利用球形压头研究聚碳酸酯的微米划痕性能

采用100Cr6球形压头系统研究了法向载荷、划痕速度和划痕次数对聚碳酸酯划痕性能的影响. 结果表明:在单次和第15次划痕中,法向载荷增加时,摩擦系数和压入深度增加;划痕速度增加时,摩擦系数先增加后减小,压入深度减小;法向载荷增加或划痕速度减小时,残余深度增加,弹性恢复率减小. 对于多程单向滑动磨损,随着划痕次数增加,划痕宽度线性增加,划痕硬度线性减小;摩擦系数、压入深度和残余深度均呈增加趋势,但增长的速率逐渐降低,一定次数后达到稳定;压入深度和残余深度达到稳定时的划痕次数随法向载荷的增加而减小. 第15次划痕中,随着法向载荷增加,划痕宽度增加,残余划痕硬度和几何划痕硬度变化趋势相反;划痕宽度随划痕速度的增加而减小,划痕硬度随划痕速度的增加而增加,最后均趋于稳定.      

利用圆锥压头微米划痕测试材料断裂韧性

利用Rockwell C金刚石压头对铜、聚碳酸酯、熔融石英和钠钙硅玻璃4种材料进行了微米划痕测试,这是国内首次利用划痕方法测量材料的断裂韧性. 研究表明:在划痕深度较浅时,必须要考虑压头顶端的球体区域,考虑和未考虑压头顶端球体区域时的压头形函数差别较大;考虑压头顶端的球体区域后,采用线弹性断裂力学(LEFM)模型评估断裂韧性的结果和能量尺寸效应(SEL)模型的计算结果接近,与单边切口梁(SENB)法、山形切口梁(CNB)法或压痕断裂(IF)法评估的断裂韧性相吻合,而未考虑压头顶端球体区域时计算断裂韧性的结果偏大;采用SEL模型评估断裂韧性时,按照投影接触面积等效的压头半顶角评估的断裂韧性相对按照周长等效的压头半顶角评估的断裂韧性误差更小,与LEFM模型的评估结果更接近.      

恒定大载荷划痕试验下紫铜的三维形貌及划痕硬度分析

采用圆锥形压头对紫铜进行划痕试验,并通过三维表面形貌仪获取划痕的三维形貌,研究正压力的变化对划痕沟槽所产生的影响. 结果表明:正压力的增大,使得划痕宽度和深度均线性增加,当正压力较大时,位错墙的形成使划痕深度出现周期性的波动,同时压头划刻过程伴有划痕两侧和前端的材料堆积现象,前端堆积高度和厚度、两侧堆积高度和宽度随着正压力的增加而线性增大. 通过“切削与塑性比”说明了压头对紫铜的刻划存在微犁耕和微切削两种变形机制,并且微切削机制在划刻过程中占主导地位. 磨损率随着载荷增加而线性增大,但划痕硬度不随载荷的变化而改变,约为0.77 GPa.      

压头形状对高分子材料压痕和刮擦行为影响的实验研究

针对聚丙烯PP和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA,本文开展了系统的压痕与刮擦实验,研究了压头形状对高分子材料压痕与刮擦过程中变形和失效的影响,探讨了高分子材料压痕和刮擦响应的应力集中敏感性.压痕实验结果表明:不同压头形状下,PP压入硬度均随栽荷增加而小幅减小;而不同压头下PMMA的压入硬度变化不大.两种材料维氏压头压入硬度均小...     

测试基准倾斜对辨识加速度计数学模型精度的影响

建立了考虑测试基准倾斜时加速度计的数学模型。用初始安装误差角辨识理论及算法，在一定范围内消除或减弱了测试基准倾斜对加速度计数学模型辨识精度的影响。该方法可以降低对测试设备地基和调平装置精度的要求，降低其测试和标定成本，提高测试工作效率。     

水分对猪牙表面硬度和摩擦系数的影响

本文采用猪牙为研究对象,通过干燥和浸泡处理来控制猪牙釉质中的水分含量,利用维氏硬度仪和纳米压痕/划痕仪,研究了水分对离体生物硬组织力学性能和摩擦学特性的影响.结果表明:水含量能引起猪牙釉质表层硬度和摩擦系数的恢复性变化.猪牙表层硬度会随着水分的减少而升高,在水分再次增加后回落.猪牙表面摩擦系数随着水分的减少而降低,在水分再次增加后回升.     

降雨和蒸发对非饱和土土压力的影响

为了探讨降雨和蒸发所引起的渗流对非饱和土土压力的影响,本文将基质吸力与渗流的关系式引入到基于统一强度理论的非饱和土抗剪强度公式中,得到了降雨和蒸发条件下考虑中主应力影响的非饱和土抗剪强度公式;结合土体的极限平衡理论,推导出了受降雨和蒸发影响的主动土压力、被动土压力、静止土压力系数公式;最后通过数值算例进行了分析。结果表明:在降雨和蒸发条件下,非饱和土主动土压力最小值为-145kPa,被动土压力最小值为139kPa;而常规方法计算的主动土压力最小值为-13.85kPa,被动土压力最小值为41.57kPa;在降雨和蒸发条件下,非饱和土主动土压力小于饱和土主动土压力,而被动土压力则相反;在非饱和土中,降雨和蒸发所引起的渗流使得静止土压力系数随着与地下水位距离的增加而减小,在地表附近将会达到-1;而在饱和土中,本算例中各计算点的静止土压力系数总是常数(K0=0.5)。     

纳米和微米TiO2对聚四氟蜡/聚氨酯复合涂层摩擦磨损性能的影响

制备出纳米和微米TiO2改性聚四氟蜡/聚氨酯复合涂层,采用傅立叶红外光谱仪分析其结构,在MHK-500型摩擦磨损试验机上考察复合涂层的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜和光学显微镜观察分析复合涂层的磨损表面和偶件转移膜的分布情况.结果表明:纳米和微米TiO2可以增加聚四氟蜡/聚氨酯复合涂层的摩擦系数;5%纳米TiO2提高了聚四氟蜡/聚氨酯复合涂层的耐磨性;而添加微米TiO2则降低了聚四氟蜡/聚氨酯复合涂层的耐磨性能;同时,载荷和速度对纳米TiO2改性聚四氟蜡/聚氨酯复合涂层的摩擦磨损性能有很大影响,在低载荷、中速条件下复合涂层具有较好的耐磨性能.     

雷诺应力对平均和脉动压力影响的数值模拟

采用增加雷诺应力边界条件方法考察了雷诺应力对流场的影响。当雷诺应力边界条件存在时,流场内平均和脉动压力的变化体现了雷诺应力的影响。本文首先在没有雷诺应力边界条件和有雷诺应力边界条件的情况下得到TTU低矮建筑标准模型表面的平均压力系数,结果表明:考虑雷诺应力可使建筑物表面的平均压力系数的绝对值增大。本文还利用Selvam提出的脉动压力系数数学模型,计算了TTU模型表面的脉动压力系数,并对计算结果进行了分析。     

The Effect of Edge Compliance on the Contact between a Spherical Indenter and a High-Aspect-Ratio Rectangular Fin

In the last two decades, significant progress has been made on developing new nanoscale mechanical property measurement techniques including instrumented indentation and atomic force microscopy based techniques. The changes in the tip-sample contact mechanics during measurements uniquely modify the displacement and force sensed by a measurement sensor and much effort is dedicated to correctly retrieve the sample mechanical properties from the measured signal. It turns out that in many cases, for the sake of simplicity, a simple contact mechanics model is adopted by overlooking the complexity of the actual contact geometry. In this work, a newly developed matrix formulation is used to solve the stress and strain equations for samples with edge geometries. Such sample geometries are often encountered in today’s nanoscale integrated electronics in the form of high-aspect-ratio fins with widths in the range of tens of nanometers. In the matrix formulation, the fin geometries can be easily modeled as adjacent overlapped half-spaces and the contact problem can be solved by a numerical implementation of the conjugate gradient method. This method is very versatile in terms of contact geometry and contact interaction, either non-adhesive or adhesive. The discussion will incorporate a few model examples that are relevant for the nanoscale mechanics investigated by intermittent contact resonance AFM (ICR-AFM) on low-k dielectric fins of high-aspect-ratio. In such ICR-AFM measurements, distinct dependence of the contact stiffness was observed as a function of the applied force and distance from the edges of the fins. These dependences were correctly predicted by the model and used to retrieve the mechanical changes undergone by fins during fabrication and processing.     

珠形爆炸容器水压试验应力测试及分析

设计压力12MPa的球形爆炸容器内径1m,壁厚2.5×10-2m,在3,6,9,12,15和0MPa的水压试验条件下,对其外表面具有代表性的20个测点进行了应力测试.并用三维ANSYS有限元编码对12和15MPa两种工况进行了应力分析,分析结果与测试结果基本吻合,这表明爆炸容器在整个试验压力范围是处于线弹性状态,容器的强度设计是合理的.     

Modeling of Sliding of a Smooth Indenter over a Viscoelastic Layer Coupled with a Rigid Base

The article deals with constant-speed sliding of a smooth indenter along the boundary of a viscoelastic layer coupled with a rigid half-space. The problem is investigated in a quasistatic statement by constructing a solution for the case of a load sliding, distributed inside of a rectangular element, which allows using the boundary element method and an iterative procedure. The effect of sliding velocity and layer thickness on the contact pressure distribution and the deformation component of the frictional force is studied.     

集中载荷作用下变厚度开顶扁球壳的非线性稳定问题

首先应用逐步加载法将具有硬中心的开顶扁球壳在集中载荷作用下的非线性微分方程组线性化，然后利用样条配点法解线性微分方程组，得到了临界载荷的大小。     

MoSx掺杂DLC薄膜的摩擦磨损行为Ⅰ:载荷的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积与非平衡磁控溅射复合技术制备了MoSx掺杂的DLC薄膜(a-C:H:Mo:S),在QG-700摩擦试验机上考察了其在不同载荷下的摩擦磨损行为.通过对摩擦表面的扫描电镜(SEM)观察及能谱(EDS)分析,简单探讨了其摩擦磨损机理.结果表明:随着载荷的增加,a-C:H:Mo:S/Si3N4体系的摩擦系数及磨损率均呈先降后升的趋势,在高速下尤为明显.初步分析认为该现象与摩擦热效应导致的接触层结构转化相关.     

Determination of the Fracture Toughness of Glasses via Scratch Tests with a Vickers Indenter

Fracture toughness is an important index in safety evaluation for materials and structures.Its convenient and accurate characterization has attracted extensive ...     

基于静载试验钢桁梁悬索桥承载能力评估分析

早期修建的小跨径钢桁梁悬索桥大部分已接近设计年限,正确评估其承载能力是桥梁维修、加固和技术改造的基本依据.本文首先简单介绍了桥梁承载能力评估的静载试验方法.同时结合城南大桥的实例,分析了现有桥梁结构存在的主要病害及产生的原因.在充分考虑分析现场检测资料和原有设计荷载等级的基础上,建立了考虑结构损伤的有限元模型,制定了静载试验的加载方案.通过试验结果与修正后有限元模型结果的比较,评估了桥梁结构现有承载能力状况,并针对该桥提出了恢复承载能力的加固措施和建议.