Tensile testing of polysilicon

Tensile specimens of polysilicon are deposited on a silicon wafer; one end remains affixed to the wafer and the other end has a relatively large paddle that can be gripped by an electrostatic probe. The overall length of the specimen is less than 2 mm, but the smooth tensile portion can be as small as 1.5×2m in cross section and 50m long. The specimen is pulled by a computer-controlled translation stage. Force is recorded with a 100-g load cell, whereas displacement is recorded with a capacitance-based transducer. Strain can be measured directly on wider specimens with laser-based interferometry from two small gold markers deposited on the smooth portion of the specimen. The strength of this linear and brittle material is measured with relative ease. Young's modulus measurement is more difficult; it can be determined from either the stress-strain curve, the record of force versus displacement or the comparison of the records of two specimens of different sizes. Specimens of different sizes—thicknesses of 1.5 or 3.5 m, widths from 2 to 50 m and lengths from 50 to 500 m—were tested. The average tensile strength of this polysilicon is 1.45±0.19 GPa (210 ±28 ksi) for the 27 specimens that could be broken with electrostatic gripping. The average Young's modulus from force displacement records of 43 specimens is 162±14 GPa (23.5 ±2.0×10³ ksi). This single value is misleading because the modulus values tend to increase with decreasing specimen width; that is not the case for the strength. The three methods for determining the modulus agree in general, although the scatter can be large.     

缝纫复合材料层合板面内拉伸强度研究

旨在研究由缝纫引起的材料弹性性质的变化并对缝纫复合材料层合板面内拉伸强度进行理论预测。认为缝纫引起的面内纤维偏转是缝纫影响复合材料面内力学性能的主要原因，引入最大纤维偏转角和变形区宽度两个结构参数，提出了描述材料非均匀性的纤维弯曲模型。采用多层次多尺度模拟的方法得到层合板非均匀的材料性质。通过二维有限元分析对单向拉伸载荷作用下的面内强度进行理论预测，得到与试验数据相吻合的结果，进而分析了缝纫密度对拉伸强度的影响。     

温度对灰砂岩物理特征及抗拉强度影响的试验研究

为研究温度对灰砂岩物理特征及抗拉强度的影响,利用对径压缩试验对经历不同温度的灰砂岩圆盘试件的力学特性进行分析,结合动态信号测试分析系统实时监测并记录试件中部侧向应变,采用非金属超声检测分析仪、SEM等手段对经历不同温度的灰砂岩纵波波速、微观结构等特征进行表征。试验结果表明:1高温导致灰砂岩质量与纵波波速分别降低了3.83%与50.03%,损伤程度逐渐增大,且在经历温度为600℃时发生突变;2灰砂岩抗拉强度随经历温度的升高而减小,近似服从负线性分布,峰值压缩变形量与峰值侧向应变均随经历温度的升高而增大,在经历温度为600℃时发生突变;3高温导致试件颜色由灰白色变为淡黄色,断面起伏度降低,裂隙数量与裂隙类型增加。上述研究成果可以为热作用下地下结构稳定性的研究提供参考。     

大理岩动态拉伸强度及弹性模量的SHPB实验研究

提出了获取脆性材料动态拉伸强度及弹性模量的实验步骤及相关记录数据的分析方法。利用直径为100mm的分离式Hopkinson压杆径向冲击巴西圆盘和平台巴西圆盘试样,测试了大理岩在高应变率加载下的动态力学性能。应力波加载下动态劈裂拉伸圆盘在试样中心产生了约45/s的拉伸应变率。分析了实验的有效性并考虑了试样两个端面应力波波形差异的影响以提高实验结果的精度。结果表明准静态下的公式可适用于动态劈裂拉伸实验;大理岩的动态拉伸强度及弹性模量比静态时有明显的增加。     

用广义胞元法研究弱界面复合材料偏轴拉伸强度

本文用广义胞元法结合应力集中系数模型,从细观、宏观力学结合的角度,预测了弱界面复合材料偏轴拉伸强度值.用广义胞元法/高精度广义胞元法计算复合材料开裂前和开裂后的应力场,引入基体应力集中系数以得到基体真实应力.在计算真实应力时根据宏观试验现象考量是否对界面开裂后的复合材料进行刚度衰减,最终形成4种方案计算出复合材料的偏轴拉伸强度.通过对比芳纶纤维和亚麻纤维两种弱界面复合材料的偏轴拉伸强度试验值,找到了最可靠的预报方案并具有良好的预报精度.     

金属拉伸试验方法的关键及其对策

本文首先指出金属拉伸试验方法的关键问题是试验时的应力速率及应变速率控制,首次提出应用传感器及计算机技术,以一只比例节流阀为控制器构成旁路节流式微机控制电液系统,具有压力和速度双重控制功能,在液压式万能材料试验机上获得良好的应力速率及应变速率控制的试验结果,为我国液压材料试验机功能扩展和开发新一代机型奠定基础,以适应２１世纪静强度检测的需要。     

骨料尺寸对混凝土层裂强度的影响

作为混凝土材料的主要组成部分,骨料对混凝土力学性能具有重要影响.但骨料尺寸对混凝土层裂强度的影响仍缺少研究.本文利用大直径Hopkinson杆对混凝土细长杆件进行层裂实验,通过放置在试件后方吸收杆上的波形测量混凝土层裂强度.对两种不同尺寸骨料的混凝土进行了不同冲击速度下的层裂实验研究.实验结果表明,在相同加载条件下,骨...     

常速度拉伸实验惯性效应的实验研究

本文统计了１５０根Ａ３低碳钢比例拉伸试件的断口位置，并测定了常速度拉伸（４００ｍｍ／ｍｉｎ，０．５ｍｍ／ｍｉｎ）时应变随时间和沿杆长的分布以及应力应变关系；发现７２％试件的断口靠近不动端内。同一时刻在设定速度为４００ｍｍ／ｍｉｎ时杆中最大工程应变差１８％．     

杆杆型冲击拉伸试验装置一维试验原理有效性的论证

本文对杆杆型冲击拉伸试验装置建立了简化的含有多个轴向和环向的物理和几何间断面的空间轴对称线弹性动力学系统模型，用二维有限差分法和自编的ＢＢＩＤ－Ⅱ程序进行数值分析，并提出双虚边界法来计算物理间断面上的位移。用多种方法，特别是通过将包含内部界面的非均质变截面二维轴对称圆杆的泊松比退化为零，然后求得其差分数值解，再将此差分数值解与一维等效简化变截面非均质圆杆的解比较的方法，对有限差分方法和有限差分程序ＢＢＩＤ－Ⅱ进行了较充分的考核。数值分析成功地模拟了弹性应力波作用下的冲击拉伸试验过程，在线弹性的框架内论证了杆杆型冲击拉伸试验装置的试验原理成立的基础和条件     

细胞自动机方法解小挠度薄板弯曲问题

固体力学中的细胞自动机方法是一种分析固体力学问题的新方法，它将结构的静平衡认为是在力和位移边界条件下，物体元胞间的自组织过程，它不需要象现有有限元那样形成整体刚度矩阵和求解整体平衡方程，对计算机容量要求低，可望成为分析大型结构的有效方法，且特别适宜于并行计算。为拓展其应用范围，本文将其应用于小挠度弹性薄板弯曲的静力计算以检验其可行性。文中给出了详细的计算步骤，以实际算例为基础，探讨了该方法的有效性，并对其优点和目前存在的问题进行了讨论。     

埋入式光纤传感器界面剪切强度实验

采用实验方法对光纤与基体间界面性能进行研究.用临界断裂长度法直接测定界面的剪切强度,由于光纤拉伸强度高于树脂基的拉伸强度,出现试验时基体破坏而光纤完整地从树脂基中拔脱的现象.用单丝拔出法测量光纤与基体之间界面剪切强度,试验结果表明,光纤单丝拔出时,总是出现光纤涂层在锚入端断裂,而纤芯从涂层中拔脱的现象,说明当光纤埋入复合材料中,涂层和基体材料结合为一体,光纤涂层与纤芯之间界面剪切强度最低.承载时,若光纤所受正应力超过σ_(max),会出现光纤涂层与纤芯之间界面脱离,产生裂纹,降低整体结构力学性能.     

水硬性石灰合成及拉破坏特性试验研究

水硬性石灰在欧洲石质文物修复和加固中获得了很大成功。我国的石质文物主要是砂岩,水硬性石灰的修复效果不好。为满足我国石质文物修复和加固的需求,本文以石灰石和黏土为原料,在950℃煅烧不同时间,制备出水硬性石,对试样的成分、微观形貌、收缩率、抗拉强度和拉破坏过程等进行了研究。结果表明:(1)试样中含有水硬性成分2CaO·SiO2(C2S);煅烧8h时,成分与欧洲水硬性石灰NHL5接近;1.5CaO·SiO2·xH2O(C-S-H)和CaCO3的含量随龄期的增加逐渐增加。(2)龄期1~3d,收缩率较小;龄期4~6d,收缩率以线性规律增加;7d以后,收缩率趋于稳定。(3)局部变形区随拉应力的增加而变大,邻近局部变形区逐渐合并,形成面积更大的应变局部化带;载荷超过峰值后,产生微裂隙;随载荷进一步增加,微裂隙扩展,贯穿整个试件,发展成宏观裂隙,使试件破坏。(4)抗拉强度随龄期的增加而增加,水硬性石灰中C-S-H、CaCO3等相互交织,构成空间致密体,使试件力学强度提高。合成的水硬性石灰物理力学性能与欧洲水硬性石灰NHL5相近,并且成分均匀、可控,在石质文物修复和加固工程中具有良好应用前景。     

结构强度在线分析的光电复合法

本文将电测方法与光弹性方法结合在一起,导出了应用读数应变εd就可以获取准静态情况下结构的载荷P,危险截面位置和最大应力峰值σmax(X0Y0Z0)的理论计算方法,从而为结构的在线强度评价提供一种实验分析方法,文中导出的εd-t,P-t,k-t及σ－t诸曲线谱的相关性理论,不仅揭示了εd与未知载荷P,无量纲应力系数K及应力σ之间的关系,更重要的是这种分析思想与计算机技术结合在一起,可以达到设备强度自动报敬警的作用,作为一个实例,作者应用本理论成功地解决了某钢厂热轧线上一个粗轧机机架在线的应力强度评价难题。     

钢纤维混凝土受拉性能实验方法研究

在分析国内外钢纤维混凝土受拉性能实验研究存在困难的基础上,提出了新的实验方法——钢纤维混凝土环状试件,在内油压作用下的受拉性能实验研究。通过实验装置的合理设计及正确的实验步骤,成功地测出了钢纤维混凝土环状受拉应力－ 应变全过程曲线,为深入研究钢纤维混凝土受拉性能提供参考依据。     

温度和应变率对拉伸载荷下高强铝合金本构关系影响的研究

介绍一种用于高温ＳＨＢ试验的新型快速加热电炉,可在一分钟左右将试件加热至５００℃,最高可加热至１０００℃,并且对金属材料和非金属材料均可加热,从而克服了目前使用的各种加热方法的局限性． 在２０℃～５００℃和０．００２０８～３５０ ｓ－ １的范围内研究了温度和应变率对拉伸载荷下高强铝合金本构关系的影响． 结果表明：（１）随着应变率的提高,该材料的强度提高,延伸率降低; （２）该材料的强度、延伸率及应变率均随温度的升高而降低; （３）该材料应变率敏感性随温度的升高而降低     

轮胎钢丝帘线拉伸力学性能的实验研究

对两种结构类型的钢丝帘线在单向拉伸和循环加载下的力学性能进行了实验研究。结果表明：帘线的结构形式对拉伸力学性能（包括摩擦能量损耗）有显著影响。不考虑载荷很小的情况时，普通结构帘线可近似为弹脆性材料，高伸长结构帘线却可以产生较大的塑性变形；循环载荷下，普通结构帘线几乎没有摩擦能量损耗，而高伸长结构帘线不仅有明显的摩擦能量损耗，而且随着循环应力幅值的增加，摩擦能量损耗呈加速增加的趋势；在循环应力幅值较大时高伸长结构帘线还出现了类似于高温下循环硬化金属材料的循环蠕变现象。文章还讨论了高伸长结构帘线由于塑性变形而引起循环蠕变现象的机理。     

应变率对SiC颗粒增强铝基复合材料拉伸性能的影响

本文利用岛津试验机和自行研制的冲击拉伸试验装置,对体积含量为10%的SiC颗粒增强铝基复合材料进行了准静态的拉伸试验、冲击拉伸试验和冲击拉伸加卸载试验,获得了复合材料在应变率为0.002s^-1-1000s^-1范围内从弹塑性变形直至断裂的完整应力应变曲线。试验结果表明,随着应变速率的提高,复合屈服应力,拉伸强度以及破坏应变均相应提高,具有明显的应变率强化效应和高速韧性现象;同时,由于冲击拉伸试验过程中热力耦合效应的影响,准静态加载下复合材料的应力指数与冲击拉伸加载下复合材料的应力指数相比降低了17.8%;在用冲击拉伸复元试验解耦出热力耦合效应的影响后,材料的静、动态等温应力应变曲线具有相同的应变硬化规律。最后,根据复合材料在不同应变率下的试验结果和Eshelby‘s等效夹杂理论,本文建立了一个计及应变率强化效应的弹塑性自洽模型,模型拟合结果与试验结果吻合得很好。     

高强钢波纹夹芯结构的力学性能研究

论文利用ABAQUS仿真软件分析了高强钢波纹夹芯结构在三点弯曲以及面内压缩时的力学响应.将计算结果与实验值和理论值进行了对比,验证了数值模拟的准确性.进而分析了芯板材料属性(高强钢DP900和普通低碳钢DC01)以及波纹芯板排列方向(横向、纵向)对夹芯结构力学性能的影响.分析结果表明DP900高强钢波纹芯板夹芯结构抗弯强度是DC01低碳钢夹芯结构的2.39倍,抗压强度是低碳钢夹芯结构的1.40倍,纵向波纹夹芯结构比横向波纹夹芯结构弯曲刚度高11.63倍.     

拉伸应变率对20钢层裂特性的影响

采用轻气炮加载技术和激光速度干涉(VISAR)测速技术相结合,对不同拉伸应变率条件下20钢的层裂特性进行了实验研究。通过改变飞片和样品的几何尺寸来调整拉伸应变率的大小,研究了拉伸应变率对20钢层裂强度的影响。实验的拉伸应变率的变化范围为104~106 s-1,最大拉伸应变率接近激光加载所能产生的拉伸应变率,相比激光加载,薄飞片技术容易保证一维应变条件。实验结果显示20钢的层裂特性明显依赖着拉伸应变率的大小,106 s-1条件下层裂强度比104 s-1时提高近70%。基于对数值计算结果的分析,讨论了影响层裂强度的主要外载荷因素。