁性.实验表明材料在不同的试验中,在拉伸的不同阶段中磁场强度是不同的,材料的退磁程度也是不同的.对出现此性质的物理原因作了简短分析.     

含金属微粉泡沫材料中爆炸波衰减规律实验研究

设计并制备了一种新型的聚氨酯泡沫材料,研究了爆炸波在该材料中的衰减规律.材料的主要设计原理是在聚氨酯材料中均匀混合了10μm量级的金属微粉,以提高骨架的吸热能力,从而提高其抗爆性能.搭建了实验平台并分别测量了爆炸波在相同孔隙率下含金属微粉和不含金属微粉的聚氨酯材料,同时测量了不同金属微粉含量的聚氨酯材料中的传播特性.实验结果表明:含金属微粉的聚氨酯材料具有更好的抗爆性能.     

激光驱动固体材料状态方程实验研究进展

论述了激光驱动固体材料状态方程实验研究的目的和意义,对激光驱动固体材料状态方程测量的3种基本方法进行了分析比较.综述了国内外激光状态方程实验研究的发展现状,介绍了该实验研究中新的诊断方法.      

仿生皮肤软材料大变形场的数字云纹实验

软物质等大变形材料是近年来力学与材料科学关注的热点问题,与之相关的实验研究也引起格外关注.本文将数字云纹实验技术应用于大变形材料力学实验,研究了软材料大变形场的实验测量与表征技术;以仿生皮肤材料缝线力学的应用为例进行实验分析,通过坐标变换给出集中力作用下的大变形材料径向变形场ur和环向变形场uθ的全场分布,并研究了缝线针口附近区域的变形场分布.分析结果表明,大变形材料的变形场存在明显的扇区变形特征.本文还进一步讨论了两种不同缝合方式下针口周边区域的力学变形特征,并初步分析了不同缝合方式对切口愈合产生的影响.     

三种工况下SiC/Al梯度功能材料紧凑拉伸试件的应变测试

SiC/Al梯度功能材料试件各梯度单层由不同体积浓度的铝合金和陶瓷SiC复合而成,由于材料组分梯度变化,有效缓和了双材料界面的应变跳跃问题,从而能够获得了优异的使用性能,本文从实验的角度采用激光云纹干涉法,对具有四个梯度层的SiC/Al梯度功能材料紧凑拉伸试件在三种工况下进行实验研究.通过实验采集试件在各工况下的位移场云纹图,根据位移与条纹级数的关系以及小变形条件下应变与条纹级数关系式,获得梯度功能材料紧凑拉伸试件预制裂纹区的应变分布.通过实验结果与文献对比分析,在有关梯度功能材料的裂纹扩展准则的适用性方面取得一致结论;同时,就实验获得的应变结果,讨论了梯度功能材料的材料参数变化规律,以及材料组分和梯度层结构对FGM材料整体力学性能的影响.     

肌肉类粘弹性超软材料SHPB实验的应力应变均匀性分析

试样的轴向应力和应变均匀问题是霍普金森杆实验行之有效的必要条件,而这对肌肉类粘弹性超软材料尤为重要.本文用量纲分析法,分析出了影响粘弹性材料SHPB实验应力和应变均匀性的无量纲量,结合LS-DYNA数值模拟方法,考察了各无量纲量对粘弹性材料均匀性的影响规律.结果表明,为使肌肉类材料SHPB实验更早达到均匀条件,理想的入...     

一种用于测量鱼体材料粘弹性性质的弯曲变形试验机

研究生物材料力学性质是生物力学的重要内容之一.测量材料粘弹性性质的传统方渗是单轴拉伸松弛或蠕变实验.与传统方法不同,为了测量鱼体材料粘弹性性质,本文设计了一种用于测量鱼体材料性质的弯曲变形试验机,通过模拟鱼体摆动,可以测得鱼体材料的储能模量、耗散模量、滞后相位角等参数.通过弹性体(铜片)和粘弹性体(橡胶)材料实验验证了...     

线性规律功能梯度材料断裂行为实验研究

焦散线方法与高速摄影技术结合,对线性规律功能梯度材料的I型静、动态断裂特性进行实验研究,并利用有限元软件进行数值模拟. 首先推导了线性规律功能梯度材料静、动态裂尖的焦散线初始曲线方程和参数方程,提出通过迭代方法根据功能梯度材料的复杂焦散线方程求解应力强度因子. 为对比材料梯度对断裂行为的影响,利用重力沉降法制备了3种梯度变化规律的试件. 然后对功能梯度材料试件进行三点弯曲实验,通过CCD和高速摄影装置采集试件焦散线图像,提取各种静、动态断裂参数. 最后通过与有限元模拟结果进行对比,证明在功能梯度材料断裂实验中焦散线方法的有效性,并详细分析了不同梯度变化规律对材料静、动态断裂性能的影响.      

基于霍普金森压杆系统的动态压痕实验

设计了基于分离式Hopkinson压杆系统(SHPB)的动态压痕实验装置,使其能够获得动态压痕实验中试样的压痕位移和所受冲击载荷的实验数据,从而得到一种新的材料动态性能测试技术.对3种不同的材料进行了动态压痕实验,得到了材料的动态硬度和率敏感性等动态性能,与采用其他实验技术所测得的性能数据具有很好的一致性,并实现了利用...     

环氧树脂光弹性材料时间边缘效应的起因及预防方法

本文以各种外界条件和内部因素对材料时间边缘效应影响的实验为依据,论证了环氧树脂光弹性材料时间边缘效应的成因.指出了材料中未参与反应的固化剂——颗丁烯二酸酐对水及某些溶剂的吸附是这种材料出现时间边缘效应的原因.提出了有效的防止这一效应的方法.本文是分别对400多个试件进行实验观察的总结.     

聚碳酸酯类非晶聚合物力学性能及其本构关系

聚碳酸酯是一类玻璃态非晶聚合物材料,由于其出色的耐热和抗冲击能力,被广泛地应用于国防军事和工业领域.针对主要应用于聚碳酸酯材料类非晶聚合物,首先回顾了其力学性能实验研究现状,从唯象的角度分析实验结果,揭示这类材料力学性能.其次介绍了这类材料的各种本构模型的发展历程、物理机制、力学特性、适用范围等.最后,概述了各类本构模型在聚碳酸酯类聚合物材料中的应用,从工程应用的角度进一步讨论了本构模型对材料力学行为的表征,同时给出了聚碳酸酯类材料在实验和理论研究中仍然存在的关键科学问题及进一步的研究展望.     

Mechanical behaviors and constitutive models of polycarbonate amorphous polymers

聚碳酸酯是一类玻璃态非晶聚合物材料,由于其出色的耐热和抗冲击能力,被广泛地应用于国防军事和工业领域.针对主要应用于聚碳酸酯材料类非晶聚合物,首先回顾了其力学性能实验研究现状,从唯象的角度分析实验结果,揭示这类材料力学性能.其次介绍了这类材料的各种本构模型的发展历程、物理机制、力学特性、适用范围等.最后,概述了各类本构模型在聚碳酸酯类聚合物材料中的应用,从工程应用的角度进一步讨论了本构模型对材料力学行为的表征,同时给出了聚碳酸酯类材料在实验和理论研究中仍然存在的关键科学问题及进一步的研究展望.     

软磁材料的力磁耦合本构的实验研究

磁性材料已经在新技术中起着重要的作用,研究这些磁性材料的力学规律对于磁性材料的应用和发展至关重要.软磁材料在工作状态时,一般受到机械应力场和电磁场双重耦合场的作用,其本构关系本质上是非线性的.这给理论模拟带来了很大困难.目前无论是从实验方面或者是理论模型方面,对软磁材料的力磁耦合本构关系的研究都很不成熟.本文用实验方法,研究了高纯度镍和锰锌复合铁氧体这两种传统软磁材料的力磁耦合本构关系.研制了力磁耦合加载设备,测量设备和监控设备.采用铁氧体粉末烧结方法,烧制了实验所需的圆柱状实验试件.实验结果表明,外加应力对镍和锰锌铁氧体材料的磁致应变具有重要影响,较大预加应力对镍的磁化强度产生较明显的影响.而外应力对锰锌铁氧体材料的磁化曲线影响很小.     

MEMS材料力学性能的测试技术

微电子机械系统(MEMS)技术的迅速崛起,推动了所用材料微尺度力学性能测试技术的发展.首先按作用方式将实验分成压痕/划痕、弯曲、拉伸、扭转四大类,系统介绍检测MEMS材料微尺度力学性能的微型试样、测试方法及其实验结果.测试材料主要有硅、氧化硅、氮化硅和一些金属.实验结果主要包括基本的力学性能参数如弹性模量、残余应力、屈服强度、断裂强度和疲劳强度等.最后,简要分析了未来的发展需求.      

三维四向编织复合材料的拉伸尺寸效应研究

通过对三维四向碳/环氧编织复合材料的拉伸实验,观测了不同几何尺寸的试件的破坏模式和断口形貌,得到了材料在拉伸载荷下不同的破坏机理以及材料的力学性能与试件几何尺寸的相关性,研究表明材料随着内部单胞数量的增加材料的弹性模量递减,而剪切模量和泊松比递增的变化规律,通过体积平均法从理论上预报了材料的弹性性能,预报结果与实验结果相符,实验和理论所获结论为进一步进行材料的刚度和强度预报以及强度准则的建立奠定了必要的实验和理论基础.     

非金属固体材料在微重力环境中的着火及燃烧特性研究

微重力条件下固体材料的着火和火焰传播特性研究对于发展燃烧理论、保障航天器防火安全具有重要意义.由于地面设施微重力时间长度的限制,已有对微重力下材料燃烧过程的实验研究主要集中在热薄材料,而关于热厚材料的实验结果十分有限.作为实践十号(SJ-10)卫星科学实验项目之一,非金属材料燃烧实验将利用长时间微重力条件开展低速流动中典型热厚材料着火和火焰传播过程研究.简要介绍非金属材料燃烧项目的研究目标、空间实验内容、有效载荷技术特点和地面实验验证情况.     

负泊松比的分析与实验

本文讨论了各向同性线弹性与线粘弹性材料泊松比的取值范围.列举了负泊松比材料的实验数据,并简要讨论了负泊松比现象的一种机制.     

沥青海砂作为软岩相似材料的实验研究

为了解决岩石工程相似模型实验中传统相似材料难以模拟深部软岩低强度、大变形和强流变的问题,本文选用70#沥青(产量大、成本低、粘弹性、易成型、易软化等)和海砂作为深部软岩的相似模拟材料.采用连续加压法对其进行了单轴压缩实验,对不同配比下试件的密度、抗压强度及初始弹性模量进行分析,得到了该相似材料有关的原始数据和规律.本文初步验证了使用该相似材料模拟深部软岩的可行性,并针对不足之处给出一些合理改进建议,为进一步模型模拟实验提供指导.     

Al基含能结构材料的Johnson-Cook本构模型及失效参数研究

利用万能实验机和Hopkinson杆装置测试了Al基含能结构材料在不同温度下的静动态力学性能，分析实验结果得到了温度效应和应变率效应对材料力学性能的影响及该合金的Johnson-Cook本构模型参数.结合二维数字图像相关(DIC)方法，研究了Al基含能结构材料的失效应变与应力三轴度及温度之间的关系，得到了该合金的Johnson-Cook失效模型参数.通过平面撞击实验获得了Al基含能结构材料粒子速度和应力波波速之间的经验线性关系和该合金的Grüneisen系数.基于实验获得的材料本构关系和状态方程参数，完成了Al基含能结构材料超高速撞击多层间隔薄钢板的数值模拟，结果表明，数值模拟中靶板的毁伤模式、破孔直径及弹坑主要散布区和实验结果吻合.