3D打印贝壳仿生复合材料的拉伸力学行为

采用硬质和软质双组分材料,通过调控两种基体材料的装配夹角,采用光固化3D打印技术制备了不同装配方式的仿贝壳珍珠层复合材料,开展了准静态拉伸实验,结合扫描电镜观察,分析了其拉伸力学性能、断裂及能量耗散机理。研究结果表明,保持胞元边长不变,随着面内装配角度增加,仿贝壳珍珠层复合材料的强度呈线性增加趋势,断裂应变呈线性减小的趋势;随着面外装配角度增大,断裂应变呈线性减小趋势,而强度在面外装配角小于45°时呈增强趋势,超过45°时趋于稳定;面外装配角度为45°时,材料的强度达到最大值。试样在断裂前主要通过硬质材料的拔出、软/硬相界面处微裂纹的生成及微裂纹在扩展过程中的合并和偏转等方式耗散能量。     

形状记忆合金椭圆孔口问题的有限单元法

基于Lagoudas形状记忆合金(SMA)三维本构模型,假设材料为各向同性,推导了SMA平面应力状态的增量型本构方程,继而编写了ABAQUS用户自定义材料(UMAT)子程序,研究了在双向拉伸情况下,外载荷、温度、椭圆孔口长短轴之比对超弹性SMA椭圆孔口板中应力诱发马氏体相变区的影响。数值结果表明:应力诱发马氏体相变首先发生在椭圆孔口长轴端点部位,在外加载荷作用下逐渐扩展到板内,并由内向外形成马氏体相区、相变混合区和奥氏体相区;SMA板内应力诱发马氏体完全相变区面积与施加外载荷成正相关,与温度成负相关;随着椭圆孔口长短轴之比增大,SMA板内应力诱发马氏体完全相变区面积呈现出先减小后增大的趋势;拉应力差值相同时,相较于拉应力沿椭圆孔口长轴方向较大的情况,当拉应力沿椭圆孔口短轴方向较大时,SMA板内完全相变区面积较大,椭圆孔口周边应力集中现象更明显。     

FeCoCrCuNi高熵合金裂纹及孔洞结构力学与微观构象演化机理的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学方法研究了FeCoCrCuNi高熵合金裂纹及孔洞模型结构在不同轴向拉伸应变速率下的力学与微观结构演化机理. 结果表明：应变速率越高FeCoCrCuNi裂纹结构对应更高的过冲应变和过冲应力，其主要原因是高拉伸速率会导致高强度的BCC结构及孪晶结构的生成，而BCC结构及孪晶结构的产生进而会抑制应力的下降，通过应力-应变曲线，可知FeCoCrCuNi裂纹模型在轴向应力作用下表现为塑性形变. 对于不同尺寸的孔洞FeCoCrCuNi裂纹模型的应力模拟与结构分析，可以得出：孔洞尺寸越大, FeCoCrCuNi裂纹结构对应的过冲应变和过冲应力越小，其主要原因是大尺寸的孔洞造成孔洞之间产生裂纹的，进而会影响这个材料的屈服应变和屈服强度.     

锆基非晶合金的动态弛豫机制和高温流变行为

非晶合金的动态弛豫机制对于理解其塑性变形,玻璃转变行为,扩散机制以及晶化行为都至关重要.非晶合金的力学性能与动态弛豫机制的本征关联是该领域当前重要科学问题之一.本文借助于动态力学分析(DMA),探索了Zr_(50)Cu_(40)Al_(10)块体非晶合金从室温到过冷液相区宽温度范围内的动态力学行为.通过单轴拉伸实验,研究了玻璃转变温度附近的高温流变行为.基于准点缺陷理论(quasi-point defects theory),对两种力学行为的适用性以及宏观力学行为变化过程中微观结构的演化规律进行描述.研究结果表明,准点缺陷理论可以很好地描述非晶合金损耗模量α弛豫的主曲线.基于非晶合金的内耗行为,玻璃转变温度以下原子运动的激活能U_β为0.63 eV.与准点缺陷浓度对应的关联因子χ在玻璃转变温度以下约为0.38,而在玻璃转变温度以上则线性增大.Zr_(50)Cu_(40)Al_(10)块体非晶合金在玻璃转变温度附近,随温度和应变速率的不同而在拉伸实验中显示出均匀的或不均匀的流变行为.非晶合金的高温流变行为不仅可以通过扩展指数函数和自由体积理论来描述,还可以通过基于微剪切畴(shear micro-domains, SMDs)的准点缺陷理论来描述.     

嵌段共聚物相容剂对聚合物共混体系力学性能影响的连续介观模拟

结合介观动力学方法和三维弹簧格子模型, 研究了嵌段共聚物相容剂对相容性较差的聚合物二元共混体系力学性能的影响. 在适当范围内不断增加嵌段共聚物相容剂的用量, 研究了相容剂含量对体系杨氏模数及拉伸强度的影响, 同时也对不同体系材料的破碎位点进行了分析. 结果表明, 未加入相容剂的二元共混体系在拉伸模拟中表现出较低的拉伸强度, 而适量添加相容剂可以显著提升材料的拉伸强度, 随着相容剂含量的增加, 共混体系的破碎位点会发生转移并最终改善材料的整体性能. 而相容剂的加入对体系杨氏模数的影响较小. 该连续模拟方法为关联聚合物复合体系的微观结构和宏观力学性能提供了一条高效的途径.     

不同孪晶界密度银纳米线拉伸形变行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同孪晶界密度银纳米线的拉伸形变行为, 分析了孪晶界密度对多晶银纳米线屈服强度、弹性模量和塑性变形机理的影响. 在弹性形变区域, 孪晶界的存在对杨氏模量变化的作用不明显. 在塑性形变阶段, 首先从表面边缘开始产生位错成核, 然后延伸并受阻于孪晶界. 在进一步拉伸载荷作用下, 孪晶界将作为位错源产生新的位错. 模拟结果表明, 银纳米线的强度与孪晶界和晶粒的尺寸有关. 孪晶界密度较小(即晶粒的长径比大于1)时, 此纳米线的屈服应力比单晶纳米线还要小, 只有当孪晶界密度较大时(即晶粒的长径比小于1), 孪晶界使得纳米线得到强化. 综合分析了孪晶界和晶粒尺寸对银纳米线的影响, 为构建高强度金属纳米线打下基础. 最后讨论了温度和拉伸速度对孪晶纳米线屈服应力所产生的影响, 随着温度的升高, 孪晶纳米线与单晶纳米线的屈服应力差先升高后趋于稳定; 当拉伸速度逐渐增大, 孪晶纳米线与单晶纳米线的屈服应力差先稳定后增大.     

Al基反射膜的激光损伤阈值研究北大核心CSCD

为研究金属Al保护、单周期及双周期增强反射膜在5ns脉宽的532nm激光器下的激光损伤阈值(LIDT),采用Comsol软件进行仿真及分析,仿真过程引入SiO2和Ta2O5的拉伸强度(膜层断裂应力)作为阈值条件,得到三种膜系的损伤阈值分别为0.318J/cm^(2)、1.325J/cm^(2)和3.382J/cm^(2),通过搭建实验平台进行激光阈值测试,采用1-on-1模式,选取50%概率的激光损伤点作为损伤阈值,测得激光功率分别为0.288J/cm^(2)、1.232J/cm^(2)及3.152J/cm^(2),与仿真结果较为接近,说明采用拉伸强度分析的该类模型更符合实际损伤,为此类膜系在实际应用中阈值的预测提供了理论基础。     

拉伸到大核间距的分子离子谐波辐射谱上复杂干涉结构的物理起源

通过数值和解析的方法研究了拉伸到大核间距的分子离子的高次谐波辐射,重点研究了与短轨道贡献相关的谐波辐射谱的精细结构.研究结果表明,大核间距分子离子的短轨道谐波辐射谱呈现了复杂的干涉结构.通过利用一个考虑了电荷共振效应的强场近似模型,可以分辨这些复杂的干涉结构的物理起源:谐波辐射谱上一些干涉最小来源于电离过程中的两中心干涉效应,而另外一些干涉最小来源于再结合过程中的两中心干涉效应,电离干涉最小与再结合干涉最小交替出现.与电离过程不同,再结合过程中,库仑加速会显著改变再结合电子的德布罗意波长,从而改变干涉最小的位置.     

高顺式-1,4-立构规整丁戊橡胶的合成与性能研究

采用非茂PNP型稀土钇催化剂1催化丁二烯和异戊二烯无规共聚合,制备出了异戊二烯摩尔含量为11%～53%,高顺式-1,4-立构规整的丁戊橡胶。通过~1H NMR、~(13)C NMR和GPC对所得共聚合的微观结构、立构规整性以及分子量及其分布进行了表征分析。采用密炼、开炼两步法将该系列丁戊橡胶与炭黑、各种助剂进行混炼和硫化成型。通过拉伸、阿克隆磨耗和动态热机械分析等实验,研究了异戊二烯含量、分子量大小等因素对丁戊橡胶硫化胶拉伸强度、撕裂强度、磨耗性能及其玻璃化转变温度和结晶性能的影响规律。     

微波调控石墨烯-碳纳米管协同增强聚氨酯损伤自修复研究

首先采用溶液共混法制备出石墨烯-碳纳米管(G-CNT)/聚氨酯(TPU)复合材料,然后通过拉伸实验及扫描电子显微镜(SEM)表征来考察该材料的拉伸强度和微波自修复特性,并从力学及材料与微波之间的相互作用等角度对其拉伸强度增强和微波修复机理进行研究.结果表明:在拉伸强度方面,与单一的石墨烯或CNT增强TPU相比,G-CNT之间形成的协同效应使TPU拉伸强度得到进一步提高,当石墨烯和CNT的质量比为3∶1时,G-CNT/TPU抗拉强度较纯TPU提高了67%,较G/TPU提高了18%,较CNT/TPU提高了25%;在材料裂纹的微波修复方面,石墨烯和CNT之间的协同效应使TPU材料自修复效果得到有效提高,当石墨烯和CNT的质量比为3∶1时,G-CNT/TPU修复效果达到最高值117%.