非晶态固体的结构可以决定性能吗?

晶态固体的力学性能与塑性变形主要由结构缺陷,比如位错的运动决定.而在非晶态固体中结构如何决定性能,仍然是固体力学、材料学和凝聚态物理学共同关心但尚未解决的核心问题之一.传统材料学研究的经典范式为"结构决定性能".遵循这一信条,已经有大量的实验表征与理论、模拟研究,尝试将非晶态固体的某种结构特征与性能建立一一对应关系.但是,科学界对于非晶固体结构-性能关系成立与否,以及背后隐藏的规律知之甚少.本文针对非晶态固体的变形机制以及其微结构特征,基于分子动力学模拟,定量评估短程简单结构与中长程复杂结构在决定非晶态固体动力学性能方面的效用.通过海量抽样每种具体玻璃结构的激活能(标识激发难易程度),尝试将结构参数与激活能建立定量关系,从而揭示出非晶态固体结构-性能关系的隐藏主控因素为结构的空间关联,受限比几何结构本身更关键.只有某种结构在空间上呈现亚纳米级的空间关联长度,这种完备结构才有可能有效地决定非晶态固体的力学性能,而短程简单结构则无效.进一步,给出了评价非晶态固体结构预测性能有效性的普适定量方法,为建立广义无序物质的结构-性能关系提供了筛选准则.     

INFLUENCE OF SHAMPOO ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF HUMAN HAIRS1)

头发的弹性和抵抗意外拉断的能力是人们非常关注的指标。为了迎合这一需求,有些厂商推出了具有所谓“强韧”发质功效的洗发水,但其实并不清楚是否真能使头发变“强韧”。为此,针对市场上常见的一种标称具有“强韧”功效的洗发水,通过拉伸力学实验对头发洗护前后的力学性能进行了对比研究。结果表明,用洗发水处理后的头发,屈服应力下降,意味着头发更容易过早进入塑性变形;抗拉强度、最大应变减小,意味着头发抵抗外力拉断的能力下降;杨氏模量下降,说明头发抵抗弹性变形的能力变差。综上,所研究的洗发水对“强韧”发质没有帮助。 关键词: 头发,洗发水,力学性能,强度,韧性     

关于非均匀系统局部平均压力张量的推导及对均匀流体的分析

由维里定理导出的适用于均匀系统的平衡态压力张量表达式可以分成两部分:动压力张量和位形压力张量.人们进而对平衡的非均匀系统进行物理分析得到了局部平均压力张量表达式.本文用更为简洁的方法推导出这一表达式.给出以原子直径为长度单位的局部平均尺寸L~* 8条件下均匀流体系统平均位形压力中的三部分贡献项(体贡献项、面贡献项和线贡献项)与L~*的理论关系式(含有待定参数);以氩原子气体为例,在温度180 K、原子数密度0.8下,对原子间采用林纳德-琼斯势进行了分子动力学模拟,给出了0.4≤L~*≤17条件下三项贡献及总位形压力的模拟曲线,确定了L~* 8条件下理论关系式中的待定系数,并得到在L~* 2时,随着L~*的增大,体贡献项从正压单调下降并趋于负的总位形压力,面贡献项和线贡献项都单调上升并趋于零,但线贡献项趋向零最快.从物理上解释了小尺寸L~*下各项行为的复杂特点.得出L~*足够大,才可以忽略面贡献项和线贡献项,而在纳米尺度下,忽略面贡献项和线贡献项,也就是忽略边界效应会给计算带来明显的误差.最后通过分子动力学模拟得出位形压力随着温度的升高而升高.这些结论对于压力张量的分子动力学模拟计算时选项的最优化是有意义的.     

氮化钛沉积膜的摩擦性能研究

采用等离子电弧沉积法在9Crl8钢表面制备了厚约0．5μm的TiN薄膜，通过显微硬度测试以及纳米压痕和纳米划痕试验，对比考察了9Crl8钢及其表面T|N薄膜的机械和摩擦性能．结果表明，9Crl8钢及其表面T．N沉积膜的纳米硬度分别为8GPa和38GPa，弹性模量分别为250GPa和580GPa，9Crl8、TiN和有机薄膜的摩擦系数分别为0．40、0．12和0．10；TiN沉积膜可显著提高基体钢的承载和耐磨能力．     

粘性可压混合层时间稳定性对称紧致差分求解

基于可压扰动方程组的一阶改型 ,将高精度对称紧致格式引入边值法数值线性稳定性分析。对所获非线性离散特征值问题给出了一个通用形式二阶迭代局部算法 ,实现了时间模式和空间模式的统一求解 ,并将扰动特征值及其特征函数同时得到。据此分析了可压平面自由混合层时间稳定性 ,涉及二维 /三维扰动波、粘性 /无粘扰动波、第一 /第二模态、特征函数、伪特征值谱等。研究表明 ,压缩性效应和粘性效应对最不稳定扰动波数和增长率呈相似的减抑作用 ;在 Mc=1附近 ,从高波数段开始 ,粘性效应可强化二维不稳定扰动波由第一模态向第二模态的过渡     

纳米压痕过程的三维有限元数值试验研究

采用有限元方法模拟了纳米压痕仪的加、卸载过程，三维有限元模型考虑了纳米压痕仪的标准Berkovich压头．介绍了有限元模型的几何参数、边界条件、材料特性与加载方式，讨论了摩擦、滑动机制、试件模型的大小对计算结果的影响，进行了计算结果与标准试样实验结果的比较，证实了模拟的可靠性．在此基础上，重点研究了压头尖端曲率半径对纳米压痕实验数据的影响．对比分析了尖端曲率半径r＝0与r＝100nm两种压头的材料压痕载荷—位移曲线．结果表明，当压头尖端曲率半径r≠0时，基于经典的均匀连续介质力学本构理论、传统的实验手段与数据处理方法，压痕硬度值会随着压痕深度的减小而升高．     

高速高粘度液体射流的穿甲效果

为了研究射流粘度对穿甲的影响,用火药炮实验装置产生了速度为1.5～2.0km/s的甘油射流,用曝光时间为180ns的可视化系统对高速甘油射流进行了流场显示。用甘油射流和水射流对4mm厚青铜板及3mm厚钢板进行了穿甲实验,验证了液体的粘弹性增加了射流的穿甲效果。实验还发现甘油的穿甲效果对甘油的体积分数有着依存关系,当体积分数为90%时效果最佳。     

“微／纳系统国际会议（ICMNS2002）”简介

由中国力学学会、中科院力学所非线性力学国家重点实验室(LNM)、香港中文大学和香港科技大学联合主办的“微／纳系统国际会议(ICMNS2002)”于2002年8月ll－14日在云南昆明万恰酒店隆重举行。     

四边固定载流矩形薄板的磁弹性稳定性分析

本文针对四边固定载流矩形薄板,利用Mathieu方程解的稳定性,研究其在电磁场与机械荷载共同作用下的磁弹性稳定性问题。首先在载流薄板的磁弹性非线性运动方程、物理方程、几何方程、洛仑兹力表达式及电动力学方程的基础上,导出了载流薄板在电磁场与机械荷载共同作用下的磁弹性动力稳定方程,然后应用Galer-kin方法将稳定方程整理为Mathieu方程的标准形式,并将薄板的动力稳定性问题归结为对Mathieu方程的求解。利用Mathieu方程的稳定解区域与非稳定解区域的分界,即方程系数λ和η的本征值关系,得出了磁弹性问题失稳临界状态的判别方程。通过具体算例,给出了四边固定载流矩形薄板的磁弹性动力失稳临界状态与相关参量之间的关系曲线,并对计算结果及其变化规律进行了分析讨论。     

地震预报的新途径--加卸载响应比理论

从力学角度看,地震的孕育过程实质上是孕震区介质的损伤演化过程,这个过程主要是一个力学过程．但解决与地震预测有关的力学问题与工程中的力学问题有许多不同之处．通常力学问题的解决需要知道其本构关系、边界条件、初始条件以及某些力学量的变化历史(如流变)．但是在地震孕育过程中它们却是未知的或不完全知道的．人们知道的只是地壳中某些物理量的变化．由此提出了加卸载响应比作为一种地震预测的新途径,并简述了加卸载响应比的基本概念、实际应用及一些最新结果．