铜镍合金滑动摩擦学行为的分子动力学模拟

基于分子动力学模拟建立金刚石结构粗糙磨粒球与Ni60/10%Cu (C1)和Ni60/20%Cu (C2)铜镍合金滑动摩擦结构模型，通过探究铜镍合金在金刚石磨粒不同摩擦深度下滑动摩擦行为，结合合金的磨损形貌、磨损原子数目及分布、摩擦力和亚表面损伤对合金纳米尺度下磨损机理进行了研究.结果表明：在摩擦过程中，合金磨损原子首先堆积在磨粒前方，随着滑动摩擦的进行，当压入深度为10?时，磨损原子与磨粒之间黏附力较小，磨损原子流向磨痕两侧，当压入深度为20?时，磨损原子数量增加，增加的磨损原子主要堆积在磨粒前方，共同对合金进行磨损.随压入深度的增加，合金在摩擦过程中的位错密度上升，合金亚表面损伤程度提高，但在相同压入深度下，C2合金平均位错密度大于C1合金，C1合金的亚表面质量优于C2合金，这表明摩擦深度是影响合金亚表面质量的重要因素，且Cu原子数目增加会提高合金在纳米尺度下摩擦过程中亚表面损伤.     

炸药参数对高锰钢爆炸硬化性能的影响

为了研究炸药参数对高锰钢爆炸硬化效果的影响,对两种不同密度的炸药进行爆速测试,并利用该炸药分别对高锰钢试样进行爆炸硬化实验,测试了从硬化表面向材料内部的硬度、抗拉强度和冲击韧性随深度的变化。测试结果表明:高锰钢试样在相同深度下,经过密度1.38 g/cm3炸药3次爆炸硬化得到的硬度大于密度1.48 g/cm3炸药2次爆炸硬化后的硬度,而冲击韧性小于密度1.48 g/cm3炸药作用后的冲击韧性;从爆炸硬化表面向下15 mm内,经过密度1.38 g/cm3炸药3次爆炸硬化得到的抗拉强度大于密度1.48 g/cm3炸药2次爆炸硬化后的抗拉强度,但深度大于15 mm时,经过密度1.38 g/cm3炸药3次爆炸硬化得到的抗拉强度小于密度1.48 g/cm3炸药2次爆炸硬化后的抗拉强度。从硬化后试件的硬度、抗拉强度以及冲击韧性这3方面考虑,使用单次爆炸冲量较小的炸药进行多次爆炸硬化效果较好。     

爆炸烧结W-Cu合金药型罩材料及其性能

利用高能球磨制取W-Cu合金化粉末,采用爆炸烧结的方法制取W-Cu合金药型罩材料.爆炸烧结样品相对致密度达到99.6％,EPMA分析表明样品内各成分及元素分布均匀.对烧结样品作XRD分析,计算其晶粒尺寸为26 nm.使用固结样品加工成W-Cu合金药型罩,显示了良好的成形性.进行无隔板的静破甲实验,并与相同工艺条件下制取...     

爆炸金属管绝热剪切断裂的细观研究

介绍了正火及调质后45号钢、TC4钛合金和钨合金四种金属管在内部高能炸药加载下,破片宏观剪切断口的细观断裂形貌;观察到这四种金属管不同的细观剪切断裂机制。根据金相研究及物理分析表明,金属材料的热导率越低,晶粒越细,则越容易产生绝热剪切,生成相变带。     

钢筋混凝土箱梁近场爆炸响应的试验与数值模拟

为了研究近场爆炸作用下单箱三室混凝土箱梁的动力响应和破坏特征，开展了缩比试件爆炸试验和数值模拟。以原型桥梁主梁截面按1∶3缩比设计和制作了箱梁试件，测量了3 kg TNT药柱爆炸作用下试件的反射超压、钢筋应变、竖向位移及破洞形态；采用LS-DYNA软件进行了箱梁爆炸响应模拟，结合试验数据验证了数值模拟方法的可靠性；分析了TNT当量、起爆位置、混凝土强度、配筋率对箱梁抗爆性能的影响。结果表明：3 kg TNT药柱于箱梁中间箱室中心正上方0.4 m处起爆时，在中间箱室顶板中心形成一个椭圆形的贯穿破口，破口沿横、纵桥向长度分别为41.50、45.50 cm；中间箱室顶板底面的混凝土发生大面积剥落，呈现喇叭状冲切破坏特征；多室箱梁的超宽截面形式使得其爆炸响应沿横桥向分布不均匀；箱梁底板竖向位移峰值和钢筋应变峰值随药量的增大而增大，采用最小二乘法得到了对应的拟合曲线表达式；不同起爆位置下，中间箱室底板中心的竖向位移均大于两侧箱室中心的。     

考虑微结构特征的陶瓷材料含损伤本构模型

为了研究不同微结构陶瓷材料的冲击破坏特征,以从微结构角度出发、描述陶瓷材料非弹性变形和断裂行为的Deshpande-Evan模型为基础构建本构模型,计算了无约束条件下材料的应力状态。为了验证改进模型的有效性,将VUMAT子程序编程方法将与ABAQUS有限元软件相结合,并将其应用于典型陶瓷材料（YAG透明陶瓷）冲击破坏过程的分析模拟。采用改进模型分析应变率、应力三轴度、晶粒尺寸及初始缺陷分布密度对YAG透明陶瓷动态力学行为和损伤演化机制的影响规律。结果表明：随着晶粒尺寸和裂纹分布密度的增加,YAG透明陶瓷破坏程度随之加剧,完全损伤区域面积也随之增加,晶粒尺寸对YAG透明陶瓷宏观破坏特征的影响程度要大于裂纹分布密度;YAG透明陶瓷失效强度以及断裂应变随着晶粒尺寸以及初始缺陷分布密度的增大而减小;随着应变率不断增加,YAG透明陶瓷在不同晶粒尺寸以及初始缺陷分布密度下的峰值应力和断裂应变均随之增加;裂纹扩展速度会随着晶粒尺寸的增加呈现出先增加而后平缓的趋势,裂纹扩展速度与初始缺陷分布密度系数成线性关系。改进模型可以描述YAG透明陶瓷微结构对其宏观破坏特征的影响,为进一步分析微结构对陶瓷材料宏观...     

钨纤维复合材料穿甲弹芯侵彻时的自锐现象

对钨合金穿甲弹和钨纤维/Zr合金金属玻璃基复合材料穿甲弹进行了靶场对比侵彻实验。穿甲弹侵彻过程中,钨合金弹芯头部形成蘑菇头、头部晶粒被径向压扁;钨纤维复合材料弹芯头部在侵彻过程中,发生了绝热剪切破坏,具有自锐行为,且在弹芯头部形成很薄的边缘层,仅在这层中金属玻璃基体破碎,钨纤维断裂,温度升高,质量消蚀。钨纤维复合材料穿甲弹的侵彻能力明显高于钨合金穿甲弹。     

CoCrFeMoNiCx中熵合金的组织及其力学和摩擦学性能

采用真空感应熔炼技术制备了CoCrFeMoNiC_x (x=0、1、2、3、4和5)系列中熵合金,研究了C元素的掺杂及其含量对合金微观组织、力学性能和摩擦学性能的影响. 结果表明:CoCrFeMoNiC_x系列中熵合金主要由体心立方(BCC)相组成;C原子间隙固溶于BCC相,增大了合金的晶格常数,在XRD谱图中表现为衍射峰随着C含量的增加向小角度方向偏移;当C的质量分数大于2%时,BCC晶粒中有少量条状碳化物形成;随着C含量的增加,合金的硬度、强度和断裂韧性等力学性能显著提高,主要归因于C原子的间隙固溶强化效应和少量条状碳化物的出现. 与此同时,合金的磨损率持续降低,表现出良好的耐磨损性能. 室温下的磨损机制为磨粒磨损、塑性变形和疲劳磨损.      

爆炸压实/扩散烧结法制备钨铜梯度材料

采用爆炸压实/扩散烧结方法成功制备出高致密度的钨铜梯度材料。首先，使用机械合金化法分别制备50% W-50% Cu，75% W-25% Cu的钨铜合金粉末，并将两种合金粉末依次铺在铜板表面进行预压、通氢烧结，然后进行爆炸压实，最后对爆炸压实后的试件进行扩散烧结，得到高致密度且层间结合紧密的钨铜梯度材料。对样品分析表明，铜在钨铜颗粒间的交界面处富集，其中50% W-50% Cu层中的钨颗粒未发生长大，75% W-25% Cu层中钨与铜出现了在局部区域富集的情况，钨铜层中钨铜的含量与起始加入的钨铜粉末配比保持一致。对各钨铜层进行孔隙度检测可见，50% W-50% Cu层的孔隙度为0.04%，75% W-25% Cu层的孔隙度为0.11%。钨铜层的硬度也呈现出梯度变化，维氏硬度值在125~341之间，远大于铜基体的50。     

球状纳米铜颗粒的爆轰法制备

以乙酸铜为前躯体,并与液体石蜡和黑索今(RDX)炸药充分混合,在真空爆轰反应容器中引爆,制 备球状纳米铜晶。采用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)研究了爆轰产物的形貌和成分,同时通过Raman 光谱仪对爆轰产物中碳的结构进行了分析。结果显示,纳米铜晶具有较完整的球状结构,颗粒表面光滑,直径 集中分布在150~200nm 之间。爆轰法可为制备圆整度好的纳米铜提供一种简单、快捷的方法。     

Low-cycle fatigue of 7075-T651 aluminum alloy in biaxial bending

The uniaxial and biaxial low-cycle-fatigue life of 7075-T651 aluminum alloy in completely reversed bending is investigated. Uniaxial data is obtained from a cantilever specimen, and round and elliptical simply supported plate specimens are used for nominal strain biaxialities of 1∶1, 1∶075 and 1∶0.50 in the plane of the specimen. Experimental data is correlated on the basis of the total octahedral shearing strain range in which the dependent component strains are calculated using the “effective value” of Poisson's ratio for elastic-plastic loading. Good agreement is obtained oetween the uniaxial and biaxial data when the total octahedral shearing-strain range is plotted against the number of cycles to failure in logarithmic coordinates. Also, it is shown that, in anisotropic materials, the directional uniaxial and biaxial low-cycle properties can be predicted from fatigue properties in any one direction if the anisotropy of fracture ductility is known.     

Fatigue-crack propagation in a biaxial-stress field

The effect of biaxiality of stress on the fatigue-crack-propagation rate in 2024-T351 aluminum alloy in completely reversed bending is investigated. Round and elliptical plates, simply supported at the edge, are subjected to bulge bending. The plate dimensions are such that nominal stress-biaxiality ratios of 1∶1, 1∶0.86 and 1∶0.75 are obtained in the plane of the specimen in the region of its geometric center. It is postulated that, in strain-hardening materials, crack-growth rate is a function of nominal biaxial-stress condition in the crack-tip region. Experimental data for different biaxiality ratios fall in a straight line when a modified stress-intensity factor is plotted against the rate of crack propagation.     

钛合金TC4材料热处理工艺对圆筒在内爆炸载荷下膨胀半径的影响

对采用两种不同热处理工艺的钛合金TC4材料进行了Hopkinson拉伸实验、圆筒爆炸实验和数值仿真,从而确定了两种不同热处理工艺的优劣并通过微观分析揭示了钛合金TC4材料微观组织结构对内爆炸载荷下圆筒膨胀半径的影响。实验和数值分析表明:采用双重退火热处理工艺的钛合金TC4材料具有良好的动态力学性能。在相同的加载条件下,经此工艺处理的TC4圆筒在爆轰产物未泄漏之前有着充分的膨胀半径,而且也不容易形成绝热剪切破坏。同时,给出的依据高速摄影照片确定筒壳断裂点的方法是切实可行的,获得的断裂时间与数值分析结果吻合。     

定向约束提高炸药作功能力的实验研究

采用任意反射面激光干涉测速技术,通过测量飞片的自由面速度,对比研究了50 mm50 mm的含铝炸药在10 mm厚的钢筒约束条件下和无约束状态时对50 mm1.5 mm钢飞片的作功效能,实验结果表明,采用钢筒约束装置后,炸药对钢飞片的作功效能明显提高,钢飞片的飞行速度提高了34.8％,动能提高了81.7％。     

铝合金与槽型界面钢板的爆炸焊接

采用尺寸为4 mm×410 mm×410 mm的5083铝合金和尺寸为15 mm×400 mm×400 mm、表面开有燕尾槽的Q345钢板作为爆炸焊接的覆板与基板,根据理论公式得到铝合金-钢爆炸焊接下限后,选取其附近的参数进行爆炸焊接,再通过力学性能检测和微观形貌观察研究5083/Q345复合板界面的结合性能。实验结果表明:铝合金与钢在冶金结合和燕尾槽的挤压啮合共同作用下实现爆炸复合;铝合金与燕尾槽上底面、倾斜面和下底面的界面均呈平直状。铝合金与燕尾槽上底面、下底面以直接结合和不连续熔化块相结合的方式复合,而铝合金与燕尾槽倾斜面以连续熔化层的方式复合;复合板的剪切强度大于172 MPa,满足Al/Fe复合板结合强度的要求。     

MB2镁等四种金属材料的本构关系和动态断裂研究

采用炸药爆轰－分离飞片加载装置与电容传感技术相结合，由高速示波器连续记录靶板自由面速度剖面，通过波剖面的时间分辨测量，研究了ＭＢ＿２镁、ＬＹ－１２铝、钨合金、２１６９钢四种金属材料的动力学响应特性，给出了这几种材料在弹性－理想塑性模型假设下的本构关系，还给出了它们的动态断裂强度，并对标准化层裂强度与破坏比功、屈服强度之间的相关性进行了分析和讨论。     

纵向冲击压缩下LY12铝合金圆环的塑性失稳

通过对铝合金圆环的纵向冲击压缩研究发现,一定条件下在试件的宏观塑性硬化阶段会出现明显的应力降过程。为揭示此应力降的发生机制,对润滑、细磨、粗磨3种端面粗糙条件下,外径、内径和高度比值为6:3:2的LY12铝合金圆环进行系统的Hopkinson压杆纵向冲击实验。结果表明:应力降主要发生在较大的应变和较高的应变率条件。进一步对实验样品的金相观察发现:应力降产生的内在机制为绝热剪切带的形成和发展,此现象是一种动态塑性失稳的过程。以上结果为金属材料在冲击条件下绝热剪切带产生的研究提供了参考。     

TC4钛合金超高周次轴向振动疲劳试验

应用基于压电超声疲劳试验技术开发的20kHz轴向振动疲劳试验系统,完成了室温下TC4钛合金超高周疲劳试验,获得了TC4合金在107～109周次范围内的轴向振动疲劳寿命曲线(S-N曲线);运用C.Paris推导公式预测了TC4合金材料的寿命,得到各应力水平下破坏率为50％、95％、99％的安全寿命.结果表明:在疲劳循环大于107周次时,试件仍会发生疲劳断裂,疲劳强度随循环次数的增加而下降,并不存在明显的疲劳极限.TC4合金的S-N曲线在107～109周次的范围内呈连续下降型.在轴向振动超高周疲劳试验中,试件的裂纹扩展寿命只占其在50％破坏率下疲劳安全寿命的一小部分,其疲劳寿命主要由试件的裂纹萌生寿命决定.