微米铜丝的低温力学性能测试

针对纤维材料变温环境力学性能测试的需要,在华中科技大学研制的纤维材料试验机的基础上引入了温控装置,从而实现纤维材料在高低温环境下的力学性能测试。采用该装置对不同直径微米铜丝在不同温度、不同拉伸速率条件下的力学性能开展实验研究,测试结果表明弹性模量和抗拉强度随温度的降低而线性增加,屈服强度的变化不太明显。另外,低温环境下微米铜丝的力学性能表现出与其直径相关的尺度效应,而这一现象在常温下一直没有观测到。最后,还研究了拉伸速率对微米铜丝的力学性能影响,结果表明,在现有装置的许用范围之内,拉伸速率对其力学性能的影响不大。     

单纤维细丝微力学性能实验研究

使用数字标记点识别方法分别对T300碳纤维和Kevlar29芳纶纤维单丝进行了拉伸实验测试,给出了单纤维细丝的拉伸性能参数。其中T300碳纤维单丝的直径在 7μm左右,比Kev lar29芳纶纤维的直径 (约 12μm左右 )要小;T300碳纤维的拉伸模量为 230GPa左右,远大于Kevlar29芳纶纤维的拉伸模量(约 80GPa);它们的拉伸强度相当,都在 2. 5GPa左右;而T300碳纤维的断裂伸长率在 1. 0%左右,小于Kevlar29芳纶纤维的 3. 0%。使用扫描电子显微镜(SEM)对纤维单丝断裂前后的结构进行了观察,这些不同的微观结构决定了纤维单丝拉伸性能的差异。     

方沸石大单晶及多晶粉饼力学性能的实验研究

报道了采用纳米压痕硬度计和Instron仪器分别对方沸石ANA大单晶和方沸石ANA多晶粉饼进行的力学性能测试工作。在纳米压痕实验中可实时测得连续载荷和随载荷连续变化而变化的位移,得到载荷-位移曲线图。根据W.C.O live算法,利用接触刚度连续测量(CSM)技术,实现了ANA沸石的硬度、弹性模量随压痕深度变化的连续测量,得到了ANA沸石单晶的硬度、弹性模量分别为0.25GPa和4GPa。用Instron仪器测得ANA多晶粉饼的弹性模量值为125MPa。对ANA沸石大单晶和ANA沸石多晶粉饼的力学性能进行了比较。     

大理岩动态拉伸强度及弹性模量的SHPB实验研究

提出了获取脆性材料动态拉伸强度及弹性模量的实验步骤及相关记录数据的分析方法。利用直径为100mm的分离式Hopkinson压杆径向冲击巴西圆盘和平台巴西圆盘试样,测试了大理岩在高应变率加载下的动态力学性能。应力波加载下动态劈裂拉伸圆盘在试样中心产生了约45/s的拉伸应变率。分析了实验的有效性并考虑了试样两个端面应力波波形差异的影响以提高实验结果的精度。结果表明准静态下的公式可适用于动态劈裂拉伸实验;大理岩的动态拉伸强度及弹性模量比静态时有明显的增加。     

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.      

316L不锈钢不同取向压痕应变率敏感性研究

本研究探讨了不同取向对激光选区熔化(SLM)成形316L不锈钢力学性能的影响．使用纳米压痕测试系统对SLM成形316L不锈钢扫描平面方向和叠加成形方向两个取向的试样进行测试,并通过相关计算得出了材料在这两个方向的弹性模量、硬度、应变率敏感性指数等力学参数．实验结果表明,扫描平面方向的弹性模量和叠加成形方向的弹性模量基本相同;在相同的压入应变率下,扫描平面方向的硬度大于叠加成形方向的硬度;而对于不同的压入应变率,在高应变率下的压痕硬度相对较大;随着压入深度的增加,硬度逐渐减小并趋于稳定值．此外,本研究分析了不同压入应变率下硬度和应变率敏感性指数m的压痕尺寸效应,并得到与尺寸无关的硬度和应变率敏感性指数m．最后,通过引入扫描平面方向准静态宏观压缩工况下的应变率敏感性指数m加以验证本研究的合理性,揭示了SLM成形316L不锈钢在不同取向上应变率敏感性的差异,进而为研究准静态宏观压缩下叠加成形方向的应变率敏感性提供了支撑．     

三维DIC在铸铁拉伸试验中的应变测量精度研究

基于三维数字图像相关方法(3D-DIC)的拉伸实验研究了铸铁的拉伸力学性能,分别得到了应力-应变曲线、弹性模量、抗拉强度、延伸率等拉伸力学性能参数．将3D-DIC应力-应变的测试结果与目前实验中使用广泛的接触式引伸计方法的实验结果作了对比,得到两者的应力-应变曲线基本重合,弹性模量相差不超过4%．此外,还对3D-DIC和机械引伸计的应变绝对误差和相对误差作了详细比较,实验表明3D-DIC在铸铁拉伸力学性能测试中具有足够的应变测量精度,完全可以取代传统引伸计成为一种有效的非接触式变形测量手段．     

一种基于图像相关的双图像法测量细观试件弹性模量的方法

本文提出了一种基于图像相关的双图像法测量弹性模量的方法,测试精确度比单图像方法的精确度提高了一个量级,通过实验验证了方法的可靠性。利用双图像法对细观尺度不锈钢薄带和牛骨试件的拉伸弹性模量进行了测量,发现牛骨试件的拉伸弹性模量随着厚度的减小而减小。     

高温高应变率下异种不锈钢激光焊接件的力学性能

利用改进的SHTB实验设备,对316L和304不锈钢焊接结构的动态力学性能进行了实验.提出了一种适用于焊接结构件的新型的SHTB夹持装置,并在应变率约103 s-1、温度为25～500℃的环境下获得了焊接结构件动态应力-应变曲线.研究表明:随应变率的升高,结构件的屈服强度和抗拉强度随应变率的增大而增大,随温度的升高而降...     

Ti、TiN、TiO2改性层的纳米力学性能测试与分析

采用等离子表面合金化技术,分别在316L不锈钢表面制备出渗Ti改性层、渗TiN改性层和TiO2改性层薄膜.使用连续刚度法,从截面方向和表面方向对改性层进行纳米压痕实验,研究改性层的纳米力学性能.实验测得材料在压痕过程中的载荷—位移曲线以及硬度和模量随压入深度的连续变化值.结果表明,改性层纳米力学特性表现为各向异性;TiN改性层的力学性能表现良好.TiO2改性层由渗Ti改性层经氧化制成,二者的弹性模量和硬度在截面方向上变化规律相似,在表面方向上数值相近.     

不锈钢表面等离子合金化渗铜层的纳米力学性能研究

为了研究不锈钢渗铜层的纳米力学性能,本文采用等离子表面合金化技术在304不锈钢表面制备了渗铜层。利用纳米压入硬度仪,采用连续刚度测试法,对渗铜层以及不锈钢基体的表面和横截面的纳米力学性能进行了测试,得到了纳米压入过程的载荷-压入深度曲线,发现渗铜层抵抗外载荷的能力低于不锈钢基体。并得到了渗铜层和不锈钢基体的表面、横截面方向的硬度以及杨氏模量,经对比得到渗铜层的杨氏模量和硬度都要比不锈钢基体的低,并且渗铜层的力学性能表现出各向异性。对纳米压入的数据进行分析,发现渗铜层在小尺度压入时硬度和杨氏模量表现出明显的"尺度效应"。     

THE DURABILITY OF GLASS FIBER REINFORCED COMPOSITE REBARS IN SALT LAKE HIGH AND COLD AREA1)

对玻璃纤维(glass fiber reinforced polymer, GFRP)筋和GFRP -钢筋夹芯复合筋在盐湖地区多重环境因素耦合作用下进行耐久性试验,分析环境类型及作用时间对极限抗拉强度、弹性模量、极限应变的影响。结果表明：在多重因素耦合作用下,随着盐湖卤水腐蚀周期、冻融次数、干湿循环次数的增加,GFRP筋和GFRP夹芯复合筋的抗拉强度逐渐减小,但是GFRP筋减小的幅度较小,而GFRP夹芯复合筋由于有钢筋的存在,抗拉强度减小比较大,特别是在盐湖卤水90 d以上、冻融150次以上时GFRP夹芯复合筋的极限抗拉强度实验不是很明显,屈服强度几乎不存在并且与抗拉极限强度相接近,表现出明显的脆性;在各种因素作用下,GFRP筋随着龄期的增加,弹性模量先减少后增加,而GFRP夹芯复合筋的弹性模量逐渐减小,相对来讲减小的幅度不是很大;各种耦合因素作用下GFRP筋和GFRP夹芯复合筋的极限抗拉强度、弹性模量均比单因素作用下小,且腐蚀性的大小关系是盐湖卤水+干湿循环+冻融耦合>盐湖卤水+干湿循环>冻融>盐湖卤水。     

丝径对316L不锈钢丝摩擦磨损行为的影响

为探究金属橡胶微丝的最适直径,研究了不同载荷和速度条件下,金属橡胶不锈钢丝丝径对其小位移摩擦磨损行为影响的规律及机理,建立了磨损深度与丝径之间的定量关系来评定丝径对不锈钢丝摩擦磨损行为的影响. 结果表明:相同载荷、速度条件下,不同丝径实际接触面积的不同导致不锈钢丝的磨损深度随其丝径的增大而减小,且磨损深度随丝径的变化规律呈多项式曲线规律;而摩擦系数与其实际接触形貌和磨屑运动状态有关,不同的磨损状态导致了摩擦系数随丝径的增大而增大;探究表明改变载荷和速度并不影响丝径对不锈钢丝摩擦磨损行为的影响规律;但由于粗丝径试件间实际接触面积的稳定性,使得载荷和速度对粗丝试件的磨损深度、摩擦系数的影响要明显小于对细丝试件的影响.      

Electromechanical Characterization of Au Thin Films using Micro-tensile Testing

This paper presents the test technique about measurement of electrical resistance changes of thin films during tensile testing. In this work, we used a real-time digital image correlation strain measurement system coupled with micro-tensile testing unit and voltage/current sourcemeter. This system has the advantage of real time displacement monitoring with a resolution of 50 nm during the micro-tensile testing, with the ability to measure the variation in electrical resistance of the specimen at the same time. We obtained the complete testing data for the stress–strain curve and associated electrical resistance-strain curve for 1 and 2 μm-thick freestanding gold films. Young’s modulus was about 61~69 GPa and 0.2% offset yield strength was about 361~402 MPa. In case of the electrical resistance, rapid change was observed under the elastic regime, while less obvious under the plastic regime. We also conducted finite element analysis, and this result implied that the electrical resistivity would not be constant during micro-tensile testing.     

温压成型和微波烧结TiC/316L 复合材料的摩擦磨损特性

为提高TiC/316L不锈钢复合材料的致密度和力学性能,采用温压成型和微波烧结复合方法制备了质量百分数为5%的TiC/316L复合材料.在MM-200型环块磨损试验机上研究了复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,并与传统粉末冶金法制备的复合材料耐磨性能进行了对比研究.结果表明:与传统粉末冶金法相比,在相同的烧结温度下,采用温压成型和微波烧结制备的TiC/316L复合材料虽然内部也存在一些孔隙,但组织比较均匀,烧结比较充分,复合材料的致密度和耐磨性均得以提高.随着温压压制压力的增加,复合材料的相对密度和耐磨性快速增加,但过高的压制压力不利于耐磨性的提高.摩擦磨损试验结果表明在压制压力为400 MPa时,复合材料的耐磨性较好.     

Molecular dynamics simulation of polycrystalline copper

An approach for molecular dynamics simulation of the formation of polycrystalline materials from a melt during its cooling is proposed. Atomic configurations of copper corresponding to polycrystals with the mean grain size from 2 to 16 nm are obtained. Isothermal uniaxial tension and compression of these polycrystals is studied by the molecular dynamics method. For the mean grain size of polycrystalline copper being smaller than 10 nm, it is shown that Young’s modulus and yield stress decrease as the grain size decreases. Shock adiabats for polycrystalline copper are constructed. For a material with the grain size approximately equal to 2 nm, the temperature behind the shock wave front is demonstrated to be 10% higher than that in a polycrystal with the grain size greater than 10 nm. Molecular dynamics calculations predict the presence of copper with a body-centered cubic lattice behind the shock wave front at pressures ranging from 100 to 200 GPa.     

多晶石墨烯拉伸力学性能及其影响因素的灵敏度分析

晶粒尺寸、温度和应变率等对纳米材料的力学性能有重要影响。本文通过分子动力学（MD）数值模拟,分析了不同晶粒尺寸多晶石墨烯在不同温度、拉伸应变率下的杨氏弹性模量、极限应力、极限应变等拉伸力学性能。结果表明,晶粒尺寸、温度和拉伸应变率对拉伸力学性能有较大影响。利用正交实验法,分别分析了杨氏弹性模量、极限应力和极限应变对晶粒尺寸、温度和拉伸应变率的敏感程度。结果表明,杨氏弹性模量和极限应力对影响因素的敏感程度由大到小依次为晶粒尺寸、温度和拉伸应变率;极限应变对影响因素的敏感程度由大到小依次为晶粒尺寸、拉伸应变率和温度。研究结果可为多晶石墨烯的理论研究和工程应用提供参考。     

表面纳米化对316L不锈钢低周疲劳性能的影响

超声喷丸(USSP)处理工艺在316L不锈钢表面制备出了纳米表面晶层,对表面纳米化后和未表面纳米化的316L不锈钢试样进行对比拉拉低周疲劳试验,运用数理统计学的方法分析研究了表面纳米化处理对316L不锈钢的低周疲劳性能的影响,并就表面纳米化对疲劳性能的影响机理进行了初步分析探讨.研究结果表明,超声喷丸表面纳米化处理可以有效地提高316L不锈钢的低周疲劳寿命;超声喷丸处理在表面所形成的残余压应力、晶粒细化的纳米强化表层是疲劳寿命提高的主要原因.     

基于纤维单元的钢筋混凝土桥墩地震损伤评价

基于纤维模型的粱柱单元特别是柔度法单元有着较高的计算精度,已被较多地用于评价钢筋混凝土桥墩的位移（廷性）能力。随着基于性能／位移抗震设计理论的发展,相继提出了残余位移、极限曲率及曲率延性系数、纵筋和混凝土的最大应变、纵筋低周疲劳损伤等桥墩地震损伤量化指标。选用刚度法和柔度法纤维单元,考虑材料非线性、几何非线性和结点锚固...