铝合金蚀坑损伤参量评述

将蚀坑损伤参量分成4 类:尺寸、形状、统计和试验参数,回顾了蚀坑深度、投影面积、长宽比、矩形比、表面腐蚀率、分形维数、预腐蚀系数等影响剩余寿命的主要损伤参量,总结了蚀坑等效成初始裂纹的方法.     

混凝土化学-力学耦合作用的非局部损伤模型

提出了混凝土化学损伤和力学损伤的耦合模型.用损伤变量表示的本构关系模拟混凝土力学性能.分析了化学侵蚀下混凝土损伤发展过程.研究表明,应力软化造成混凝土局部损伤是结构失效的根源.局部化学损伤出现的时候,平衡微分方程不能满足.为了解决这个问题,采用了非局部损伤模型.试验和有限元计算结果表明,混凝土化学-力学耦合作用的非局部损伤模型能够较好地描述受化学侵蚀与荷载共同作用的损伤状态.     

断裂损伤与细观力学

本文从力学发展的角度,对断裂力学、损伤力学与细观力学的主要内容及其发展,作了简要的介绍和评述.指出:固体力学与其它学科的交缘汇合,并深入到细观结构的层次进行研究,这一研究发展的势头已是很明显的了.细观力学、损伤力学与断裂力学构成了从细观尺度直至宏观尺度以描述材料与结构的破坏过程的破环理论的主要内容.它使得作为固体材料的力学的基本内容之一的破坏理论,面临一个新的发展阶段.     

复合材料刚度性能表征的协同损伤力学模型

针对复合材料层合板的弥散型损伤,提出一个刚度性能表征的协同损伤力学模型. 该模型兼顾了微观物理损伤响应和宏观材料刚度性能表征. 从微观角度,建立细观RVE 模型求解裂纹表面张开位移和滑开位移,以此定义损伤张量,并在宏观上通过对材料应变和损伤表面位移进行均匀化处理,建立单向板或层合板的损伤刚度矩阵和损伤张量之间的联系. 以基体裂纹为例,详细分析并建立了横向裂纹和纵向裂纹的损伤本构. 计算了[±θ/90₄]_S 铺层层合板中基体横向裂纹对刚度性能的影响,结果表明该方法能够准确地预测复合材料层合板由损伤导致的刚度性能衰减.      

海工混凝土环境损伤力学研究进展

海工混凝土结构的安全性与耐久性是值得力学学科关注的重要问题。钢筋混凝土是由素混凝土基体和加强钢筋组成的复合材料。在海水中的氯离子腐蚀下钢筋会发生锈蚀,而在海洋环境的各种化学因素和物理因素作用下会导致素混凝土基体中的微裂纹成核与长大。腐蚀损伤会导致氯离子扩散系数增加,钢筋锈蚀加速,最终导致混凝土结构的安全性与耐久性降低。海工混凝土的损伤由化学因素和物理因素所诱发,化学因素包括碳化和侵蚀性离子（氯离子、硫酸根离子和镁离子）的攻击,而物理因素包括温度、湿度、波浪冲蚀和紫外辐射等。本文介绍了海工混凝土环境损伤力学的研究进展,首先讨论了环境损伤的诱发机理,然后介绍了环境损伤力学的理论模型,包括钢筋坑蚀的概率模型、硫酸盐腐蚀下混凝土损伤演化的模型和断裂韧性演化模型、波浪冲蚀模型等。腐蚀损伤对氯离子扩散的耦合作用也进行了评述,强调了如果不考虑腐蚀损伤的影响,关于氯离子在混凝土中扩散的分析结果有可能是错误的。最后,提出了几个未来需要解决的重要问题。

     

基于损伤力学的复杂航空构件疲劳寿命预估

为提高复杂航空构件疲劳寿命的分析精度,降低对试验的依赖程度,本文基于考虑局部应力状态的损伤力学理论,利用USDFLD子程序将损伤控制方程嵌入ABAQUS中,对航空挡块结构的疲劳寿命进行了预估仿真试验,实现了评估复杂构件裂纹萌生寿命的损伤力学-有限元分析方法,并与名义应力法的分析结果进行了对比。发现对于本次试验的预估,损伤力学法和名义应力法计算寿命与试验平均寿命的相对误差分别为6.9%和20%。因此,对于复杂结构形式,损伤力学法具有更高的精度,可以大大减少疲劳试验数量。     

基于Gurson损伤力学模型的糜棱岩成因有限元分析

应用孔洞损伤的Gurson模型,建立糜棱岩原岩细观孔洞损伤体胞单元,提出糜棱岩成因的损伤力学观点,统一解释糜棱岩成因研究中一些独特的地质现象.对一种具体原岩———花岗岩的细观孔洞损伤体胞单元作了有限元计算分析,并根据计算结果讨论了各种应力对糜棱化过程的影响.     

泡沫铝合金动态力学性能实验研究

利用分离式霍布金森压杆(SHPB)实验技术和MTS材料实验机对两组不同孔径、不同密度的开孔泡沫铝合金进行了准静态和动态压缩实验研究。实验结果表明：泡沫铝合金的静态和动态变形过程均具有泡沫材料变形的三个阶段特征。开孔泡沫铝合金的变形是均匀变化过程,并不出现局部的变形带。与相对密度对力学性能的影响相比,孔径大小的影响可以忽略不计。在考察的应变率范围内,屈服应力对应变率并不很敏感。     

水岩化学作用对黑色页岩的化学损伤及力学劣化试验研究

为模拟黑色页岩化学风化中酸性水-页岩化学作用过程,本文对其进行氧化条件下的不同pH值H2SO4溶液的非平衡流动态腐蚀性试验,获得了黑色页岩化学腐蚀前后矿物变化、相对质量损失、次生孔隙率、纵波波速变化及微观结构特征的变化。通过单轴压缩试验,获得黑色页岩在不同浸泡时段的变形和强度特性规律,探讨了酸性水对黑色页岩化学作用的化学损伤和力学劣化的腐蚀效应及机制。研究表明,页岩试件在化学腐蚀后,易溶性矿物成分减小,黏土矿物增加,同时矿物胶结变得松散,矿物边缘变得模糊;页岩试件的相对质量损失与次生孔隙率随pH值减小和浸泡时间的增长而增大,而纵波波速则减小;其力学特性有从脆性破坏向延性破坏转化的趋势,单轴抗压强度和弹性模量有随pH值减小和浸泡时间的增长而减小的趋势。基于次生孔隙率,构建化学损伤变量来描述试件化学-力学损伤演化过程。分析酸性水-页岩化学作用的机理主要为:溶解作用、氧化作用、水解作用及离子交换吸附作用。     

复合材料损伤—破坏机制与模型

本文首先综述了纤维复合材料损伤与断裂机制,然后概要介绍用经典力学方法和连续损伤力学方法建立的损伤-破坏分析模型。     

腐蚀损伤模型研究进展

腐蚀会导致材料表面附近产生机械损伤,降低材料强度.腐蚀损伤演化过程的理解和模拟,对工程结构的剩余服役寿命预测、可靠性分析、以及材料耐腐蚀设计等至关重要.现有的腐蚀数学模型大多旨在描述单个或少数几个腐蚀点的界面演化过程.这些模型通常都基于扩散理论和电化学动力学定律,用于预测腐蚀点的几何形状演化和溶液中离子的浓度分布演化.论文简述了腐蚀的电化学动力学基础,为力学工作者参与腐蚀损伤研究提供了简要的背景知识介绍.对目前发展比较完善的点腐蚀模型进行了总结分类.重点介绍了近十年来几种主要的新型腐蚀模拟方法:元胞自动机法、相场模型和近场动力学模型.并分析了各方法的优缺点.提出了电偶腐蚀和应力腐蚀开裂模型分析中亟待解决的一些问题.最后,论文总结了腐蚀模拟在实际工程应用中的难点,展望了未来研究发展方向.     

7055铝合金在3.5%NaCl溶液中腐蚀磨损性能的研究

本文中研究了不同固溶处理后7055铝合金在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀行为,在3.5%NaCl溶液下进行了静态腐蚀试验及腐蚀磨损试验,并通过扫描电子显微镜对磨痕形貌进行分析.结果表明:固溶处理后试样的耐腐蚀性能均有不同程度的提高,其中以双级固溶处理试样的耐腐蚀性能最好.在动极化、开路电位以及阴极保护和阳极加速腐蚀试验中,固溶处理后材料自腐蚀电位正移,腐蚀电流密度减小,耐腐蚀磨损性能提高.在不同加载电位下,腐蚀电流密度和磨损率随着电位的增加而增大,在-1.2 V时摩擦系数最小.同时随着电位的升高,腐蚀作用促进了合金的磨损.在较低电位时,合金的腐蚀磨损机制主要是磨粒磨损;而较高电位下,合金的腐蚀磨损机制主要是黏着磨损和腐蚀磨损.     

极化作用对6082铝合金在3.5%NaCl溶液中微动腐蚀行为的影响

采用高精度多功能微动磨损试验机(MFC-01),结合电化学和摩擦性能测试以及扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析等,研究了极化作用对6082铝合金在3.5%NaCl溶液中微动腐蚀行为的影响. 结果表明:材料在阳极电位极化下,表面更易发生滑动,滑移区扩展,混合区和部分滑移区范围收窄;微动摩擦系数则随极化电位正移逐渐减小、在自腐蚀电位达到最小值、之后回升,阴极电位下摩擦系数大于阳极电位下的数值. 在阴极极化和自腐蚀电位极化下,微动加速了磨损区域的腐蚀,使得腐蚀电流密度增加;而在阳极极化下,微动减弱了磨损区域的腐蚀、腐蚀电流减少. 材料的整体损失速率随着外加电位的正移而增大. 在阴极极化和自腐蚀电位极化下,材料的磨损机制主要表现为剥层机制和磨粒磨损,磨损区域腐蚀产物主要为Al₂O₃;在阳极极化下,以腐蚀磨损和磨粒磨损为主要特征,磨损区域腐蚀产物主要为Al₂O₃、Al(OH)₃和AlCl₃.      

7075铝合金扭转复合微动磨损研究

基于低速往复回转系统,通过改变回转系统旋转轴的倾斜角α,成功实现了球/平面接触状态下扭动微动和转动微动的复合,并研究了7075铝合金/GCr15钢球在倾斜角10°和40°及不同角位移幅值下的扭转复合微动行为.在动力学分析基础上,结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDX)、表面轮廓仪等手段分析了扭转复合微动运行行为及损伤机理.结果表明:7075铝合金的扭转复合微动的运行和损伤行为强烈依赖于倾斜角和角位移幅值;随着倾斜角的增加,扭动微动分量减少,转动微动分量增加,复合微动的混合区和滑移区向小角位移方向移动,损伤形貌的非对称性增加,同时磨损机制从剥层和氧化磨损逐渐转变为磨粒磨损和氧化磨损.     

腐蚀与缺口对LY11铝合金疲劳极限影响的试验研究与分析

以飞机螺旋桨叶常用材料ＬＹ１１ＣＺ铝合金锻件的材料试件、腐蚀试件和缺口试件的疲劳极限实验结果为依据,研究了腐蚀与缺口对疲劳极限的影响,给出腐蚀试件和缺口试件疲劳极限的关系,并建立起一种只用材料疲劳极限来确定严重腐蚀情况对应的疲劳极限分布的方法,以适应螺旋桨叶等按无限寿命准则设计的构件评估腐蚀后疲劳可靠性的工程需求．     

Modeling Damage Induced Initiation of Explosives

Sandia National Laboratories developed the DaMaGe Initiated Reaction (DMGIR) model to numerically predict weakly supported shock waves that generate an initiation at energy levels below the shock-to-detonation transition (SDT) of an explosive. The DMGIR model couples the strain energy fluence contribution from damage to the initiation process. It does not attempt to include all possible specific initiation mechanisms at the mesoscale, but instead looks at cumulative damage incurred in the explosive through experimental calibration of a small number of material constants. Both shock pressure (hydrostatic) and shear stress (deviatoric) are accounted for in the summation. The model was designed to be robust and relatively simple to calibrate. The DMGIR model is implemented into the Sandia National Laboratories’ CTH shock wave and large deformation code. The model runs concurrently with the existing History Variable Reactive Burn (HVRB) model currently used for shock initiation.     

7075铝合金扭转微动疲劳行为研究

在基于多轴疲劳试验机上自主设计的扭转微动疲劳装置上,对7075铝合金材料进行了扭转微动疲劳试验,讨论了相同法向载荷下不同扭转切应力对扭转微动疲劳寿命的影响,建立了7075铝合金扭转微动疲劳S-N曲线,并采用SEM,EDS,EPMA等分析方法对扭转微动疲劳的损伤区域进行了分析,建立了扭转微动疲劳混合区接触表面损伤和裂纹萌生及扩展的物理模型,揭示了7075铝合金扭转微动疲劳的损伤机理.试验结果表明:微动作用导致疲劳寿命大大降低;扭转微动疲劳S-N曲线呈"ε"型曲线特征;损伤区靠加载端位置氧化严重,氧化程度随着循环次数增加而增加;微动疲劳的裂纹萌生于次表面,接触区中心两侧主裂纹扩展交叉后垂直于接触表面扩展至试样断裂.     

An Examination of Anisotropic Void Evolution in Aluminum Alloy 7075

This paper investigates the anisotropy of void evolution and its relation with ductility in the high strength rolled aluminum alloy 7075-T7351. Smooth tension specimens are extracted from three principal material orientations, i.e. rolling (R), transverse (T), and short transverse (S). The mechanical behavior of these specimens is characterized and the varying ductility in the three orientations is clearly observed. Electron Backscattered Diffraction (EBSD), optical microscopy, and Scanning Electron Microscopy (SEM) are employed to characterize the grain structure and the size, location, and chemical composition of the intermetallic particles. In-situ X-ray Tomography (XCT) experiments are performed to obtain tomographic images of the specimens at critical loading steps. The radiographs acquired during the tensile test are then reconstructed and examined through quantitative analysis to partition particles and voids. These tomographic images enable us to visualize void evolution as the specimens are loaded along material orientations. The tomographic images clearly illustrate anisotropy in the void evolution and highlight the importance of local coalescence in developing 1D and 2D void structures prior to global coalescence. Fractography confirms tomography. These findings motivate model forms with appropriate internal variables to adequately describe the dominant mechanisms which govern anisotropic void evolution.     

Evaluation of Early Fatigue Signatures in Lightweight Aluminum Alloy 7075

Experimental Mechanics - The current work investigates early material changes that manifest in aluminum alloy 7075 subjected to fatigue loading. Tension-tension specimens linearly tapered in width...     

碳化硅颗粒增强铝合金复合材料在不同条件下的磨损行为

动载磨损是工程应用的一种常见现象，然而已有的试验研究大都是以平稳加方式进行的，这样得到的磨损规律显然与实际工况下的不符。因此，利用滑动磨损和喷砂冲员两种不同的试验方法，对ＳｉＣ颗粒增强２０２４Ａｌ复合材料的磨损行为进行了试验研究。