梯度密度黏弹性材料的波传播研究

梯度密度黏弹性材料中波的传播比较复杂。为了研究其在冲击载荷作用下黏弹性响应特征,基于控制方程的Euler形式,利用Laplace变换,得到了这种材料中的波传播规律的一个理论公式;并据此分析了双层周期性黏弹性介质中的应力情况。选择具有梯度密度特性的钛-硼化钛（Ti-TiB₂）材料和碳纤维树脂材料,采用不同的叠合方向和方式,利用分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,SHPB）加载装置进行了动态冲击实验,并用三波法对得到的实验结果进行处理。同时,采用数值Laplace逆变换方法,结合SHPB测得的入射波与透射波数据,使用推导的理论公式计算出理论解,并与实验结果进行了比较。结果表明:（1）梯度钛-硼化钛材料由于内界面和叠层界面的存在,表现出一定的黏性特性;单层Ti-TiB₂材料的计算结果和三波法分析得到的结果基本一致,双层Ti-TiB₂材料叠合后的计算结果与三波法分析结果存在一定的差异。（2）双层碳纤维树脂材料表现出较强的黏弹性特征,应力波的衰减幅度较大,三波法分析结果与该材料的冲击性能有较大的差异。由此可知,无论是细微观结构特征产生的黏性,还是材料本身的黏性,对材料动力学行为的影响都不可忽略。。     

Ab initio study on the anisotropy of mechanical behavior and deformation mechanism for boron carbide

The mechanical properties and deformation mechanisms of boron carbide under a-axis and c-axis uniaxial compression are investigated by ab initio calculations based on the density functional theory.Strong anisotropy is observed.Under a-axis and c-axis compression,the maximum stresses are 89.0 GPa and 172.2 GPa respectively.Under a-axis compression,the destruction of icosahedra results in the unrecoverable deformation,while under c-axis compression,the main deformation mechanism is the formation of new bonds between the boron atoms in the three-atom chains and the equatorial boron atoms in the neighboring icosahedra.     

单轴压缩下Ti3B4的力学、电学性能及变形机制的第一性原理研究

Ti3B4作为一种重要的钛硼化合物,被广泛应用于工业生产和国防军事中.但是有关Ti3B4在外载荷下的变形行为却鲜有报道,这在很大程度上限制了它的应用.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了Ti3B4在不同方向单轴压缩下的力学行为、电子结构以及变形机制.结果表明,在不同方向单轴压缩下,Ti3B4的变形行为表现出很强的各向异性.a轴压缩下,层内Ti-Ti键减弱使Ti3B4承载能力降低,最终层间Ti-Ti键和沿b轴B-B键断裂造成压缩应力突降;b轴压缩下,层内Ti-B键减弱和层间Ti-B键增强导致Ti3B4承载能力逐渐降低,B-B键断裂导致结构破坏;c轴压缩下,层内Ti-B键断裂和层间Ti-B键形成使结构稳定性降低.由态密度分布可知,在单轴压缩下,变形后的Ti3B4仍然呈现金属性,但是其共价性能降低.通过讨论Ti3B4在不同方向单轴压缩下的力学行为与微观变形机制可以为改善其宏观性能提供一定的理论指导.     

c-BN对于SPS烧结Si3N4/BN复相陶瓷结构和性能的影响

本研究通过引入立方氮化硼(c-BN),采用放电等离子烧结(SPS)制备Si3N4/BN复合材料,研究了c-BN在高温下的相变对Si3N4/BN复合材料烧结、结构和力学性能的影响.结果 表明:在高温下c-BN发生物相转变原位生成的h-BN能够均匀分散在Si3N4基体中,对于Si3N4/BN复合材料的烧结有明显的促进作用,同时对于Si3N4物相转变和晶粒生长的抑制作用小于直接引入到基体中的h-BN.对材料力学性能的分析显示:相较于直接引入h-BN,添加c-BN的复合材料硬度有轻微地下降,而抗弯强度和断裂韧性同时有了明显地提升.     

Mo-ZrC梯度金属陶瓷的冲击响应行为

分层梯度材料特定的梯度变化能有效增强材料性能。为研究梯度结构、冲击方向对分层梯度材料冲击响应的影响,利用分离式霍普金森压杆结合高速摄影技术对Mo-ZrC分层梯度金属陶瓷进行了动态压缩实验,基于数字图像相关技术讨论了梯度结构、冲击方向对金属陶瓷材料破坏模式的影响,利用Mori-Tanaka理论计算得到金属陶瓷等效性质,结合应力波理论研究波在分层梯度复合材料中的传播规律。结果表明：(1)相同加载条件下,梯度结构对材料的强度、韧性和破坏产物的完整性具有重要影响,在冲击过程中,样品响应可以分为压紧阶段、裂纹成核发展阶段和贯穿阶段,对于不同梯度结构和冲击方向,样品在加载过程中呈现出不同的破坏时序和失效模式;(2)利用数字图像相关方法跟踪分层梯度陶瓷的局部变形发展,分析发现局部增量达到临界状态后,局部变形发展转化为微裂纹的形成和累积,最终导致整体性破碎失效;(3)通过分层梯度材料一维应力波传播理论推导得到,改变冲击梯度方向对应力波透反射系数存在一定影响,不同梯度结构设计对改变冲击梯度方向敏感性不同,且存在极值情况。