锥柱形膜片后屈曲的材料特性预示研究

使用正交表设计数值试验, 分析弹性模量、屈服强度、延伸率等材料特性参数对锥柱形膜片结构后屈曲状态的影响, 预示材料特性对膜片翻转的影响. 正交数值试验在不影响结果科学性的基础上, 极大地降低了试验次数. 数值试验结果表明: 在一定结构情况下, 弹性模量与屈服强度对膜片正向翻转影响非常显著, 而延伸率的影响与前两个因素比较而言, 几乎可以忽略. 并且, 结构顶点位移随材料的弹性模量增大而增大; 随材料的屈服强度减小而增大.因此, 在结构固定的情况下, 为了提高材料的翻转性能, 可以选择弹性模量较大而屈服强度较小的材料, 且延伸率为20%左右最好.     

轴向拉伸下氮化钛纳米杆变形机制及力学性能的分子动力学研究

本文使用分子动力学软件包lammps并采用第二近邻改进型嵌入原子法(2NN MEAM)模拟了单晶氮化钛纳米杆的轴向拉伸破坏过程,分析了分别沿[100]、[111]晶向的不同截面尺寸、不同拉伸应变率、不同温度下的氮化钛纳米杆的力学性能,详细描述了氮化钛纳米杆拉伸变形过程。研究发现, 拉伸晶向、截面尺寸、拉伸应变率及温度均会对TiN纳米杆的拉伸变形过程及屈服强度、弹性模量等力学性能产生不同程度的影响。 沿[100]晶向的拉伸,截面尺寸越大,屈服强度越低;而沿[111]晶向,截面尺寸越大,屈服强度越大。应变率越大,屈服强度及屈服应变越大,但对于弹性模量几乎无影响。温度越高,材料的屈服强度、屈服应变及弹性模量越小,断裂应变越大。不同拉伸条件下的氮化钛纳米杆的拉伸过程均包括弹性变形、塑性变形与断裂阶段。[100]晶向的弹性模量都要高于[111]晶向。     

梯度多孔材料单轴压缩弹塑性变形的宏微观数值分析

针对闭孔的密度梯度多孔材料,建立含球形孔洞的三维数值分析模型,研究其单轴压缩力学行为。首先,研究密度梯度对多孔材料宏观力学行为(如弹性模量和屈服强度)的影响;其次,研究密度梯度与材料局部力学性能的关系,得到了沿梯度方向弹性模量和屈服强度的分布规律;最后,讨论梯度多孔材料单轴压缩变形局部化机制。结果表明:当梯度材料与均质材料的总体相对密度相同时,梯度材料的宏观弹性模量和屈服强度均低于均质材料水平,其宏观应力-应变关系曲线降低;梯度多孔材料沿梯度方向的力学性能发生急剧变化,等效弹性模量沿梯度方向呈线性分布,屈服强度呈非线性曲线分布,导致沿梯度方向应力、应变呈现高度的不均匀性;多孔材料的变形局部化产生于孔隙率较大的薄弱位置,再逐渐向孔隙率较小的位置发展。由此可知,孔隙率的梯度变化影响多孔材料的力学性能,通过改变孔隙率的分布可实现材料预期的力学性质。     

任意光滑梯度变化的功能梯度材料纯弯曲梁的弹塑性分析

假设功能梯度材料为理想弹塑性材料,其屈服强度和弹性模量均沿梁的高度方向按任意光滑函数连续变化,在小变形及平截面假定下,导出了功能梯度材料纯弯曲梁弹性极限弯矩及塑性极限弯矩的解析表达式,建立了弹塑性应力状态下截面弯矩和截面的弹、塑性应力分布之间的解析关系．研究表明,功能梯度材料梁存在多种可能的屈服模式,其最先屈服的点不一定位于截面应力最大处,而可能位于截面的其他任意位置;屈服强度及弹性模量的梯度变化对梁的弹塑性力学性能有很大影响．研究结果可为功能梯度材料纯弯曲梁的弹塑性问题研究提供一定的参考．     

基于分形理论的锈蚀钢筋力学性能研究

为研究钢筋锈蚀后力学性能的退化规律,采用加速锈蚀方法获取锈蚀钢筋,对4根未锈蚀钢筋试件及20根锈蚀钢筋试件进行了拉伸试验。试验结果表明,在加速锈蚀条件下,锈蚀钢筋表面轮廓具有自相似性,可以用分形理论加以描述。锈蚀钢筋表面特征的不同对钢筋力学性能退化有一定影响,例如,应力-应变曲线发生明显变化,屈服强度、极限强度降低,屈服平台缩短直至消失。经过统计分析后,得出了锈蚀钢筋弹性模量、屈服强度、极限强度、极限应变等力学性能的回归公式,并在试验结果分析基础上,建立了与锈蚀表面特征参数相关的钢筋本构关系模型。上述结果可为锈蚀钢筋混凝土结构的计算及评估提供应用参考。     

功能梯度材料纯弯曲梁的弹塑性分析

假设功能梯度材料为一理想弹塑性材料,其弹性模量和屈服强度沿梁高度方向按照幂函数变化,在小变形及平截面假设下研究功能梯度材料纯弯曲梁的弹塑性性能.根据Mises屈服准则导出了纯弯曲梁的弹性极限弯矩的解析表达式,建立了梁在弹塑性状态时截面弯矩与截面弹、塑性区分布之间的关系式,给出了梁进入塑性极限状态时中性轴的位置以及塑性极限弯矩的解析计算公式.数值算例的结果表明,功能梯度材料梁的弹塑性性能与均匀材料梁不同,其屈服不一定首先产生于截面最大应力点,而可能有多种不同的屈服模态及相应的塑性扩展.弹性模量及屈服强度的梯度变化对功能梯度材料纯弯曲梁的中性轴位置、截面弹塑性应力分布以及塑性极限弯矩均有较大影响.研究结果可为功能梯度材料梁的弹塑性分析提供一定的参考.     

纳米金属丝拉伸破坏及其应变率效应

建立了适于研究纳米金属快速变形破坏过程的分子动力学模型,并对不同应变率工况下不同截面尺寸单晶镍纳米丝的零温单向拉伸破坏过程进行了分子动力学模拟.模拟得到各种纳米镍丝的应力-应变曲线、屈服应变、屈服强度、断裂强度和初始弹性模量,提出了纳米金属丝快速变形力学性能的应变率效应预测公式并加以验证.计算表明金属纳米丝的屈服应变与尺寸和应变率无关,屈服强度、断裂强度和弹性模量与应变率呈对数关系.     

热处理对TC4钛合金动态力学性能和微观组织的影响

为揭示热处理对TC4钛合金动态力学性能及微观组织的影响，选取2种典型热处理方式和5种加载应变率开展了TC4钛合金试样的动态力学性能实验，获取了动态应力-应变数据，并进行了试样的XRD和金相分析。结果表明：高应变率下TC4钛合金应变率强化效应显著。时效处理后，TC4钛合金流动应力、屈服强度及抗压强度得到提升，而固溶时效处理后上述性能降低。时效处理和未热处理试样应力-应变曲线均具有弹性、屈服和塑性阶段，而固溶时效处理后无明显弹性和屈服阶段。固溶时效处理后流动应力随应变率增加而增加，时效处理和未热处理试样流动应力无明显变化。时效处理后试样等轴初生α相显著增大且β相含量较低，固溶时效处理后α相晶界增大且含有针状α的β转变基体，TC4钛合金力学性能与β相和亚稳β相的马氏体转变有关。     

[100]LiF单晶在60 GPa以内冲击加载下的高压屈服强度特性

获取光学窗口自身的高压强度特性是开展材料高压高应变率冲击响应行为精密测量和数据反演的重要基础。利用平板撞击和双屈服面法,通过冲击-卸载、冲击-再加载原位粒子速度剖面精细测量和数据反演,获得了约60 GPa范围内[100]LiF屈服强度特性随冲击压力的变化规律。结果表明:在实验压力范围内,[100]LiF的屈服强度随加载压力的提高而显著提高,压力硬化效应显著;同时,LiF在冲击加载下的屈服强度高于磁驱准等熵加载结果,应变率硬化效应强于热软化效应。采用Huang-Asay模型确定了可描述冲击加载[100]LiF强度特性的本构模型参数,为LiF在强度、相变、层断裂等加窗测量实验中的深入应用和数据准确解读提供了重要支撑。     

动高压加载下锆基金属玻璃强度测量

为了研究Zr₅₁Ti₅Ni₁₀Cu₂₅Al₉金属玻璃的高压强度特性,进行了平靶冲击实验。采用反向碰撞方式,运用DISAR技术测量金属玻璃样品/LiF窗口界面粒子速度剖面,分析粒子速度剖面获得了37~66GPa压力范围锆基金属玻璃的屈服强度和剪切模量。实验结果表明,在上述压力范围金属玻璃的屈服强度和剪切模量均显示出一定程度的压力硬化效应,分析表明金属玻璃冲击加载波阵面剪应力衰减并非由损伤/破坏或温度软化等因素导致。     

NiTi形状记忆合金动态压缩力学行为的实验研究

采用材料试验机和SHPB实验技术,对在不同初始温度(298～873K)和应变率(5×10-4、～2.3×103s-1)下的NiTi形状记忆合金的压缩力学行为进行了实验研究。结果表明:马氏体状态下的NiTi合金的力学行为对应变率的变化敏感,位错屈服段的硬化模量、相屈服段的硬化模量及马氏体重取向前的弹性模量对应变率的变化不敏感,而位错塑性变形前的弹性模量随应变率的提高迅速增大;奥氏体状态下的NiTi合金随着实验温度升高,无论是应力诱发马氏体相变应力还是奥氏体相屈服应力都逐渐下降,材料表现出温度软化效应。从超弹性温度范围内的卸载曲线中观察到了应力诱发马氏体到奥氏体的逆转变。     

热局部非平衡条件下含柱形空洞横观各向同性饱和多孔介质的热应力分析

提出了一个热局部非平衡条件下横观各向同性多孔介质的弹性力学模型,研究了含柱形空洞的无限大多孔介质在冷对流边界条件下的孔隙压力和固相热应力.应用Laplace变换反演法数值分析了热局部非平衡及材料的各向异性对孔隙压力和固相热应力的影响.结果表明:孔隙压力和固相热应力随着横向热膨胀系数的增大而显著增大,而弹性模量的各向异性对孔隙压力和固相热应力的影响则是微弱的.同时,结果还证实了在Biot数为中等值范围内,热局部非平衡效应是非常明显的.     

三种红层岩石常规三轴压缩下的强度与变形特性研究

利用MTS815Teststar程控伺服岩石力学试验系统研究了川东地区一红层边坡中的砂岩、粉砂岩和泥岩围压为0³MPa的应力-应变全过程曲线,建立了峰值强度、峰值强度前弹性模量以及峰值强度后的弹性模量和围压的关系。将低围压下红层的全应力-应变曲线概化成5个阶段,分别为压密段、弹性段、屈服段、应变软化段和塑性流动阶段。试验结果得出,红层弹性模量随围压的增加而提高且变化明显,砂岩和粉砂岩在此围压内为脆性破坏,泥岩为塑性破坏的规律。     

空心玻璃微珠及玻璃纤维混合填充环氧树脂力学性能实验研究

制备了一种空心玻璃微珠质量比、四种玻璃纤维质量比的空心玻璃微珠及玻璃纤维混合填充环氧树脂复合泡沫材料。通过一系列准静态压缩、拉伸实验,研究了玻璃纤维填充量对复合材料的密度、强度、弹性模量等性能的影响,并分析了其影响原因。通过三点弯曲实验,研究了复合材料弯曲弹性模量、弯曲强度等力学性能与玻璃纤维填充量的关系。通过拉伸断口SEM照片分析了玻璃纤维增强复合材料力学性能的原因。研究表明:随着玻璃纤维填充量增加,复合材料的拉伸和弯曲强度、压缩屈服极限及弹性模量等力学性能都有较大的提高,且仍然保持了较好的弹性性能和塑性特征。     

金属板材高温压缩试验

本文介绍了直接接触式加热器及金属板材800℃压缩试验技术。用自动描绘的力变形曲线测得弹性模量E和屈服强度σ_(0.2)。该试验技术所用设备简单,耗电少,操作方便,并提高了工作效率和试验精确度。     

树枝状界面相开裂对纤维强度的影响

碳纤维增强铝的复合材料在制造过程中，由于发生化学反应而在界面上形成新相。该相并非均匀附着在纤维表面，而是以纤维为主杆形成树枝状。本文利用剪切滞后理论，同时考虑到界面相亦有承受轴向外载的能力，分析了界面相开裂对纤维强度的影响。结果表明界面相与纤维间界面强度以及该界面脱粘后的摩擦应力的增加都能使纤维在给定外载下破坏的概率减小；另外界面相的厚度、沿纤维方向的弹性模量、剪切模量的增加却使上述概率增加。     

含界面相Voronoi单元的等效弹性常数的计算

采用含界面相Voronoi单元有限元法,根据广义胡克定律,计算了在给定边界条件下,颗粒增强复合材料的等效弹性常数。建立了含多个随机分布的椭圆形夹杂及界面相的VCFEM模型,分析了夹杂体分比,界面相厚度和界面相弹性模量等因素对颗粒增强复合材料等效弹性常数的影响,并利用普通有限元方法对比验证。结果表明,当界面相弹性模量小于基体与夹杂时,材料的等效弹性模量会随着界面相厚度的增大而减小,随着夹杂体分比的增大而减小,并且界面过薄时,材料的等效弹性模量会随着夹杂体分比的增大而增大;当界面相弹性模量大于基体或夹杂时,材料的等效弹性模量会随着夹杂体分比和界面相厚度的增大而增大。而界面相的厚度和弹性模量对材料的等效泊松比的影响较小,材料的等效泊松比主要受夹杂体分比的影响,与其呈反比关系。     

盐湖高寒地区GFRP夹芯复合筋耐久性研究

对玻璃纤维(glassfiber reinforced polymer, GFRP)筋和GFRP–钢筋夹芯复合筋在盐湖地区多重环境因素耦合作用下进行耐久性试验,分析环境类型及作用时间对极限抗拉强度、弹性模量、极限应变的影响。结果表明:在多重因素耦合作用下,随着盐湖卤水腐蚀周期、冻融次数、干湿循环次数的增加,GFRP筋和GFRP夹芯复合筋的抗拉强度逐渐减小,但是GFRP筋减小的幅度较小,而GFRP夹芯复合筋由于有钢筋的存在,抗拉强度减小比较大,特别是在盐湖卤水90 d以上、冻融150次以上时GFRP夹芯复合筋的极限抗拉强度实验不是很明显,屈服强度几乎不存在并且与抗拉极限强度相接近,表现出明显的脆性;在各种因素作用下,GFRP筋随着龄期的增加,弹性模量先减少后增加,而GFRP夹芯复合筋的弹性模量逐渐减小,相对来讲减小的幅度不是很大;各种耦合因素作用下GFRP筋和GFRP夹芯复合筋的极限抗拉强度、弹性模量均比单因素作用下小,且腐蚀性的大小关系是盐湖卤水+干湿循环+冻融耦合盐湖卤水+干湿循环冻融盐湖卤水。     

含瓦斯煤单轴压缩的尺度效应实验研究

含瓦斯煤与其它岩石类材料一样,在力学特性等方面具有尺度效应。利用特制的饱和加压装置和电子万能试验机,对不同尺度、不同饱和瓦斯压力下的煤样进行了单轴压缩试验,探讨了煤样变形破坏及强度特性的变化规律。分析表明,煤样抗压强度、弹性模量随瓦斯压力的增大而减小,抗压强度随高径比的增加明显减小,弹性模量随高径比的增加略有提高。利用Weibull模型和线弹性强化理论对含瓦斯煤产生尺度效应的原因进行了合理地解释,为含瓦斯煤样尺度效应在强度表征等方面的深入研究提供了新的实验和理论依据。     

THE DURABILITY OF GLASS FIBER REINFORCED COMPOSITE REBARS IN SALT LAKE HIGH AND COLD AREA1)

对玻璃纤维(glass fiber reinforced polymer, GFRP)筋和GFRP -钢筋夹芯复合筋在盐湖地区多重环境因素耦合作用下进行耐久性试验,分析环境类型及作用时间对极限抗拉强度、弹性模量、极限应变的影响。结果表明：在多重因素耦合作用下,随着盐湖卤水腐蚀周期、冻融次数、干湿循环次数的增加,GFRP筋和GFRP夹芯复合筋的抗拉强度逐渐减小,但是GFRP筋减小的幅度较小,而GFRP夹芯复合筋由于有钢筋的存在,抗拉强度减小比较大,特别是在盐湖卤水90 d以上、冻融150次以上时GFRP夹芯复合筋的极限抗拉强度实验不是很明显,屈服强度几乎不存在并且与抗拉极限强度相接近,表现出明显的脆性;在各种因素作用下,GFRP筋随着龄期的增加,弹性模量先减少后增加,而GFRP夹芯复合筋的弹性模量逐渐减小,相对来讲减小的幅度不是很大;各种耦合因素作用下GFRP筋和GFRP夹芯复合筋的极限抗拉强度、弹性模量均比单因素作用下小,且腐蚀性的大小关系是盐湖卤水+干湿循环+冻融耦合>盐湖卤水+干湿循环>冻融>盐湖卤水。