增材制造微结构演化及疲劳分散性计算

为了预测增材制造中工艺参数?微结构?力学性能之间的关联规律, 提出了集成离散元、相场模拟、晶体塑性有限元和极值概率理论的计算方法, 揭示了激光扫描速度对微结构演化、屈服应力和疲劳分散性的影响. 首先, 采用离散元实现了重力作用下粉床在已凝固层表面上的逐层铺设; 其次, 通过热?熔体?微结构耦合的非等温相场模拟, 获得了熔体、气孔、晶界、晶粒取向等的时空演化以及最终形成的多晶微结构; 然后, 应用晶体塑性有限元计算了增材制造多晶微结构的宏观力学响应, 并得到表征疲劳裂纹萌生驱动力的疲劳指示参数(FIP); 最后, 采用极值概率理论分析了增材制造多晶微结构的FIP极值分布规律及疲劳分散性. 以316L不锈钢选区激光熔化增材制造为例的计算结果表明: 增材制造微结构的宏观屈服强度随激光扫描速度的增加而降低, 且呈各向异性; FIP极值符合Gumbel极值分布规律, 激光扫描速度增加可降低增材制造微结构疲劳分散性, 但会导致FIP极值升高, 使得疲劳裂纹萌生驱动力增加, 疲劳寿命降低.      

2021-12期目录

本文综述结构冲击动力学的国内外研究进展,在时间区间上聚焦于2010—2020这十来年发表的文献,同时提及在此之前的奠基性工作。在内容上,首先着眼于结构冲击动力学的基本科学问题,如概念、模型和工具,它们源于和用于结构在爆炸与冲击下的塑性动力响应、失效和重复受载等;也介绍典型薄壁结构件的动力行为,以及运动的物体和结构物对固壁的撞击和反弹。注意到近十多年来由于轻质材料（如多胞材料、3D打印的超材料等）和以它们为芯层的轻质结构的大量涌现,以及对生物材料和仿生结构的极大兴趣,对这些材料和结构的冲击动力学行为的研究构成了本文的后半部分。最后指出,在多尺度框架下以更全面的视角研究材料-结构-性能的内在规律,已成为推动冲击动力学继续发展的一个强大的新趋势。     

触变/非触变水凝胶的傅里叶变换流变学研究

通过傅里叶变换流变学(FTR)方法,考察了2种屈服应力流体(触变性凝胶和非触变性凝胶)在不同频率大振幅振荡剪切流场(LAOS)下的非线性流变行为.研究发现2种凝胶不同的内部结构对LAOS下的非线性行为和屈服转变行为有显著的影响.对于非触变性凝胶,其非线性强度随应力的增大呈连续变化的趋势,并且转变过程体现了微结构单元形变、松弛以及相对滑移与振荡频率的耦合关系;而对于触变性凝胶,其非线性强度随应力增加呈现非单调变化,表明了固液转变过程是通过多次的局部结构破坏发生的.     

Depinning Dynamics of Fluid Monolayer on a Quenched Substrate

Langevin simulations are preformed on the depinning dynamics of fluid monolayer on a quenched substrate. With increase in the strength of the substrate, we find for the first time a crossover from elastic crystal to smectic flows as well as a crossover from smectic to plastic flows above the depinning. A power-law scaling relationship can be derived between the drift velocity and the driving force for both the elastic crystal and smectic flows, but fails to be obtained for the plastic flow. The power-law exponents are found to be no larger than 1 for the elastic crystal flow and larger than 1 for the smeetic flow. The critical driving force and the averaged intensity of Bragg peaks remain invariant basically in the regime of smectic flow. A sudden increase in the critical driving force is observed within the crossover from the smeetic to plastic flows, and the averaged intensity of Bragg peaks shows sudden decreases within the crossovers both from the elastic crystal to smectic flows and from the smectic to plastic flows. The results are helpful for understanding the slip dynamics of fluids on a molecular level.     

固体力学跨尺度计算若干问题研究

本文展示了固体力学领域跨尺度计算的若干问题和研究概况。（1）建立位错动力学与有限元耦合DDD-FEM的计算模型,实现了能够基于纳米尺度离散位错运动机制计算分析连续介质有限变形晶体塑性问题,提出微纳尺度（200 nm~10 μm）晶体塑性流动应力解析公式,结合试验数据揭示了在无应变梯度下强度和变形的尺寸效应;（2）建立具有微相分离结构的纳米尺度粗粒化分子动力学模型CG-MD,计算获得聚脲材料在时域和频域下的存储模量和损耗模量,通过动态加载分析的DMA试验和超声波试验的数据验证,解决了连续介质尺度下微相分离高分子共聚物的设计难题;（3）通过数据驱动关联高分辨率的微米尺度CT影像和临床低分辨率的毫米尺度CT影像的特征值,建立了围关节松质骨小梁的等效模量和结构张量,为骨组织增材制造点阵结构设计和实现个性化骨缺损重建奠定了基础。     

电沉积镍涂层钢板拉延成形过程分析

对高性能电池壳用电沉积镍涂层钢板的拉延成形过程进行了研究．提出了涂层薄板拉延成型的力学模型，并运用Levy—Mises增量理论、平衡微分方程和修正的Tresca屈服条件得到了凸缘变形区和凹模圆角区的应力．将计算所得的冲头压力和有限元模拟的结果进行了比较，并进行了试验．结果表明这种分析方法是可以接受的．分析结果对高性能电池壳的拉延生产以及这种涂层的制备与工艺具有参考价值．     

ZrO2相变多晶体塑性变形局部化行为的宏观—细观实验研究

本文首次综合运用高密度光栅、形貌仪以及激光Raman微探针技术对ZrO₂相变多晶体陶瓷材料的应力协助相变塑性行为进行了宏观—细观实验研究,发现了室温下材料受单轴拉伸和单轴压缩均匀应力以及受三点弯曲载荷时的塑性变形局部化行为,实验结果表明:相变塑性变形局部化以体膨胀剪切带的形式发生,宏观的变形局部化对应着微观上马氏体相变的局部化,这为进一步深入研究相变塑性局部化和相变塑性本构关系提供了重要的实验依据。     

《晶体生长的物理基础》

闵乃本同志著的《晶体生长的物理基础》一书最近(1982年5月)由上海科学技术出版社出版,全书约41万字.这本书首先是为从事晶体生长的工作者写的,侧重基础、比较系统.     

一个新的岩土塑性屈服准则及应用

本文就岩土类材料中广泛应用的莫尔-库仑(Morh-Coulomb)准则,在π平面上提出了一种与之等面积的圆屈服准则,对于常用的十多种理想塑性屈服准则写为广义冯·米赛斯(Von Mises)准则形式,使之程序编制简单,计算工作量大大简化.实际计算表明,等面积圆屈服准则可获得与莫尔-库仑准则相同的计算精度.     

有限变形计算中的体积不可压缩问题

在金属材料塑性成形的数值模拟中 ,由于变形通常很大 ,有限变形理论被广泛采用。但由于有限变形下 ,塑性本构理论的研究相对欠缺 ,还未建立起较为公认的理论。塑性体积不可压缩是公认的结果 ,但在有限变形下如何描述体积不可压缩则必须为人们所关注。本文重点讨论了这一问题 ,认为必须完全抛弃以εii=0作为体积不可压缩条件 ,否则不仅将会给计算带来很大误差 ,而且还会导致计算不收敛