压缩剪切测试中载荷传递行为的数字光弹性研究

结合光弹性四步彩色相移法,提出改进的六步相移法来计算全场剪应力,对径压缩圆盘实验证实了该方法的正确性,并进一步研究了同质材料连接结构在压缩剪切测试中的层间剪切行为。实验结果表明:全场等色线条纹级数和剪应力连续分布且随载荷而增加;中线附近剪应力趋于零,而条纹级数为峰谷。在连接界面上的条纹级数和剪应力出现峰值,特别是在连接界面端部为最高,在最大载荷下可分别达3.5级和2.4MPa,是导致连接界面脱粘开裂的危险区域。连接结构通过层间剪应力进行应力传递,在连接界面上剪应力与外载基本保持平衡。     

硅基底多层薄膜结构材料残余应力的微拉曼测试与分析

针对MEMS器件制备中两种典型的硅基底多层薄膜结构的残余应力问题,本文提出了利用微拉曼光谱技术测量其残余应力的方法,分析并给出了硅基底多层薄膜结构中的残余应力分布规律。实验结果表明,在硅基底和薄膜内存在较大的工艺残余应力,残余应力在基底内靠近薄膜两侧部分呈非线性变化,在基底内主要呈线性变化,并引起基底整体翘曲。基于实验结果分析,提出了硅基底多层薄膜结构的分层结构模型。本文工作表明微拉曼光谱技术是测量与研究硅基底多层薄膜结构残余应力的一种有力手段。     

焊管的残余应力测试与研究

通过小孔法与分割法对φ272mm螺旋埋弧焊管和φ380mm对接焊管的残余应力测试,分析探讨了螺旋焊缝、环焊缝以及焊缝热影响区的残余应力分布。研究结果表明,不同工艺焊接成型的圆管,其焊缝纵向均匀为拉应力分布,焊缝横向均为压应力分布,焊缝热影响区的残余应力分布各异。     

碳纳米管增强Nb-Si基复合材料界面应力传递的研究

基于均匀化理论,建立了碳纳米管增强Nb-Si基复合材料的代表体积元模型,并采用剪切滞后模型对碳纳米管增强Nb-Si基复合材料界面上的应力分布和传递机制进行了研究,探讨了分子间作用力、杨氏模量比β、长径比α、体积分数?等对其应力分布和传递机制的影响。结果表明,复合材料界面应力分布的变化主要集中在碳纳米管的两端,最大的应力都是分布在加载端或拔出端,然后向另一端传递;分子间作用力、杨氏模量比、长径比、体积分数等参数对界面应力的传递均有一定的影响,其中长径比和体积分数的影响最明显,体积分数为0.02时拔出端的界面剪切应力值相对于体积分数为0.0025时增大幅度达到近7倍,而长径比从200减小到50时,其应力传递距离增大了近8倍。     

半导体器件残余应力测试与模拟研究

采用新型三维云纹干涉系统并结合盲孔释放的方法 ,研究了半导体装配底座内的残余应力 ,这种混合的方法不仅能真实测试试件因应力的释放而产生的三维变形信息 ,而且具有灵敏度高、条纹对比度好等特点。本文中 ,残余应力是通过盲孔释放获得 ,然后使用三维干涉系统来测试试件因残余应力的释放而发生的位移 ;利用有限元模拟的方法 ,精确计算了应力大小和分布情况 ,为实验研究提供了有力的支持和补充。结果表明 ,残余应力在F - 1C半导体内部分布不均匀 ,在两引脚之间的区域 ,应力比邻近区域的应力要大 ,存在一定的应力集中 ,对可伐管产生一定的挤压作用 ,这是造成半导体装配底座失效的一重要原因。     

高速流场中高频振动面板的能量辐射传递模型研究

为了考察高速流场对面板高频振动的影响,建立了高速流场环境中面板的能量辐射传递模型。针对高速流场环境中的二维面板,引入受高速流场影响的波数和群速度,建立了能量密度控制方程,推导了高速流场环境中面板的能量密度和能量强度的核函数。实源强度由导纳法计算得到的输入功率表示,虚源强度通过边界的能量平衡方程确定,根据惠更斯原理,板的能量响应由实源产生的直接场与虚源产生的反射场线性叠加得到。最后,通过将本研究所提能量辐射传递法(RETM)的计算结果与解析解对比,验证其正确性,同时分析了高速流场对板能量响应的影响。本研究为高速流场环境下飞行器面板的高频振动响应预测提供了一种有效的分析方法。     

拉伸杆的贴片所传递的应力

本文以能量法分析金属拉杆与粘贴在其表面的有机玻璃贴片间接触面内的应力。用三角级数表达接触面内的剪应力与正应力。由于所得的两级数可以求和,故所得的解为精确解。计算结果说明,所传递的应力集中分布在杆的端部,其长度约为贴片的厚度。这解法可用于分析胶合接头。     

织物表面摩擦特性测试装置及试验研究

为了评价织物表面的摩擦特性,表征织物和皮肤接触过程中摩擦力的动态变化信息,研制了一种能测试织物表面动态摩擦特性的机械测试装置,该装置集成了机械装置、传感器及控制系统,能一次性测试织物的静、动摩擦系数.基于测试过程中采集的原始数据,定义了摩擦功、静摩擦系数及动摩擦系数3个指标来评价织物表面的摩擦特性.试验采用12种典型的织物样本,对织物的表面摩擦特性进行了客观测试及主观评价,并在日本Kawabata KES-FB4系统上进行了对比试验.结果表明:针对12种典型的织物样本,3个评价指标均存在着显著的差异,牛仔布具有最大的静摩擦系数,经编网眼针织布具有最小的静摩擦系数,与常理相符.客观测试得到的动态指标摩擦功和主观评价的结果具有一致性.本测试装置得到的动态摩擦系数和KES-FB4测试得到的平均摩擦系数也具有一致性.该测试装置可以为相关领域的研究提供一种新的测试手段.     

短纤维金属基复合材料应力传递的有限元分析

基于短纤维增强金属基复合材料的单纤维轴对称和三维细观力学模型,利用弹塑性有限元分析方法对该复合材料中基体与纤维间的应力传递进行研究,研究中主要讨论了基体、纤维和界面的力学性能以及纤维位向的变化对应力传递和应力分布的影响。研究表明,复合材料微结构参数的变化将显著影响基体与纤维间的应力传递和复合材料中的应力分布,复合材料设计过程中必须考虑合理的微结构特征。     

石墨烯与柔性基底界面载荷传递的拉曼光谱实验

本文研究了CVD制备的大尺寸石墨烯与柔性PET基底在拉伸变形过程中切向界面载荷传递的问题,采用原位拉曼光谱实验给出了加载过程中石墨烯的正应变、正应力以及界面切应力的分布曲线。分析表明,石墨烯与PET基底间的载荷传递存在四个阶段,分别是初始阶段、粘附阶段、滑移阶段和界面脱粘破坏阶段。在此基础上,本文对50μm、140μm、270μm和600μm四种尺寸石墨烯试件的界面力学性能进行测量,得到了不同尺寸石墨烯试件的界面力学性能参数,并初步给出了基底变形引起的石墨烯切向界面粘接能的变化,同时分析了试件尺寸对石墨烯界面力学性能的影响。实验结果表明,石墨烯材料和柔性基底最大切应力与临界脱粘切向界面粘接能等界面强度指标受到尺寸的显著影响,尺寸越小切向界面强度越高,反之,尺寸越大则越低。     

热障涂层弹性模量和残余应力测试研究

采用数字图像相关法实验研究了热喷涂制作的热障涂层的弹性模量和残余应力。首先,采用三点弯测试方法对热障涂层试件进行加载,并利用二维数字图像相关方法对热障涂层试件加装过程中的弯曲变形进行了精确的测量,进而获得了热障涂层在受拉和受压两种状态下的弹性模量,结果表明,受拉时热障涂层试件陶瓷层的弹性模量为31GPa,而受压时其弹性模量为34GPa。其次,基于内力平衡,推导了考虑曲率变化的涂层残余应力计算公式;利用三维数字图像相关法测量了喷涂前后基体曲率的变化,进而获得了涂层残余应力的大小,结果表明,热喷涂后的热障涂层残余应力为压应力,大小为-86^-70MPa。     

一个多孔有机织物热湿传递过程的数学模型

利用多孔介质中的Darcy定律建立了一个多孔有机织物中热湿传递过程的数学模型，并提出了一个描述多孔有机织物中液相水重力与表面张力的对比关系的数H=5gρldcLτlεl1/3/2σcosФε1/3采用Crank—Nicolson方法数值求解了该模型，得到了在相同初始和边界条件下，不同有机材料织物中的热湿传递过程，并给出了多孔有机织物中的水蒸汽的浓度场分布、温度场分布以及纤维中的含水量的分布。计算结果与实验结果是吻合的。     

岩体中饱和渗流应力耦合模型研究进展

在大坝渗流与控制、各种水工隧洞和交通隧道以及地下各种洞室开挖、采矿工程与油藏开采中的水力劈裂、 岩坡和坝基的稳定性研究等领域中经常会遇到岩体的饱和渗流应力耦合问题.本文对这些领域中的渗流应力耦合问题分为6种力学模型: 等效连续介质模型、 裂隙网络模型、 双重介质模型、 断裂力学模型、 连续损伤力学模型和统计模型.前3种主要从经典的黏弹塑性本构着手考虑, 着重对渗流场的处理, 后3种则是从考虑岩体在耦合作用下发生损伤破裂行为方面切入, 着重于岩体结构内部发生质的改变带来的更加复杂的耦合效应.对这些模型进行了详细的介绍, 指出了这些模型的优缺点与适用范围, 给出了一些有代表性的研究成果, 并对该研究领域中未来的研究方向进行了展望.     

短纤维复合材料应力传递的修正剪滞理论

对短纤维增强金属基复合材料应力传递的传统剪滞理论进行了修正和改进.修正理论中包含了一些在传统剪滞理论中没有很好考虑的因素,包括纤维端部的正应力传递和界面的结合状态.推导得到了描述短纤维复合材料应力传递机制的一些公式.通过与有限元分析得到的应力传递结果比较发现,修正理论对应力传递的描述准确性明显优于传统的剪滞理论.修正是合理而必须的.     

基于颗粒物质力学的粉末高速压制过程中应力传递分布分析

为探究粉末高速压制过程中应力变化规律,结合颗粒物质力学理论与粉末高速压制高速加载特点,采用离散元法研究粉末高速压制过程,获取了应力整体传递变化规律,应力大小和方向性变化规律及应力传递与力链间关系。研究结果表明:在粉末高速压制中应力逐层传递并在边界反射,其沿高度方向在不同时刻展现出峰值流动特性,随压制进行峰值分别处在0.014m、0.0075m、0.0025m、0.011m、0.014m高度位置,并随压制进行沿宽度方向在模壁处出现逐渐降低现象;应力大小分布概率密度基本呈现单峰特性,在0.5ms、0.8ms时刻峰值分别出现在归一化应力值为3和1.5附近,在1.3ms、1.7ms、4ms时刻峰值出现在归一化应力值为1附近;主应力方向经历无规律分布逐渐向各向异性即90°方向转变,最上层粉末主方向角变化最为剧烈,变化率峰值达到61.5?10(o)/s与6-2.5?10(o)/s,最下层粉末主方向角变化最为舒缓,变化率峰值仅为60.3?10(o)/s;同时,归一化力链强度值与应力值绝对差值保持在0.1下,1.3ms~3.3ms阶段平均增长斜率分别为0.31与0.32,应力传递与力链延展保持较为一致趋势。本研究有助于更深入地了解粉末颗粒物质在高速压制过程中受力变化规律,为进一步提高粉末压制件致密化程度与密度均匀性提供指导。     

光固化收缩应力和聚合动态的耦合测试研究

光聚合反应是一种复杂的物理化学反应.在特定光照下,光引发剂分解为活性自由基,引发液态聚合物单体进行链式聚合反应,形成固态高分子聚合物.在聚合过程中,随着聚合转化率(已反应单体占总单体的比例)的增加,材料的体积发生一定程度的收缩,致使材料内部和界面上产生收缩应力.在实际应用中,收缩应力会造成界面的破坏和材料的断裂等问题,...     

落叶松、白桦树木生长应力测试研究初探

对小兴安岭落叶松和白桦树木生长应力的实测结果进行理论分析,根据实验数据的处理,给出实测树木生长应力的分布图,其中纵向生长应力占有主要地位．     

旋转湍流中雷诺应力模型压力应变关联项的修正研究

利用张量的不变量理论,推导得出传统雷诺应力模型中压力应变关联项模型应用于旋转湍流模拟中的一些基本问题,即在纯旋转条件下,传统模型所描述的初始各向异性的湍流中雷诺应力张量演化规律是一个无衰减振荡过程,而快速畸变理论推导结果显示,其演化应是一个阻尼振荡衰减的过程。以衰减雷诺应力为目的,构造出包含旋转率张量高阶量的关联项。然后,结合变形率张量的高阶项,将修正模型扩展至椭圆形流线类型流动。最后,将修正模型应用于轴向旋转圆管内湍流流场的模拟,并将结果与实测结果进行了对比。     

剪切增稠液改性软织物的SHPB冲击测试研究

以SiO_2为分散相、乙二醇为分散剂制备剪切增稠液来浸渍芳纶纤维Kevlar 49平纹织物,开展了对坯布与浸渍布的霍普金森杆(SHPB)低速冲击实验。使用多频投影条纹反相补偿法对织物背面胶泥冲击坑进行三维形貌光学测量,结果显示胶泥冲击坑形貌近似为"菱形",且剪切增稠液浸渍布的胶泥冲击坑的变形跨度比明显小于坯布。通过建立胶泥冲击坑体积与织物变形能之间的标定关系,提出了能量吸收率指标来评价柔性织物的抗冲击性能。实验显示能量吸收率随冲击气压增加而升高,且浸渍布的能量吸收率明显高于坯布,这是剪切增稠液增大纱线摩擦和限制纱线滑移所导致的。     

剪切增稠液改性软织物的单纱拉出测试研究

剪切增稠液浸渍柔性织物是防弹织物进行表面改性的潜在方法,利用剪切增稠液剪切率与粘度的极端非线性关系可显著提高纱线拔出力与拔出能量,从而增加柔性织物的抗冲击性能。本文以SiO_2为分散相、乙二醇为分散剂配置剪切增稠液,来浸渍Kevlar49平纹织物进行表面改性。对坯布与浸渍布进行纱线拔出测试,其载荷-位移曲线呈现相似趋势,均分为静摩擦与动摩擦两个阶段;与坯布的极限拔出载荷出现在静摩擦阶段不同,浸渍布的极限拔出载荷出现在动摩擦阶段,且明显大于坯布。另外,浸渍布的纱线拔出能量和面内剪切变形均有明显的提升,且与剪切增稠液的质量分数和纱线拉拔速率相关。