有机玻璃非线性应力松弛行为表征与本构模型

通过实验测定了有机玻璃(PMMA)在不同初始应变率和初始应变下的应力松弛曲线。分析了三种应变率(0.001s~(-1)、0.01s~(-1)和0.1s~(-1))下不同初始应变(5%、7%、10%和15%)的实验结果。结果表明:初始加载应变率会影响有机玻璃高分子链段的运动速度,进而对应力松弛行为产生影响;不同初始应变对应力松弛的影响,则体现为不同变形程度对PMMA高分子链运动速度的影响。将PMMA的应力松弛视为两个阶段即应力快速松弛段和应力缓慢松弛段,基于对这两个阶段的分析,提出了一个非线性应力松弛本构模型。对实验得到的应力松弛曲线采用上面提出的本构模型进行数值拟合,吻合结果良好。此外,还对模型中参数的影响因素进行了分析讨论。结果表明该本构模型可以用于描述PMMA的非线性应力松弛行为。     

撞击载荷下Nomex蜂窝夹芯梁的变形模式研究

本文研究了Nomex蜂窝夹芯结构在不同冲量下的变形模式和失效模式.实验采用子弹撞击的加载方式,对Nomex蜂窝夹芯梁施加大小不同的冲量,使用激光位移传感器测量每个试件后蒙皮的变形位移.分析了同芯层厚度,不同蒙皮厚度的Nomex蜂窝夹芯梁在不同冲量作用下抵抗变形的能力,以及冲量大小与蒙皮厚度对夹芯梁抵抗撞击能力的影响,计算分析了蒙皮与芯层的吸能性.实验结果表明:增加蒙皮的厚度能够改善夹芯梁在撞击荷载下抵抗变形的能力,在撞击过程中芯层吸收了50％左右的能量,且冲量越大,芯层吸收的能量越多.     

基于应变率阶跃测试的晶体铜压入应变率敏感性研究

纳米压入测试可以原位获取材料的诸多力学性能,包括弹性模量,硬度,屈服应力,应变率敏感指数等。本文利用应变率阶跃测试技术对多晶铜试样的应变率敏感性进行测试分析,硬度-位移曲线表明压头下方所存在的变形梯度对各阶跃应变率下的硬度值存在明显影响;采用基于晶体细观机制的塑性应变梯度理论对压入变形梯度效应予以修正,比较了修正与未修正数据所得的应变率敏感指数,在有效剔除压入变形梯度影响的基础上,应变率阶跃测试可实现单次压入下材料应变率敏感性的测试表征。     

无铅焊料合金压入蠕变性能参数表征研究

微互连焊点高温下的服役可靠性很大程度上决定了电子产品性能的优劣，本文通过微纳米压入法开展了典型无铅焊料合金Sn-3.0Ag-0.5Cu 的高温蠕变性能研究，采用“快速加载–保载–快速卸载”的测试方式获取不同温度下完备的蠕变行为，分析发现温度升高焊料软化加剧、蠕变变形更为明显；得到了焊料合金不同温度下的稳态蠕变应力指数n 与不同硬度下的蠕变激活能Q，分析了温度与硬度对二者的影响并给出激活能Q 与lnH之间的关系．     

航空用芳纶纸蜂窝各向异性行为研究

采用Arcan加载装置对航空用芳纶纸蜂窝试件进行一系列面外压剪复合加载实验,以此研究材料各向异性行为。实验结果表明:随着面内方向角增加,芳纶纸蜂窝面内等效剪切模量、等效剪切强度显著减小,实验屈服面显著扩张,材料表现出明显的各向异性。基于实验结果,确定了测试蜂窝面内等效剪切模量、等效剪切强度上下限值及其比值关系,并与理论值进行比较。一个适用于各向异性材料的屈服准则与实验屈服面进行比较,比较结果表明:屈服准则能大致描述蜂窝各向异性屈服行为。     

Ti、TiN、TiO2改性层的纳米力学性能测试与分析

采用等离子表面合金化技术,分别在316L不锈钢表面制备出渗Ti改性层、渗TiN改性层和TiO2改性层薄膜.使用连续刚度法,从截面方向和表面方向对改性层进行纳米压痕实验,研究改性层的纳米力学性能.实验测得材料在压痕过程中的载荷—位移曲线以及硬度和模量随压入深度的连续变化值.结果表明,改性层纳米力学特性表现为各向异性;TiN改性层的力学性能表现良好.TiO2改性层由渗Ti改性层经氧化制成,二者的弹性模量和硬度在截面方向上变化规律相似,在表面方向上数值相近.     

基于纳米压入法Sn-Ag-Cu无铅焊料高温力学性能的研究

无铅化和微型化已经成为电子封装的发展趋势,温度对无铅焊点的可靠性产生了不可忽视的影响。本文对Sn96.5Ag3Cu0.5无铅焊料进行回流处理,采用纳米压入法研究其在实际工况下的高温力学性能。结果表明,温度对焊料试样的力学性能影响显著。随着温度的升高,弹性模量和硬度逐渐降低,焊料发生软化;较高温度下的蠕变应力指数较小,焊料的蠕变抗力降低,其相应的蠕变激活能为76kJ/mol。由此可知,随温度的升高,焊料的蠕变机制由位错攀移逐渐转变为晶界滑移。     

pH响应型P(HEMA/MAA)纳米微凝胶分散液的凝胶化行为和流变性能

制备了在修复受损组织方面有应用潜能的纳米级聚(甲基丙烯酸羟乙酯/甲基丙烯酸) (P(HEMA/MAA))微凝胶; 采用试管倒转法对不同pH值和浓度的P(HEMA/MAA)微凝胶分散液的凝胶化相转变行为进行了研究; 借助椎板流变仪考察了低浓度和高浓度微凝胶分散液的流变性能, 并对pH触发物理凝胶化相转变机理进行了推测. 结果表明: 在生理pH值环境下, 一定浓度的P(HEMA/MAA)微凝胶分散液可以发生凝胶化相转变形成凝胶态, pH=7时, HEMA/MAA进料摩尔比为8/2的微凝胶分散液凝胶化后得到的凝胶力学性能最佳, 最大弹性模量(G')可达7.58×10³ Pa; P(HEMA/MAA)微凝胶颗粒在不同条件下具有不同的溶胀效果, 导致低浓度分散液的表观粘度发生相应的变化, 并由此推测出微凝胶颗粒的溶胀过程由外及内, 分为三个阶段; 高浓度微凝胶分散液发生凝胶化相转变主要是由颗粒间或颗粒与分散介质间形成的空间静电稳定作用和氢键共同作用引起的.     

复合应力下泡沫铝屈服行为实验研究

 采用ARCAN双轴加载装置和材料实验机（INSTRON 5544）,对相对密度为8.5%的闭孔泡沫铝（Alporas）进行了不同应变率下的双轴加载实验。在宏观等效应变率为7.0×10^-3~1.0×10^-1 s^-1范围内测得实验屈服面,并与泡沫金属的3种屈服准则进行了比较。比较结果表明：在主应力空间下,实验屈服面与Miller和Deshpande-Fleck屈服准则吻合较好,Gibson屈服准则过小估计了测试泡沫铝的实验屈服面;被测泡沫铝的实验屈服面在宏观等效应变率7.0×10^-3~1.0×10^-1 s^-1范围内对应变率不敏感。     

基于微纳米压入法提取无铅焊料合金弹塑性力学参数的研究

本文通过微纳米压入法结合数值模拟研究了无铅焊料合金SnAg3.5 的弹塑性力学性能，分别采用圆柱形压头及两种不同锥角压头对无铅焊料合金进行压入测试：基于圆柱形压头测试过程中接触面积恒定的特点得到了无铅焊料的弹性模量，进一步采用塑性应变梯度理论对两种锥角压头的测试结果予以修正并通过数值模拟反分析得到相应的特征应力值，同时基于压入特征塑性应变与压头锥角的关系式得到两种不同锥角压头下的特征应变值，在此基础上经求解方程组得到焊料合金的初始屈服应力与应变强化因子，进而得到了焊料合金的幂强化弹塑性本构关系．该方法剔除了压入尺度效应的影响并保证了所得本构关系的唯一性，给出了一种通过原位压入测试表征金属材料弹塑性力学性能的有效方法．