含能材料装药的损伤及力学性能研究进展

研究含能材料的损伤和力学性能对于指导含能材料配方和结构件设计,以及对含能材料进行安全性评估和寿命预测等都具有重要的意义.损伤一方面使含能材料的力学性能劣化,另一方面还影响含能材料的感度、燃烧甚至爆炸性能.本文对含能材料损伤和力学性能的研究现状进行了综述和归纳.对含能材料损伤的产生、实验模拟、主要损伤模式,损伤对含能材料的感度和燃烧性能等的影响,炸药单相材料的性质,影响含能材料力学性能的因素以及损伤本构关系等进行了介绍.对其中的一些关键问题和热点问题进行了分析,并对今后需要开展的工作发表了一些看法.      

中空纳米微球填充复合材料的有效力学性能

中空纳米微球可作为复合材料填充体使用. 与相同粒径下的实心纳米颗粒相比,中空纳米微球密度更低,存在表/界面应力效应的面积更大,由此导致的不同力学行为值得人们关注和研究. 目的是研究表/界面应力对中空纳米微球填充复合材料力学行为的影响. 首先,基于广义自洽原理,利用考虑表/界面应力影响的四相球模型导出了中空纳米微球填充复合材料在单向载荷作用下的弹性场,获得了纳米复合材料有效弹性模量的闭合形式解. 然后,分析了纳米复合材料存在的尺度相关性. 算例结果表明,有效弹性常数和环向应力与经典解答不同, 取决于表/界面性能、纳米中空微球粒径和壁厚. 该结论对于中空纳米微球复合材料具有指导意义.      

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．     

含能微球敏化乳化炸药水下爆炸能量输出特性研究

将内部含有烷烃的含能微球引入乳化基质,得到一种新型乳化炸药。采用水下爆炸实验探究微球质量分数对乳化炸药水下爆炸性能的影响,得到含能微球质量分数为0.2%～7%的乳化炸药水下爆炸冲击波压力-时程曲线。依据压力结果,通过公式计算和分析得到炸药的水下冲击波峰值压力、比气泡能、比冲击波能以及比爆炸能等水下爆炸参数。实验结果表明:含能微球质量分数0.2%的乳化炸药的峰值压力最大,并且随着微球质量分数增大而下降;乳化炸药的比气泡能随着含能微球质量分数的增大先上升再下降,微球质量分数为4%的比气泡能最大;乳化炸药的爆速、比冲击波能以及比爆炸能均随着含能微球质量分数的增大而下降。     

纳米压痕法研究PZT压电薄膜的力学性能

PZT压电薄膜的力学性能如弹性模量、硬度等对于MEMS器件的结构设计、结构响应特性、服役性能等尤为重要。薄膜材料由于尺寸效应、表面效应等的作用，力学性能与宏观块体材料有显著差异。本文用纳米压痕法获得了PZT压电薄膜的弹性模量和硬度，考察了基底的影响，分析了退火时间对于其力学性能的影响，以及硬度和压入深度之间的压痕尺度效应。     

纳米压痕法确定金属间化合物力学性能的研究

利用 SMT 全自动回流焊机和高温恒温试验箱制备出经2次回流焊时效处理20天的Sn-0.7Cu/Cu 焊点试件;采用纳米压入法对其焊点金属间化合物力学性能进行了测试,根据Oliver-Pharr算法,利用接触刚度连续测量技术得到了该化合物（IMC）的杨氏模量及硬度,其硬度为6.43GPa,明显大于同种工况下Cu（2.29GPa）和Sn-0.7Cu（0.32GPa）的硬度;与此同时利用有限元分析软件 ANSYS 对纳米压入过程进行了反分析,结果表明：与理想弹塑性模型相比,线性强化弹塑性模型能够更准确地描述IMC层的力学本构关系,其初始屈服应力0σ和切线模量EΤ分别为0.90GPa和14.5GPa。     

基于纳米压痕试验的混凝土微观耐久性表征

利用纳米压痕和扫描电镜研究了不同冻融循环下混凝土的微观性能,揭示了冻融循环所导致混凝土退化的机理．纳米压痕结果显示,混凝土浆体的压痕模量与硬度的相关系数很大,并且都不满足正态分布．本文利用核密度估计来计算浆体微观性能的概率密度函数．根据浆体和骨料的性能差异,用阶跃函数来拟合界面过渡区的微观力学性能,同时利用扫描电镜观察界面过渡区的形貌．采用以上两种方法研究不同冻融循环下的混凝土,发现在不同的尺度下,冻融循环对混凝土的影响不同：在纳米尺度下,由于水的参与,高密度水凝胶会进一步形成;而在微米尺度下,由于冻融循环中水结冰膨胀和材料多相性,微裂纹进一步扩展,导致断裂能量降低,混凝土表现出宏观退化．     

含能材料在低温条件下冲击压缩力学性能的实验研究

采用自制的含能材料动态变温压缩实验装置，在低温环境下，对国产复合炸药Ｃｏｍｐ．Ｂ和单质炸药ＴＮＴ进行了动静态压缩实验，测试了压缩模量、压缩强度等材料性能参数。实验结果表明:在低温条件下，Ｃｏｍｐ，Ｂ和ＴＮＴ材料具有明显的应变率效应和温度效应，复合炸药Ｃｏｍｐ．Ｂ的压缩模量和压缩强度都高于ＴＮＴ炸药，Ｃｏｍｐ．Ｂ对温度效应更为敏感。还讨论了惯性效应对动态实验波形的影响，通过引入柔度系数，使测试波形趋于光滑。所介绍的实验方法为研究含能材料在低温条件下的冲击压缩性能，提供了一套较完整的技术和手段。     

纳米硬度技术的发展和应用

近二十年来,主要用于检测材料表面微米和亚微米尺度力学性质的纳米硬度技术发展迅速.首先,概述硬度的定义、分类及其适用范围.然后,系统地总结纳米硬度技术的发展,重点介绍纳米压痕硬度的测量原理及其影响因素,连续刚度测量原理,高分辨率的载荷位移测量原理,几种常用压头的几何形状,试样表面的准备和确定,相关的测试方法,仪器校准和显微观察等问题.通过压痕实验可获得硬度、弹性模量、断裂韧性、存储模量和损耗模量、蠕变应力指数等.最后,简要介绍纳米划痕硬度测量技术的发展和应用.      

电镀铜薄膜力学性能的实验研究

电子器件中大量使用铜膜作为电信号通道,而且一般采用电镀工艺制成.铜膜的力学性能参数对于其热疲劳可靠性的研究非常重要.目前有关该材料的力学性能研究尚不充分,而且数据极为不统一.本文借助于纳米压痕法、声发射等实验手段对电镀铜薄膜的静态力学性能(包括弹性模量和屈服强度等)及疲劳性能进行了测试.结果发现,与大块铜材料相比,电镀铜薄膜的弹性模量低很多,但屈服强度与大块铜材料相当,甚至高出200％.同时,本文采用弯曲疲劳实验,以电阻变化为失效判据,对镀铜材料的疲劳性能进行了测试,获取了该材料不同失效判据下的疲劳寿命预测模型的系数.     

高能材料动态力学性能的研究

采用自制的高能材料动静态变温三轴、单轴压缩试验装置、在熔点以下温度,以及在中等应变速率（２～４／ｓ）和准静态（３１０￣（－３）／ｓ）条件下测试了ＴＮＴ材料三轴、单轴压缩力学性能参数。试验结果表明,ＴＮＴ材料具有明显的应变率相关和热软化效应。在单轴压缩条件下,ＴＮＴ材料是脆性破坏,断裂强度小于屈服极限;在三轴压缩条件下,试件有较大的塑性变形。根据试验结果拟合了ＴＮＴ材料随着加载速率和环境温度变化的本构关系,分析表明该本构关系可以很好地描述材料的应变率、温度效应。     

细胞结构的力学模型及模拟的最新进展

细胞是构成各种生命体组织和器官最重要的基本单元.向上,它构成各种生命体的组织和器官;向下,它本身又由各种不同的大小分子组成.因此,细胞构成了生命体从宏观到微观链条中极为重要的一环.细胞的结构有什么力学意义,力对细胞的影响究竟是作为一种纯粹的力还是某种信号一直是各国科学家探寻和争论的热点.本文简述了当前主要的细胞结构的力学模型,它们的优缺点以及更合理的模型所应满足的条件和有关最新进展,展示了这一领域目前研究的最新成就.      

低密度开孔泡沫材料力学模型的理论研究进展

开孔泡沫材料主要用于隔音、减振和填充方面，对其力学行为进行理论描述，探讨力学性能与密度及复杂微结构的关系具有十分重要的学术价值和工程意义．为了促进国内泡沫材料力学的发展和交流，文中对低密度开孔泡沫材料力学模型的研究历史进行了简要回顾，重点介绍了能较好地反映开孔泡沫材料真实胞体结构特点的十四面体胞体模型和随机胞体模型，并报道了近年来基于十四面体胞体模型和随机胞体模型研究低密度开孔泡沫材料力学行为的一些理论工作、同时，也对国内的一些相关研究情况进行了简要评述，指出了该领域今后的一些研究方向．     

石墨烯辐照损伤及力学性能研究

石墨烯的加工和掺杂是其工程应用和性能开发的重要手段,离子辐照技术是实现上述目的的有效途径.利用分子动力学方法建立了硅离子辐照石墨烯和辐照后拉伸的数值模型.考虑辐照剂量、辐照能量和辐照角度这3个主要影响因素,研究了不同辐照条件下石墨烯的缺陷类型和数量,并分析了在辐照剂量影响下的拉伸破坏.结果表明:当辐照能量较小时,入射粒子会吸附在石墨烯表面.随着辐照能量的增大,入射粒子会穿透石墨烯而形成缺陷,当辐照能量到达一定值时,再无吸附原子.随着辐照剂量的增加,溅射原子和缺陷数目均增多,且缺陷类型以空位缺陷为主,其拉伸力学性能随着缺陷数量的增加而减小,二者近似成线性关系.辐照后石墨烯的拉伸破坏机理与完美石墨烯的有所不同,应力强化阶段明显缩短,缺陷带决定其起裂位置和断裂走向.      

聚丙烯酸酯改性水泥注浆材料力学性能与微观结构研究

注浆材料的力学性能对注浆加固效果至关重要。为探究聚丙烯酸酯乳液改性水泥浆液是否可以作为一种修复破碎岩体的注浆材料,文章开展了不同配比的单轴抗压强度试验,并与实际工程中应用过的注浆材料进行了对比测试,最后对几种注浆材料的微观结构进行了表征。结果表明,聚丙烯酸酯乳液改性水泥浆液结石体和注浆加固体具有突出的单轴抗压强度和韧性,这与聚丙烯酸酯乳液可以改善结石体孔隙结构,以及使浆液与岩体之间紧密胶结有关。

     

硝基甲烷中爆轰波绕射的实验研究和数值模拟

叙述了对硝基甲烷中拐角分别为６０、９０、１２０三种情形的爆轰波绕射现象进行的实验研究。实验上观测到爆轰波绕过９０、１２０拐角时有未反应的死区,而且拐角增大时死区变大,绕射爆轰波可以近似地按爆心在拐角顶点附近变化的散心爆轰波看待。从数值模拟和理论分析得出,爆轰波绕射时硝基甲烷的化学反应不同于正常爆轰,拐角顶点附近各处反应速率不同,出现部分反应区和未反应区。     

SIMULATIONS OF MECHANICAL BEHAVIOR OF POLYCRYSTALLINE COPPER WITH NANO-TWINS

Mechanical behavior and microstructure evolution of polycrystalline copper with nano-twins were investigated in the present work by finite element simulations. The fracture of grain boundaries are described by a cohesive interface constitutive model based on the strain gradient plasticity theory. A systematic study of the strength and ductility for different grain sizes and twin lamellae distributions is performed. The results show that the material strength and ductility strongly depend on the grain size and the distribution of twin lamellae microstructures in the polycrystalline copper.     

人眼晶状体调节机制和力学

晶状体是人眼屈光系统的核心,其视觉调节过程由睫状肌、悬韧带和晶状体共同实现:通过睫状肌牵引悬韧带运动,引起晶状体变形(变凸或扁平),从而改变眼睛的屈光力,使得眼睛聚光的焦点准确地落在视网膜上,最终产生视觉.晶状体的视觉调节从本质上说是一个力学问题,调节过程的实现与视觉质量紧密相关;同时调节机制也是最常见的眼部老化退行性疾病——老视的核心问题.本文介绍了晶状体调节的各种理论假说及其发展,并概述了晶状体的力学性能.