铁电陶瓷PZT53复杂力电耦合行为的实验研究

通过实验研究了平行和垂直于极化方向的正应力对铁电陶瓷锆钛酸铅(PZT53)的电滞回线(E3-P3)和电致应变曲线(E-ε)的影响. 实验发现平行于极化方向的压应力对PZT53陶瓷的电滞回线、电致应变曲线形状以及矫顽场大小都有明显的影响,但是垂直于极化方向的拉、压应力只对PZT53陶瓷的电致应变曲线形状有明显的影响,但对电滞回线形状和矫顽场大小都没有显著影响. 采用畴翻转的模型详细解释了观察到的实验现象,所得结果为建立铁电陶瓷的多轴力、电耦合本构模型,提供了物理基础.     

力-电-初始取向对液晶凝胶薄膜均匀变形行为影响分析

针对液晶凝胶在电场作用下的多场耦合多尺度力学行为,基于小应变假设,通过反逆法获得了有不同初始液晶指向方向的液晶凝胶薄膜在力-电耦合作用下均匀变形的解析模型.分析表明,电场与拉应力都可使液晶指向转动到与其平行的方向,当施加电场的方向与液晶初始取向垂直时,指向矢仅在超过一个临界电场强度后方会失稳转动,指向矢方向施加拉应力将增大所需阈值;而当液晶初始取向不与外加电场垂直时,电致指向矢转动将立即发生,其在力-电耦合下的指向矢转动和宏观变形行为与初始取向密切相关.因此,液晶凝胶的变形行为不仅可以通过力-电载荷进行控制,也可通过设计所需的初始液晶取向加以调节.     

多孔极化PZT95/5铁电陶瓷单轴压缩力学响应与放电特性

采用添加造孔剂的方法制备了四种不同孔隙率PZT95/5铁电陶瓷,对其进行电场极化,随后开展了准静态单轴压缩实验,讨论了畴变、相变以及孔隙率对极化PZT95/5铁电陶瓷的力学响应与放电特性的影响. 研究结果表明：(1)多孔极化PZT95/5铁电陶瓷非线性力学响应行为主要归因于畴变和相变的共同作用,与内部孔洞变形和坍塌基本无关;(2) 在准静态单轴压缩下极化PZT95/5铁电陶瓷的去极化机制是畴变和相变的共同作用;(3) 孔隙率对极化PZT95/5铁电陶瓷的弹性模量、压缩强度有明显的影响,而对断裂应变的影响较小;(4)极化PZT95/5铁电陶瓷畴变和相变开始的临界应力都随着孔隙率的增大而线性衰减,但相变开始的临界体积应变却不依赖孔隙率;(5)极化PZT95/5铁电陶瓷电荷饱和释放量随着孔隙率呈线性减小,但孔隙率对电荷释放速率基本没有影响。     

力电耦合载荷作用下铁电陶瓷破坏行为的云纹干涉方法研究

本文介绍了如何用云纹干涉法实时地观察铁电陶瓷在力载荷和电载荷共同作用下裂尖的破坏行为．测量了三点弯试验中由电场和应力集中导致的裂尖的变形场．对变形的云纹图分析表明：当极化方向与裂纹扩展方向一致，且都与电场方向垂直，裂尖附近的正应变随电场的增加而增加，应变集中现象比较突出，电场促进和加速了裂纹的扩展．     

PZT压电陶瓷高温变形与失效的实验研究

随着工业设备集成化进程的加快,PZT压电陶瓷获得越来越广泛的应用,其工作环境也越来越复杂.例如,新一代节能环保型发动机中起致动作用的压电陶瓷叠层驱动器,工作时要承受力-热-电载荷的共同作用.因此,研究PZT压电陶瓷在高温下的变形与失效行为,对工业设计具有重要的指导意义.为此,本文利用自行搭建的压电陶瓷高温下电滞回线、蝶形回线和应力退极化曲线的测试装置,研究了PZT压电陶瓷在不同温度下的电致变形和应力退极化行为,得到了材料在不同温度下的电滞回线、蝶形回线、应力电位移曲线和应力应变曲线.实验结果表明,随着温度的升高,由电滞回线测得的剩余极化逐渐减小,蝶形回线逐渐变扁;由应力退极化产生的剩余极化和剩余应变也逐渐减小.极化量的改变是由材料的热释电效应(自发极化随温度的升高而减小)造成的,而应变量的变化是由晶胞畸变随着温度升高而减小所致.     

高应变率下多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷的非线性力学行为

采用添加造孔剂的方法制备了4种不同孔隙率的未极化PZT95/5铁电陶瓷。采用基于超高速相机与数字图像相关性方法的试样全场应变测量技术以及分离式霍普金森压杆（SHPB）技术,对多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷进行高应变率单轴压缩实验研究。全场应变测量结果显示:轴向应变仅在试样中部分布较均匀,将该区域的平均应变作为应力-应变关系中的试样应变测量值较为合理,而由SHPB原理计算的试样应变值明显偏大,需要摒弃或修正传统的SHPB数据处理方法。通过波形整形技术实现了恒应变率加载,弱化了径向惯性效应的影响,揭示出多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷的压缩强度具有显著的应变率效应。通过分析试样轴向应变和径向应变随着加载应力的变化,阐明多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷的非线性变形行为的物理机制是畴变和相变共同作用,并发现畴变临界应力和相变临界应力都随着应变率升高而增大。保持加载应变率不变,讨论了孔隙率对多孔未极化PZT95/5铁电陶瓷动态力学行为的影响,发现随着孔隙率的升高,动态压缩强度呈非线性衰减,而畴变临界应力和相变临界应力则基本呈线性衰减。     

立方晶体单晶材料屈服面的研究

将Hill屈服准则用于DD3镍基单晶合金屈服应力的预测，通过与试验结果比较发现，在760℃时的误差较大，根据立方单晶材料的屈服特点，用正应力偏张量平方与剪应力偏张量平方乘积项构成的应力不变量考虑单晶合金偏轴受载时存在的拉、剪应力耦合效应，提出了一个在工程上实用的新屈服准则．在新屈服准则中出现的参数可以通过单向拉伸试验确定，给出了确定这些参数的方法，并重新定义了适合新屈服准则的等效应力和等效应变，对各向同性材料，新屈服准则退化为Von Mises屈服准则，新定义的等效应力和等效应变退化为Von，Mises等效应力和等效应变，用新屈服准则对国产DD3单晶合金的屈服应力进行预测，能很好地符合试验结果；与Hill屈服准则比较，在760℃时的预测精度显提高。     

铁电陶瓷宏细观本构模型

在居里温度以下，铁电陶瓷呈铁电相，具有许多取向不同的铁电畴，取向分布函数描述了铁电畴的取向分布情况文中推广了经典的内变量理论，采用宏细观相结合的方法，建立了铁电陶瓷的宏观行为与细观结构的关系，给出了铁电陶瓷的屈服条件，屈服面的演化规律及取向分布函数的演化规律计算得出了与实验比较符合的电位移－电场关系曲线及应变电场－蝶形关系曲线     

考虑拉压强度差效应的厚壁圆筒承载能力分析

应用双剪统一强度理论，考虑材料的拉压异性和同性，推导了在内压力和轴力联合作用下的厚壁圆筒的塑性极限载荷表达式．在该表达式中，当反映中间主应力效应的系数取不同的值时，就能得到按Tresca屈服准则、线性逼近的Mises屈服准则和双剪应力屈服准则的计算结果，并且绘制了在相应准则下的极限应力线图．从而可知：在三维应力状态下，应用该理论，可以获得极限载荷分析的精确解；极限载荷线图与三种屈服准则的屈服曲线是相吻合的；计算的结果可以用于拉压异性和同性的材料，为工程应用提供了理论依据．     

高静水压力下Mohr–Coulomb准则的拓展研究

深部开采时极端环境下的岩体高应力和高地压是影响工程安全的主要因素。本文指出了Mohr–Coulomb准则（简称M–C准则）在高静水压力下无法判断岩石材料发生屈服破坏的问题,开展了岩样在高应力下的三轴压缩实验,观察了高静水压力下岩石材料的破坏现象,推导了高静水压力条件下M–C准则的拓展方程。研究结果显示,与现有M–C准则不同的是,材料剪切强度随轴压和围压之差增大到某一峰值时将逐渐减小,岩样在高静水压力下也可发生屈服破坏,M–C准则拓展方程与实验结果基本吻合。同时,本文探讨了低静水压力下M–C屈服面的下限和高静水压力下M–C屈服面的上限。研究成果可为深部工程的安全高效开展提供理论参考。     

预加载路径对低碳钢强化规律的影响

本文报导了２０＾＃低碳钢薄壁圆管试件在比例加载时Ｐ－ｐ复杂应力状态的实验结果。主要研究了：（１）初始屈服面；（２）经简单拉伸预加载和比例预加载情况下的强化规律；（３）折线预加载情况下的强化规律；（４）预施塑性变形量相等路径不同时的强化规律。     

冻土屈服面与屈服准则的研究

基于广义塑性力学,分析了理想塑性冻土屈服面的一些具体特性,对冻土的体积屈服面进行了比较详尽的探讨.通过对已有屈服函数Matsuoka-Nakai屈服准则的修改,提出了一个冻土屈服函数,并对此函数进行了具体研究.通过和试验数据的对比,验证了所提出屈服函数的正确性,所提出的函数含有三个参数,随着温度的不同对冻土屈服面的形状和大小都有重要的影响.     

考虑外载和温度的运动安定定理

本文在物体承受加载和温度变化的条件下,通过虚设屈服面的建立,导出了一个运动安定定理,并以实例介绍了它的应用.     

相变材料的初始屈服特性

利用有限元方法，对相变材料的初始屈服行为进行了研究，结果发现，相对于无相变材料，相变材料初始屈服面的形状和其中心位置都有所改变，而且这种改变与材料的相变分数和相变应变有关。     

镁合金屈服与强度的实验研究

报导镁合金ＭＢ８薄壁圆管试件在比例加载时Ｐ－ｐ复杂应力状态下的实验结果，主要研究了：（１）初始屈服曲面；（２）强度极限曲面；（３）初始屈服曲面与强度极限曲面的关系。     

软化Mohr-Coulomb材料强度参数的测定方法

为了得到试件的粘聚力和内摩擦角随轴向塑性压应变变化的曲线提出本方法。试件的弹塑性本构关系遵循相关联的Mohr-Coulomb强度准则;对常规三轴试验,试件受力进入塑性状态后,处在棱椎状屈服面的棱上,加载过程遵循Koiter流动法则。按经典塑性力学理论,推导得到轴向塑性压应变与轴向应力与轴向应变的关系;在常规三轴试验机上获得不同围压下试件的全程应力-应变曲线,进而可得到各自围压下轴向塑性压应变随加载过程的变化曲线;把来自不同围压下对应同一轴向塑性压应变的应力分别代入屈服面方程,即可求得对应的粘聚力和内摩擦角。结果表明,Mohr-Coulomb材料的两个强度参数的变化由轴向塑性压应变确定。轴向塑性压应变可以作为塑性变形的状态参数,它和试件的受力过程可以唯一确定试件的变形过程。     

PLASTIC ZONE OF SEMI-INFINITE CRACK IN PLANAR KAGOME AND TRIANGULAR LATTICES

The fracture investigations of the planar lattices made of ductile cell walls are currently limited to bending-dominated hexagonal honeycomb. In this paper, the plastic zones of stretching-dominated lattices, including Kagome and triangular lattices, are estimated by analyzing their effective yield loci. The normalized in-plane yield loci of these two lattices are almost identical convex curves enclosed by 4 straight lines, which is almost independent of the relative density but is highly sensitive to the principal stress directions. Therefore, the plastic zones around the crack tip of Kagome and triangular are estimated to be quite different to those of the continuum solid and also hexagonal lattice. The plastic zones predictions by convex yield surfaces of both lattices are validated by FE calculations, although the shear lag region caused by non-local bending effect in the Kagome lattice enlarges the plastic zone in cases of small ratio of rp/l.     

An effective computational algorithm for rate-independent crystal plasticity based on a single crystal yield surface with an application to tube hydroforming

Up to now, several computational methods have been proposed for crystal plasticity models. The main objective of these computational methods has been to overcome the problem with the non-uniqueness of active slip systems during the plastic deformation of a single crystal. Crystal plasticity models based on a single crystal yield function have been proposed as alternative algorithms to overcome this problem. But the problem with these models is that they use a highly non-linear yield function for the crystal, which makes them computationally expensive. In this paper, a computational method is proposed that would modify a single crystal yield function in order to make it computationally efficient. Also to better capture experimental data, a new parameter is introduced into the single crystal yield function to make it more flexible. For verification, this crystal plasticity model was directly applied for the simulation of hydroforming of an extruded aluminum tube under complex strain paths. It was found that the current model is considerably faster than the previous crystal plasticity model based on a power-law type single crystal yield surface. Due to its computational efficiency, the current crystal plasticity model can also be used to calculate the anisotropy coefficients of phenomenological yield functions.     

Stress space and strain space formulation of the elasto-plastic constitutive relations for singular yield surface

This paper gives the stress space and the strain space formulations of the elastoplastic constitutive relations at a singular point on a yield surface, discusses the parallelism of the two space formulations and points out that the strain space formulation has a wider range of applicability.     

电流变液滑动轴承的数值研究

基于油膜内屈服面位置可能出现的4种情况，Tichy提出了用于Bingham流体滑动轴承特性及其屈服面位置的计算方法，在将该计算方法推广到电流变液滑动轴承的计算时，发现随着外加电场强度的变形，出现了轴承风屈服面位置不变的非物理结果，而且Tichy的方法只能适用于无限宽滑动轴承，为了对有限宽度的电流变液滑动轴承进行数值研究，采用了类Bingham模型，通过差分离散和超松驰迭代的方法对雷诺方程进行求解，计算结果表明：电流变流滑动轴承内的压力分布可以通过外加电场强度来控制，轴承间隙内屈服面位置随电场强度变化而产生的移动是使轴承润滑性能得以改变的重要力学机制；在轴承以高剪切速率运转时，由于电流变液表观黏度随电场强度的变化已经很小，该机制在轴承的设计中尤为重要。