晶粒尺度对延性金属材料层裂损伤的影响

微细观结构对材料动态损伤、破坏的影响是目前国内外力学领域的研究热点之一. 基于相关文献的实验结果, 通过理论分析, 给出了一个新的反映晶粒尺度效应的孔洞成核模型, 并将其耦合到延性金属材料层裂损伤模型中. 采用数值方法分析了晶粒尺度对高纯铜材料层裂损伤演化过程的影响. 计算结果显示: 随着材料平均晶粒尺度的增加, 自由面速度回跳点降低, 回跳后速度曲线的斜率增加; 损伤材料内部的孔洞数减少、平均孔洞尺寸增大.计算结果与相关文献所报道的实验 分析结果定性上符合较好. 该结果对于层裂损伤的深入研究具有一定的启发性.关键词：层裂晶粒尺度延性金属材料冲击     

冲击加载下LY12铝合金的动态屈服强度和层裂强度与温度的相关性

采用可测量任意反射表面的速度干涉仪对LY12铝合金在不同初始温度条件下的动态屈服与层裂行为进行了实验研究,温度范围从室温到接近熔化温度.实验结果显示：LY12铝合金的动态屈服强度随着温度升高而快速下降,当初始温度为847K (比熔化温度低86K) 时,其屈服强度仅为室温下的15％,层裂强度也随着温度升高而减小,在296—847K的实验温度范围内,层裂强度损失80%.通过实验结果与模型估算值的比较,发现Zerilli-Armstrong (ZA) 模型可以对LY12铝合金的动态屈服强度与温度的相关性进行较好关键词：温度相关性LY12铝合金动态屈服强度层裂强度     

飞秒激光驱动超高应变率加载下铝材料的层裂特性

层裂损伤是材料动态损伤破坏研究中最重要的问题之一,其损伤特性和机制随加载应变率不同表现出明显的阶段性规律。超高应变率条件下材料层裂损伤特性、规律和机制研究已成为极端条件下材料动态响应研究的重要内容,在工程应用和基础研究领域均有重要意义。采用飞秒激光驱动冲击加载技术开展了超高应变率条件下铝材料的层裂损伤实验研究,利用啁啾频域干涉超快诊断方法对铝材料的层裂损伤过程进行了诊断,分析并获得了在109 s-1应变率条件下铝材料的层裂强度约为7 GPa,结合前人的研究数据,解读了铝材料层裂强度随应变率的变化规律。     

温度、应变率和空位缺陷对氮化硼纳米管压缩性能的影响

采用分子动力学方法,分别模拟了完好的和含有缺陷的氮化硼纳米管的轴向压缩过程。原子间的相互作用采用Tersoff多体势函数来描述。结果表明,同尺寸的锯齿型氮化硼纳米管的临界轴向压缩强度高于扶手型氮化硼纳米管,这与碳纳米管的研究结果一致。发现纳米管的压缩强度,如临界轴向内力在低温下受温度影响明显,并且和应变率的大小有关。然而,应变率对纳米管的弹性变形没有影响。另外,还发现空位缺陷降低了纳米管的力学性能。与完好的纳米管相比,含有缺陷的纳米管轴向压缩强度对于温度的影响并不敏感。     

Effect of grain size and arrangement on dynamic damage evolution of ductile metal

Plate-impact experiments have been carried out to examine the effect of grain size and grain arrangement on the damage evolution of ultrapure aluminum. Two groups of samples, "cross-cut" and "longitudinal-cut," are obtained from the rolled aluminum rod along different directions. The peak compressive stress is approximately 1.25 GPa-1.61 GPa, which can cause incipient spall damage that is correlated to the material microstructure. The metallographic analyses of all recovered samples show that nearly all damage nucleates at the grain boundaries, especially those with larger curvature. Moreover, under lower shock stress, the spall strength of the "longitudinal-cut" sample is smaller than that of the "crosscut" sample, because the different grain sizes and arrangement of the two samples cause different nucleation, growth, and coalescence processes. In this study, the difference in the damage distribution between "longitudinal-cut" and "cross-cut" samples and the causes for this difference under lower shock-loading conditions are also analyzed by both qualitative and semi-quantitative methods. It is very important for these conclusions to establish a reasonable and perfect equation of damage evolution for ductile metals.     

高加载率条件下LY12铝合金损伤断裂现象的研究

 本文以球形实体中含有一球形空穴为基本单元,通过分析单元的受力状态,推导出了一个韧性介质空穴增长模型。模型中考虑了介质的硬化,应变率效应,同时还考虑了惯性效应。在考虑空穴成核效应时,采用了热激活成核机制。对LY12铝合金进行了二维层裂实验,采用本文提出的动态损伤模型,借助于二维Lagrange弹塑性流动有限差分程序对二维层裂实验进行了数值模拟,计算结果与实验吻合较好。     

钨合金的层裂强度研究

 用压缩空气炮做冲击加载装置研究一种钨合金的层裂特性,加载应力峰值为5~10 GPa,加载应力时间宽度为0.2~0.6 μs。实验用钨合金由粉末热压烧结制成,是一种均匀混合材料。它的成份重量百分比为W（90%）、Ni（6.8%）、Fe（2.7%）和Cr（0.5%）。由锰铜压阻计测量样品靶后界面应力历史表明,此种钨合金的层裂强度与拉伸应力率的平方根呈单调递增关系,与加载应力峰值无关。回收样品的金相分析结果表明,此钨合金的拉伸断裂主要发生在铁镍混合物部位,钨晶粒的穿晶断裂只占很小部分。断口上的“杯状”凹坑表明,它主要属延性断裂机制。     

不同应变率下高强钢的拉伸行为及力学性能分析

高强钢因强度高、塑性好、耐腐蚀性优异而得到广泛应用。然而,高强钢具有显著的应变率敏感性。为此,针对2种高强钢（Ultrafort 401和Ferrium S53钢）,开展了不同应变率下（10⁻⁴～10³ s⁻¹）的拉伸试验,获得了屈服强度、抗拉强度、硬化指数等性能参量,并深入分析了其随应变率变化的规律。不同应变率下,Ferrium S53钢的拉伸性能始终优于Ultrafort 401钢,但两者却表现出不同的变化趋势。随着应变率的增加,Ultrafort 401钢的屈服强度和抗拉强度均增大,而Ferrium S53钢的屈服强度增大,抗拉强度先减小后增大。结合微观结构表征发现,Ferrium S53钢所具有的较高的屈服强度与其初始晶粒尺寸更小有关,2种高强钢的抗拉强度随应变率增加所表现出的不同变化趋势则与应变硬化响应差异有关。随着应变率的升高,Ultrafort 401钢的韧窝尺寸增大,而Ferrium S53钢的韧窝尺寸先减小后增大,说明2种高强钢的应变硬化水平随着应变率升高而呈现不同的变化趋势。研究结果为高强钢在不同加载条件下的力学性能评估提供了科学依据,对高强钢的工程应用具有一定的指导意义。

     

爆炸载荷下纳米晶铜晶粒度分布及影响因素研究

采用爆炸动态加载使粗晶铜发生高应变率塑性大变形的方法制备了纳米晶铜。利用X射线衍射法对其晶粒度进行了检测,借助于LS-DYNA3D非线性有限元程序对试样变形过程进行了数值模拟,在此基础上对应变和应变率进行了统计,分析了宏、细观应变对晶粒细化程度的影响。结果表明：采用爆炸加载法可制备出纳米晶铜,平均晶粒度范围可有效控制在100 nm以内;爆炸加载过程中应变率高达104 s-1,应变的提高有利于晶粒细化;在爆炸加载方向晶粒度成不均匀分布。     

混凝土材料动态拉伸强度的应变率强化规律

混凝土是重要的工程材料,研究其在动态作用下的力学性能具有极其重要的意义与价值。混凝土材料的动态拉伸强度具有明显的应变率效应,而且在低应变率与高应变率条件下的动态强化因子ψDIF(DIF:Dynamic Increase Factor)与应变率的关系具有明显的区别。参考现有的相关综述文献,收集近二十余年来大量的混凝土动态拉伸试验结果数据,结合理论分析,探讨了在不同应变率阶段混凝土材料拉伸强度动态强化因子的变化规律, 以及不同试验手段如直接拉伸、动态劈裂与层裂等对拉伸动态强化因子的影响规律。最后对试验结果进行拟合,得到混凝土材料在不同应变率区间时拉伸强度动态强化因子的预测表达式。研究表明：(1)混凝土材料的动态强化因子ψDIF随着应变率的增加呈递增趋势,${{psi }_{text{DIF}}}-ln bar{dot{varepsilon }}$具有类似的线性关系;(2)混凝土材料的拉伸强度ψDIF值随应变率增加而递增的趋势在3个不同应变率阶段,斜率明显不同,在高应变率时变化趋势最明显;(3)无论是低应变率区间还是高应变率区间,混凝土的动态拉伸强度ψDIF值与试验方式(直接拉伸、动态劈裂、层裂及其他方式)并没有明显的关系。     

芯部引入Ag合金的方法改善Bi2223超导带材的机械性能

本文利用在超导芯部引入Ag合金的方法制备了一种新结构Bi2 2 2 3超导带材 ,并研究了此种带材相对于普通Bi2 2 2 3超导带材性能的变化 ,以及拉伸应变对其性能的影响 .实验结果表明 ,这种新结构提高了带材的载流性能 ,所得最终带材的最大Ic=75A ,Jc=1 .6×1 0 4 A/cm2 ,相对普通样品提高了 35 % .实验结果表明此种Bi 2 2 2 3超导带材的机械性能有明显的提高 ,样品的屈服强度σ0 .2 和不可逆应变极限εirr和普通样品相比均有较大幅度的提高 ,最大不可逆应变极限εirr约为 0 .4 5 % ,相对普通样品提高了约 5 0 %左右 ,屈服强度σ0 .2 约为 85Mpa ,相对普通样品提高了约 30 %左右     

Statistical Aspects of Tensile Fracture of Isotactic Polypropylene

The fracture behavior of isotactic polypropylene (iPP) specimen with double-notched shape under a fixed elongation speed at room temperature is described. Over 100 tensile tests were performed, and the statistic fracture data were obtained for the tensile condition. The statistical data of fracture were obtained by examining the time to fracture, the ultimate stress, and the tensile toughness (determined from the area under the nominal stress–strain curve from the origin to the fracture point). The probability density distributions for time to fracture, the ultimate stress, and the tensile toughness approximately followed the normal Gaussian statistics. Using a linear relationship between stress and elongation time near the fracture point, we can apply a static Kalman filter system to the present fracture data to determine a conditional probability density function. As a consequence, this application makes it possible to predict the probability of fracture of iPP under any static condition.