Al2O3陶瓷材料应变率相关的动态本构关系研究

采用改进的SHPB实验方法对Al2O3陶瓷的动态力学性能进行了研究,得到了材料在较高应变率范围内的动态应力应变曲线。结果表明,Al2O3陶瓷为弹脆性材料,其动态应力应变呈非线性关系,在较高的应变率范围内,陶瓷材料的动态应力应变关系是应变率相关的;材料的初始弹性模量、破坏应力、破坏应变值随应变率的增大而增大。基于损伤力学的基本理论,给出了Al2O3陶瓷的一维损伤型线性弹脆性本构模型。根据SHPB实验结果确定模型中的参数,得到了Al2O3陶瓷应变率相关的损伤型动态本构方程。     

Zr基非晶合金JH-2模型的构建及应用

为构建Zr_62.5Nb₃Cu_14.5Ni₁₄Al₆非晶合金在高压、大应变、高应变率状态下的材料模型,采用根据实验数据理论推导和数值模拟对比反馈的方法,对材料的Johnson-Holmquist本构模型（JH-2模型）参数进行了研究:材料的静水压力-体应变关系通过平板冲击实验数据和理论推导得到;无损材料强度与应变、应变率的关系通过轴向压缩实验数据确定;材料损伤参数与破碎材料强度参数的关系通过平板冲击实验数据确定;破碎材料强度参数通过数值模拟与实验结果对比的反馈法得到。将材料模型应用于平板冲击和破片侵彻的数值模拟,通过数值模拟与实验结果对比的方式,验证材料模型的准确性。结果表明,平板冲击实验中,材料的自由面粒子速度曲线与数值模拟结果吻合度较高;破片侵彻实验中,破片对钢靶的侵彻深度、开坑孔径与数值模拟结果的一致性较好,构建的材料模型较准确反映了材料的动态力学特性。     

基于爆炸切割试验的有机玻璃本构模型参数反演

为了获取爆炸切割数值模拟中有机玻璃（PMMA）的材料本构模型参数,建立了一种基于神经网络的有机玻璃Johnson Holmquist ceramics (JH-2)本构模型参数反演方法：基于从爆炸切割试验和现有研究得到的JH-2本构模型经验参数,确定本构模型参数的调整区间;使用LS-DYNA数值模拟软件对2.5 mm宽爆炸切割索切割14 mm PMMA平板过程进行数值模拟并收集平板损伤数据集;建立PMMA平板本构模型参数与损伤数据之间的神经网络模型;通过训练完成的神经网络模型对PMMA平板的JH-2本构模型参数进行反演。为验证通过反演参数的可靠性,进行了4.2 mm宽爆炸切割索切割19 mm PMMA平板试验和有限元数值模拟,计算结果中的平板损伤情况与实验结果相差较小,表明通过反演获得的JH-2本构模型参数能较好地应用于PMMA平板爆炸切割数值模拟。传统材料参数获取方法,该参数反演方法相较于可以通过较少的试验及测试,获得比较准确的材料本构模型参数。     

径向膨胀Al2O3陶瓷环动态拉伸破碎的实验研究

利用基于Hopkinson压杆技术设计的冲击膨胀环实验装置,开展了不同撞击速度下Al2O3陶瓷圆环的冲击拉伸和破碎实验研究.实验结果显示:随撞击速度增大,陶瓷环破碎产生的碎片数目增加,断口分析表明绝大多数的断口都是沿径向断裂,说明陶瓷环的破碎由膨胀环的径向拉伸应力产生;利用实测入射杆和透射杆的应力波形,获得陶瓷环发生破碎的时间和载荷信息,在一定的近似假定下,初步估算陶瓷环的表观动态拉伸强度介于160 Mpa和250 Mpa之间,比静态强度130 Mpa显著提高.     

Al基含能结构材料的Johnson-Cook本构模型及失效参数研究

利用万能实验机和Hopkinson杆装置测试了Al基含能结构材料在不同温度下的静动态力学性能，分析实验结果得到了温度效应和应变率效应对材料力学性能的影响及该合金的Johnson-Cook本构模型参数.结合二维数字图像相关(DIC)方法，研究了Al基含能结构材料的失效应变与应力三轴度及温度之间的关系，得到了该合金的Johnson-Cook失效模型参数.通过平面撞击实验获得了Al基含能结构材料粒子速度和应力波波速之间的经验线性关系和该合金的Grüneisen系数.基于实验获得的材料本构关系和状态方程参数，完成了Al基含能结构材料超高速撞击多层间隔薄钢板的数值模拟，结果表明，数值模拟中靶板的毁伤模式、破孔直径及弹坑主要散布区和实验结果吻合.     

钨合金长杆弹侵彻约束AD95陶瓷复合靶

以侵彻深度(depthofpenetration,DOP)实验为基础,利用LS-DYNA 软件进行数值模拟,对钨合 金长杆弹侵彻45钢鉴证靶和约束AD95陶瓷复合靶进行了对比研究。通过数值模拟与实验结合的方法,得 到了AD95陶瓷的JH-2模型(Johnson-Holmquistceramicmaterialmodel)参数;深入分析了钨合金长杆弹侵 彻约束AD95陶瓷复合靶侵彻响应过程。     

Al2O3陶瓷引弧微爆炸加工温度场模拟

建立了Al2O3陶瓷引弧微爆炸加工(micro-detonationofstrikingarcmachining,MDSAM)过程的 传热模型,基于有限元理论,利用ANSYS软件对加工过程中的温度场分布进行了模拟。结合材料性质,对模 拟和实验得到的蚀坑尺寸进行了比较,并分析了加工参数对温度场的影响。模拟结果表明,Al2O3陶瓷引弧 微爆炸加工时在给定的加工参数下的最高温度可达13435℃,且高温影响区范围很小,加工实验与模拟结果 符合较好。随着脉冲宽度和工作电流的增加,加工区域的温度以及蚀坑的半径和深度增大;随着喷嘴半径的 增大,加工区域的温度降低而蚀坑的径深比增大。模拟结果可为Al2O3 陶瓷引弧微爆炸加工过程中表面形 貌的预测、材料去除机理的揭示以及加工参数的选择等提供参考。     

ZrCuNiAlAg块体非晶合金JH-2模型研究

为了更好的进行ZrCuNiAlAg块体非晶合金药型罩的爆炸成形及侵彻仿真研究,首要就是建立其材料模型。本文结合ZrCuNiAlAg块体非晶合金力学性能试验结果计算得到了材料的JH-2模型参数,研究确定了ZrCuNiAlAg块体非晶合金JH-2模型。为了验证ZrCuNiAlAg块体非晶合金JH-2模型的准确性,采用Autodyn建立了平板撞击试验有限元模型,模拟了ZrCuNiAlAg块体非晶合金材料在高压、高应变率等环境条件下的变形过程,仿真计算得到的靶板背面自由面粒子速度与试验结果相比,速度平均偏差均在3%以内,表明ZrCuNiAlAg块体非晶合金JH-2模型能很好的描述该材料在大变形、高应变率、高压等环境条件下的力学行为,验证了ZrCuNiAlAg块体非晶合金JH-2模型准确性。     

一种脆性材料动态本构损伤参数的计算反求方法

提出一种利用平板撞击的瞬态速度剖面响应来反求陶瓷脆性材料的动态本构损伤参数的方法。通过数值模拟再现平板撞击试验中的正平面波在飞片、样品和窗口材料中的传播情况,分析了“样品/窗口”界面瞬态速度剖面响应与材料参数之间的映射关系,进而建立了用响应反求本构参数的反问题,且通过一些数值试验验证该反问题是适定的。基于平板撞击速度剖面响应反求的方法,为快速地获得高应变率下一些传统方法难以测定出的本构参数提供新途径。     

传爆药静态压缩力学性能及损伤特性研究

为研究聚黑-14C（JH-14C）传爆药静态压缩力学性能及损伤特性,开展准静态压缩实验,获得了不同应变率下的应力-应变曲线,建立了描述不同应变率下JH-14C力学行为的非线性本构模型;利用扫描电镜（SEM）对回收试样进行细微形貌观测,获得了准静态压缩JH-14C损伤特性的表征。结果表明:JH-14C压缩强度随应变率的升高而提高;实验与计算结果对照验证了本构模型的有效性;准静态压缩实验中,JH-14C主要损伤模式为脱湿和穿晶断裂。     

Al2O3—40%TiO2和Cr2O3等离子喷涂层的摩擦磨损特性

研究了AC4C铸铝合金表面等离子喷涂Al2O3-40%TiO2和Cr2O3陶瓷粉末涂层的滑动摩擦磨损特性;采用划痕试验方法测定了涂层与基体之间的结合强度;用扫描电子显微镜观察分析了磨痕形貌和涂层显微组织特征.研究结果表明:Cr2O3涂层的摩擦学性能优于Al2O3-40%TiO2涂层;涂层的结合强度、硬度和表面空隙对磨损影响较大;Al2O3-40%TiO2涂层的磨损机理主要表现为塑性变形和层状剥离;而Cr2O3涂层则主要为磨粒磨损     

Ti_3SiC_2-Al_2O_3复合材料在不同液体介质中的摩擦磨损性能

采用真空热压烧结工艺制备了Ti3SiC2和Ti3SiC2-Al2O3复合材料,考察了其与GCr15钢球配副在无润滑条件、去离子水和乙醇介质中的摩擦磨损性能.研究结果表明:在无润滑条件和去离子水中,2种摩擦副的摩擦学性能较差;在乙醇中,2种摩擦副均表现出优异的摩擦学性能;从无润滑条件到去离子水和乙醇介质中,2种摩擦副的磨损机理受从钢球到盘的单向转移以及摩擦氧化控制.与单一Ti3SiC2材料相比,Ti3SiC2-Al2O3复合材料具有更好的摩擦学性能.     

Ce-TZP和Ce-TZP/Al_2O_3层状复合材料受载裂尖的相变特性

用云纹干涉法研究了带直通切口的Ｃｅ ＴＺＰ（Ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ ＺｉｒｃｏｎｉａＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌ）和Ｃｅ ＴＺＰ／Ａｌ２Ｏ３层状复合材料三点弯曲梁的相变过程．实验发现１６００°Ｃ／３ｈ烧结１２％ｍｏｌＣｅＯ２稳定的Ｃｅ ＴＺＰ在室温下就具有强烈的自催化效应，直通切口前缘的相变区呈树枝状，Ｃｅ ＴＺＰ／Ａｌ２Ｏ３层状复合材料的自催化相变被Ａｌ２Ｏ３层抑制，切口前缘的相变区变短，且相变区的覆盖面积减小．文中最后对Ａｌ２Ｏ３层改变Ｃｅ ＴＺＰ相变区及力学性能的原因进行了讨论．     

氧化硅/氧化铁复合磨粒用于硬盘基片的抛光研究

本文以HNO3、NaOH、Fe(NO3)3和SiO2浆料为原料,采用沉淀法制备了1种SiO2/Fe2O3复合磨粒,通过X射线衍射仪(XRD)、飞行时间二次离子质谱仪(TOF-SIMS)和扫描电子显微镜(SEM)对其结构进行表征,结果表明Fe2O3包覆到SiO2的表面,复合粒子具有很好的分散性.用UNIPOL-1502抛光机研究了所制备复合磨粒在镍磷敷镀的硬盘基片中的抛光性能,抛光后硬盘基片的表面粗糙度Ra由抛光前的8.87nm降至3.73nm;抛光后表面形貌的显微镜观测结果表明新制备的复合磨粒表现出较好的抛光性能.     

激光镍包纳米Al2O3增强复合涂层的摩擦磨损性能研究

采用大功率CO2激光器在45#钢基体上制备激光熔覆镍包纳米Al2O3复合涂层,采用金相显微镜观察涂层表面形貌,在销-盘式摩擦磨损试验机上评价复合涂层与45#碳钢配副的摩擦磨损性能.结果表明:经激光熔覆处理制备的镍包纳米Al2O3复合涂层的耐磨性能显著提高,磨损质量损失降低38%,摩擦系数降低40%;复合涂层中纳米Al2O3的配比对其耐磨性影响显著,高配比涂层具有较好的耐磨性,而摩擦系数与Al2O3配比的关系不大.     

纳米Al2O3填充聚四氟乙烯摩擦磨损性能的研究

利用ＭＭ－２００型摩擦磨损试验机考察了填料含量及载荷对纳米Ａｌ２Ｏ３填充ＰＴＦＥ复合材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌及磨损机理,结果表明,纳米Ａｌ２Ｏ３可以提高ＰＴＦＥ的耐磨性,但Ａｌ２Ｏ３会导致严重的塑性变形,并且Ａｌ２Ｏ３含量越高,塑性变形越严重,当Ａｌ２Ｏ３的质量分数为１０％时,填充ＰＴＦＥ复合材料的磨损最小;随着载荷的增大,填充ＰＴＦＥ的磨损增加,填充ＰＴＦＥ     

Synthesis and characterization of PMMA/Al2O3 composite particles by in situ emulsion polymerization

In order to improve its dispersibility, superfine alumina (Al2O3) was encapsulated with poly (methyl methacrylate) (PMMA) by in situ emulsion polymerization. It was found that only when the concentration of sodium dodecyl sulfate (SDS) was much higher than its critical micelle concentration, could PMMA/Al2O3 composite particles with high percentage of grafting (PG) be prepared. The same results were obtained between the experimental and stoichiometric amounts of tris (dodecylbenzenesulfonate) isopropoxide (NDZ), indicating that single-molecule-layer adsorption had taken place between NDZ and Al2O3. Analysis using FTIR. TEM and XPS showed that PMMA/Al2O3 composite particles with core-shell structure had been successfully synthesized by in sire emulsion polymerization. Compared to Al2O3, thermal stability and dispersibility of the composite particles showed marked improvement.     

纳米Fe_3O_4与纳米SrO·6Fe_2O_3填充丁腈橡胶复合材料的摩擦磨损性能比较

采用共混法制备了NBR/Fe3O4复合材料和NBR/SrO.6Fe2O3复合材料,使用UMT-2MT摩擦磨损试验机和2206型表面粗糙度测量仪对复合材料的摩擦系数和摩擦磨损状况进行了测试.通过扫描电子显微镜与X射线能量色散谱仪对NBR/Fe3O4复合材料的表面微观形貌以及纳米粒子在橡胶中的分布情况进行了探讨.结果表明:2种纳米材料的加入均能够改善NBR的耐磨性,其中NBR/Fe3O4复合材料的耐磨效果更佳.Fe3O4和SrO.6Fe2O32种纳米粒子的最佳添加量均为10%左右(质量分数).纳米Fe3O4粒子的加入使得NBR的摩擦系数与磨损率有较大幅度的减小,而纳米SrO.6Fe2O3在添加量为10%～30%的范围内,随着添加量的加大,摩擦系数与磨损率不断加大.NBR/Fe3O4复合材料在纳米粒子含量10%左右时具有较好的表面结构,且纳米Fe3O4粒子在复合材料中分布较为均匀.     

Al_2O_3+PTFE(+PPS)复合材料滑动摩擦磨损的研究

作者采用冷压-烧结工艺研制了Al_2O_3+PTFE、PTFE+PPS和Al_2O_3+(PTFE+PPS)3类复合材料,并对这些材料的摩擦磨损行为及其磨损机理进行了研究。结果表明,适量Al_2O_3粒子的弥散可以明显提高复合材料的耐磨性,PTFE+PPS复合材料的耐磨性远比PTFE的好,摩擦系数几乎与PTFE的相同,是一种良好的减摩抗磨材料。复合材料的磨损过程主要受粘着、犁削和塑性流动机制的控制。     

氧化铝纤维含量对Al2O3f＋Cf／ZL109混杂复合材料耐磨性能的影响

利用挤压铸造法制备了Al2O3f Cf/ZL09短纤维混杂金属基复合材料，并探讨了炭纤维体积分数为4％时，Al2O3纤维含量变化对该复合材料耐磨性能的影响。结果表明：随着Al2O3体积分数增加，复合材料的摩擦系数逐渐增大，复合材料从轻微磨损到急剧磨损的临界转变载荷大幅度提高，并随Al2O3含量的增加而逐渐增大；在临界载荷以下，影响复合材料磨损率的Al2O3含量临界值为12％，当Al2O3含量低于临界值时复合材料磨损表面无明显剥落，而当Al2O3含量超过临界值后，复合材料磨损表面存在大量的剥落坑，磨损率增大。