表面残余应力的仪器化压入检测方法研究进展

针对表面残余应力的仪器化压入检测方法, 阐释利用压入方式检测残余应力的基本原理及其力学机制, 梳理建立残余应力压入检测方法的常用技术路线, 结合残余应力压入检测方法的不同分类, 着重分析6种代表性压入检测方法的优势与局限, 讨论验证压入检测方法可靠性的常用方法, 最后总结残余应力压入检测方法的研究进展, 展望未来的发展趋势为建立无需参考试样一体化检测材料力学参数和非等轴残余应力的仪器化压入分析方法, 探讨建立方法的四个研究要领, 即机制清楚、分析可靠、技术可行、结果可信. 仪器化压入检测技术是郑哲敏先生晚年的研究兴趣之一, 作者在中科院力学所工作期间曾受到郑哲敏先生的热切关注和提问式激励, 谨以此文纪念郑哲敏先生逝世周年.      

增强六手臂缺失支柱手性拉胀超材料力学性能理论研究

前期研究工作中, 基于有限元分析, 作者发展了一种在大变形范围内具有可调恒定负泊松比的新型增强六手臂缺失支柱手性拉胀超材料. 为了揭示微观结构?力学性能关系, 并进一步指导超材料目标参数设计, 本文在小变形框架下基于能量法建立了表征该拉胀材料等效泊松比和弹性模量的理论模型. 增强六手臂缺失支柱手性拉胀材料由“Z”型手臂元件组成. “Z”型手臂可以被假设为两端简支的欧拉?伯努利梁. 因此, 本文首先推导了两端受集中力和力偶的任意形状欧拉?伯努利梁的应变能. 然后, 考虑平衡条件和变形协调条件进一步给出了材料等效泊松比和弹性模量的理论表达式. 研究表明只有“Z”型梁的内外手臂比为2:1时, 理论表达式才有简洁的形式. 为了更好地利用所推导的理论表达, 基于理论推导, 本文开发了MATLAT图形用户界面 (GUI). 在GUI中输入可描述该超材料几何形状的独立几何参数, 即可直接获取其等效泊松比和弹性模量. 最后, 基于理论结果, 系统讨论了超材料微结构几何参数对其等效力学性能的影响, 并将理论解与有限元计算结果进行了对比. 结果表明, 可以通过调控微结构几何参数获取大范围的目标力学性能.      

基于FDM-DEM耦合的冲击损伤大理岩静态断裂力学特征研究

为探究循环冲击损伤后大理岩的静态断裂力学特征,基于有限差分（finite difference method,FDM）-离散元（discrete element method,DEM）耦合的建模技术构建了三维分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,SHPB）数值模型,其中杆件系统和岩石试件分别采用FLAC3D和PFC3D程序建模。利用该模型对中心直切槽半圆盘（NSCB）试样进行了恒定子弹速度下的循环冲击,随后对受损试样进行静态三点弯曲断裂实验。通过编写Fish程序,提取试样断裂面数据,对断裂面进行重构并定量计算表面粗糙度。通过与相关室内实验结果的对比分析,验证了本文数值分析的合理性与可靠性。模拟结果表明,随着循环冲击次数的增加,试样内部微裂纹、破碎颗粒均增加。连接力场分布混乱,部分力链发生断裂。力链的变化是试样力学性能劣化的根本原因。在静态三点弯曲断裂实验中,冲击5次后试样的静态断裂韧度较天然试样产生一定程度的降低。试样在静载过程中产生的微裂纹和碎块的数量随循环冲击次数的增加而增加,断裂面粗糙度随循环冲击次数的增加而增加。     

Al/PTFE活性材料冲击载荷作用下响应特性研究

为了研究铝（Al）/聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene, PTFE）活性材料冲击载荷作用下响应特性,制备了具有反应活性的Al/PTFE块体材料,设计了拉氏实验,采用不同厚度的铝隔板控制入射冲击波幅值,利用锰铜压阻计测量了冲击波在材料中传播过程压力演化过程。同时,基于AUTODYN有限元软件,采用Lee-Tarver三项式点火模型对Al/PTFE活性材料拉氏实验进行数值模拟,并探讨了冲击波在500 mm长的Al/PTFE活性材料中长距离传播行为。研究结果表明,冲击波压力在Al/PTFE活性材料内短距离传播过程中存在明显的衰减,但是,当冲击波传播到远距离时,冲击波压力幅值和冲击波速度趋于稳定,分别为1.3 GPa和2 180 m/s;同时,距离铝隔板越远的材料,其反应度越低并最终趋于0.17。正是由于材料化学反应释能,导致了冲击波压力传播过程最终趋于稳定状态。     

火灾与撞击联合作用下钢管混凝土柱力学性能研究

为研究火灾高温与撞击联合作用下钢管混凝土柱的力学性能,基于ABAQUS建立了高温作用下考虑轴力影响的钢管混凝土柱侧向撞击有限元模型。首先,对高温与撞击联合作用下考虑轴力影响的钢管混凝土柱的破坏模式与受力全过程进行了分析,探讨了高温下钢管混凝土柱的抗撞性能与工作机理;其次,重点研究了受火时间、材料强度、含钢率以及撞击能量对抗撞性能的影响,并给出了相关设计建议。研究结果表明:高温与撞击联合作用下,钢管混凝土柱主要发生受弯破坏;受火15 min后,构件抗撞性能明显降低。轴压力对构件抗撞性能产生不利影响,轴压比从0增加到0.2,受火60 min构件抗撞性能下降了7.8%;混凝土强度对高温下钢管混凝土柱抗撞性能有显著影响,受火90 min后,混凝土强度由30 MPa增加到50 MPa,构件抗撞性能提高约85%;外钢管强度与含钢率对高温下抗撞性能影响不大。     

可调谐激光晶体GSGG∶Cr3+在低温下光谱压致移位的理论研究

采用单组态坐标模型,应用由对角化d3能量矩阵而获得的波函数,同时考虑了自旋-轨道相互作用和电-声子耦合,并定量计入了4T2与2T1各电子态对R线的影响以及局域压缩率和整体压缩率之间的差异,从微观的角度,研究了GSGG∶Cr3+低温下光谱结构的特点以及压力导致的R1线和4T2宽带的移位.理论计算的结果与实验符合较好,R线的常压位置及其分裂、R1线的压致移位及其"反转"现象和4T2宽带的压致移位都得到了合理的解释.     

传压介质对Bi2Ti4O11软模相变的影响

本文使用金刚石对顶砧装置,红宝石压标,采用背向散射的方法,分别测量了室温下Bi₂Ti₄O₁₁在不加传压介质,传压介质为凡士林油及体积比为16:3:1的甲醇、乙醇和水的混合溶液3种情况下的高压Raman光谱.实验结果表明:常压下频率为38cm^-1的谱线对传压介质的传压性能反应很敏感,随着静水压传压性能的提高,该谱线的强度、线宽、在相变压力点的频率值及它随压力的频移速率都出现了明显差异,其相变压力显著降低.本文初步讨论了发生在Bi₂Ti₄O₁₁中相变的机制.     

差压式BOD测定测定工业废水中BOD

探讨了利用差压式ＢＯＤ测定装置测定工业废水中ＢＯＤ时影响其准确度的几个因素，并提出了相应的改进方法。     

高压下LiF和NaF的结构稳定性及其电子和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论，采用全势线性缀加平面波加局域轨道方法，计算模拟了LiF高压下的相变行为，预测其在450GPa附近发生由NaCl结构(B1)到CsCl结构(B2)的结构相变.同时还计算了高压下LiF不同相的电学特性，LiF的复介电函数以及介电常数随压强变化关系.通过比较能带结构的变化行为，得出LiF在53GPa附近还存在等结构相变，即由直接带隙结构变为间接带隙结构.将LiF的计算结果与另外一个同构化合物NaF进行了比较讨论. 关键词： LiF 压致相变 从头计算