CuAlNi单晶应力诱发马氏体相变与微结构演化的实验观察与分析

基于CuAlNi形状记忆合金单晶的一维准静态拉伸实验,着重研究相变过程中条带状马氏体的微观结构.通过金相显微镜对整个试样表面进行拍照,并利用图像处理技术和均匀化的方法,提取到了不同载荷下马氏体的含量(相分量)和条带的数量(界面数)在试样各处的分布与变化情况,找到了加载和卸载过程中相变微结构的演化规律,从而实现了对条带状马氏体相变微结构的量化处理.     

马氏体相变微结构演化过程的模拟与分析

实验中观察到形状记忆合金在应力诱发马氏体相变过程中,出现多界面的微结构,马氏体相会逐渐长大变粗,同时会出现由马氏体形核造成的应力突然降低.用多阱的弹性能函数来刻画此相变与微结构演化过程,发现相变时会出现多界面的微结构且伴随着马氏体相的形核至奥氏体相的消失过程,出现了界面数先增后减的变化,同时应力会出现跳跃而不连续.相对应的动力学模型的有限差分的计算结果同样显示形核时出现了多界面的微结构并伴随着应力的大幅振荡,随着载荷的增加界面位置随之移动,使得马氏体相区域逐渐长大.理论分析与数值模拟的结果较好地刻画了实验中观察到的马氏体相变过程中的形核,产生多界面,再到马氏体逐渐长大这一微结构的演化过程.     

计及相变微结构演化的形状记忆合金本构描述

基于对NiTi形状记忆合金的实验观察及有限元分析,考虑两相间的应变不协调关系,采用应变修正法建立了计及片层状微结构的本构模型,本模型考虑了两相间的相互约束,及其约束随微结构演化的变化规律.研究了NiTi形状记忆合金微圆管在拉伸和扭转下的响应特性.计算结果与实验结果的对比表明所建本构模型较好地描述了伪弹性响应尤其是较好地描述了拉伸实验过程中的应力跌落现象.     

水泥水化的微结构与性能演化研究进展

水泥是一类重要的工程结构材料,其力学性能依赖于水泥的水化过程．综述了水泥水化的微结构和性能演化的研究进展;评述了研究水泥水化过程的实验方法和理论方法;详细介绍和评述了水泥水化的微结构仿真模型、力学分析模型以及建立微结构．性能关系的基本方法．分析和展望了未来水泥水化的主要问题和研究方向．     

CuAlNi单晶形状记忆合金压缩特性的实验研究

具有相变伪弹性特性的CuAlNi单晶是目前应用最广泛的形状记忆合金之一。这种材料被广泛应用在工程、生物和医学科学等领域。由于单晶是各向异性，没有多晶中晶粒之间的相互作用，因而在特定晶向上的力学性能稳定。但是这种材料的一些基本性质，如压缩状态下马氏体的发生、生长和传播等还没有人详细研究。本文主要研究CuAlNi单晶在特定晶向上的变形过程，它的应力—应变特性，并利用特殊的显微成像系统首次获得了沿[110]方向压缩时二维马氏体的发生、生长和传播过程。     

动态载荷下剪切变形局部化、微结构演化与剪切断裂研究进展

总结和评述了近年来金属与合金变形局部化的形成、微结构演化与剪切断裂方面作者和相关的研究工作成果. 材料包括低碳钢, SS304不锈钢, Fe-15%Ni-15%Cr单晶, Al-Li合金,α-Ti和Ti-6Al-4V, Al/SiCp复合材料等.综述内容主要包括:采用改进的Hopkinson扭杆装置,对剪切变形局部化形成、发展和演化过程进行了实验观察与数值模拟;采用"侧剖"与"对接"等定点方法制备电子显微镜薄膜试样,对剪切带内相变与再结晶、非晶转变、旋涡结构等动态变形现象,以及与宏观动态力学行为对应的位错胞的形成、发展和坍塌等微结构特征进行了观测;提出了应变和应变率同时作为剪切带形成的两个必要条件的直接实验证据;在剪切带内发现了α'$-马氏体相变现象,以及相变产物与母体之间的晶体学关系;通过位错单滑移或交滑移等微观剪切最后发展成为宏观剪切的机制;对剪切带内再结晶结构的观测和对再结晶动力学本构关系的定量描述;对剪切带特别是``白色'腐蚀带(或相变带)的形成机制的分析和新的解释,指出 ``白色'是带内亚结构取向趋于一致,其在光学或扫描显微镜下很难辨认这些亚结构的取向差所致,并非表明剪切带内一定发生了相变;通过截断实验和实时跟踪观测发现,剪切带内微裂纹的萌生与聚合是材料承载能力骤然下降并导致最后断裂的主控因素.此外,本文对近年来在准静态和循环加载下材料的局部化形变与剪切断裂的实验结果予以简要评述,指出其微观机制与动态载荷下的截然不同, 是由位错的平面滑移所控制的,与热效应无关的等温变形.      

具有层状微观结构的NiTi单晶本构模型

建立了应力诱发的具有层状微观结构的NiTi单晶本构模型. 模型考虑母相和马氏体相弹性各向异性性质的差异, 以NiTi单晶相变过程中可能出现的24个马氏体变体为基础, 利用相变驱动力和理想界面的连续条件推导了马氏体相变的发生及发展过程, 以及单晶相变过程中宏微观应力应变的演化, 数值模拟了在不同加载方向材料的应力应变响应.结果表明, 对于不同的加载方向, NiTi单晶既存在强化也存在软化现象.      

SMA短纤维增强复合材料在热载下的相交特性

在形状记忆合金（ＳＭＡ）复合材料研究中,相变特性的研究是一个主要的工作．基于Ｅｓｈｅｌｂｙ的等效夹杂模型和Ｍｏｒｉ和Ｔａｎａｋａ的场平均法,考虑到ＳＭＡ材料的强物理非线性,发展了增量型的等效夹杂模型（ＩｎｃｒｅｍｅｎｔａｌＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＩｎｃｌｕｓｉｏｎＭｏｄｅｌ）．考虑在某一温度循环条件下讨论形状记忆合金短纤维增强的铝基复合材料在热载下的相变行为．特别研究了ＳＭＡ短纤维复合材料在变温过程中纤维几何尺寸、体积分数等参数对ＳＭＡ复合材料的相变行为和ＳＭＡ内残余应力等的影响．这些工作对于指导材料设计和了解ＳＭＡ复合材料热机械特性是颇有意义的．     

SMA短纤维复合材料的热胀系数和相变应变系数

基于Eshelby的等效夹杂模型、Mori和Tanaka的场平均法,考虑到形状记忆合金(SMA)的强物理非线性,发展了增量型的等效夹杂模型(Incremental Equivalent Inclusion Model).讨论了SMA短纤维增强的铝基复合材料的热胀系数和相变应变系数.特别研究了SMA短纤维复合材料纤维几何尺寸和体积分数等参数对SMA复合材料的热胀系数和相变应变系数的影响.这些工作对于指导材料设计和了解SMA复合材料热机械特性是非常有意义的.     

粘弹性力学的对应原理及其数值反演方法

积分变换是处理粘弹性混合边值问题的重要数学工具,积分变换的应用使粘弹性混合边值问题在象空间与相应弹性混合边值问题对应起来,从而使粘弹性混合边值问题的求解可以继承和借鉴弹性问题的求解方法,再利用积分反演方法就可求得时间域粘弹性边值问题的解．本文结合国内外的研究成果,就粘弹性力学中存在的各种对应原理及数值反演方法进行了归类和总结．结合在求解粘弹性边值问题中的应用,对各类方法的特点进行了评述,并指出存在的问题及发展新的数值方法的研究重点．      

声光子晶体带隙特性与声光耦合作用研究综述

声光子晶体是一种同时具有光子和声子带隙的周期性结构.声光子晶体为同时控制电磁波和弹性波的传播提供了一个系统的平台,并在光学、声学及声光多功能器件、腔光力学等领域展现了十分广阔的应用前景.论文首先介绍了声光子晶体的基本概念,包括声光子晶体的材料、空间周期分类、能带结构的计算方法等;阐述了不同体系下声光子晶体双重带隙的特性,以及拓扑优化方法在声光子晶体带隙优化方面的应用;然后简要介绍了腔光力学,以及计算声光耦合作用的准静态方法和光力耦合系数方法,并针对当前各种声光子晶体结构中声光耦合作用的研究进行了阐述;还进一步介绍了声光子晶体波导和传感器的相关研究;最后,基于当前声光子晶体的研究进展对未来的研究方向进行了展望,其中涉及到增强声光子晶体谐振腔的声光相互作用、三维声光子晶体的研究、声光超构材料的设计、声光子晶体器件设计与应用等.     

ADVANCES IN TRANSFORMATION RATCHETING AND RATCHETING-FATIGUE INTERACTION OF NITI SHAPE MEMORY ALLOY

The accumulation of inelastic deformation occurring in NiTi shape memory alloy under the stress-controlled cyclic loading condition is named transformation ratcheting, since it is mainly caused by the solid-solid transformation from austenite to martensite phase and vice versa. The transformation ratcheting and its effect on the fatigue life (i.e., transformation-fatigue interaction) are key issues that should be addressed in order to assess the fatigue of NiTi shape memory alloy more accurately. In this paper, the advances in the studies on the transformation ratcheting and ratcheting-fatigue interaction of super-elastic NiTi shape memory alloy in recent years are reviewed: First, experimental observation of the uniaxial transformation ratcheting and ratcheting-fatigue interaction of super-elastic NiTi alloy under the stress-controlled cyclic loading conditions is treated, and the detrimental effect of transformation ratcheting on the fatigue life is addressed; Secondly, two types of cyclic constitutive models (i.e., a macroscopic phenomenological model and a micromechanical one based on crystal plasticity) constructed to describe the transformation ratcheting of super-elastic NiTi alloy are discussed; Furthermore, an energy-based failure model is provided and dealt with by comparing its predicted fatigue lives with experimental ones; Finally, some suggestions about future work are made.     

低地应力区碎裂结构围岩基本特征研究

以某市引水工程地下洞室围岩为例 ,采取试验样品若干件 ,分别做了围岩的平均化学成分与百分含量衍射以及电镜扫描分析 ,并得到了相应的结果。在此基础上 ,从成分和微观结构两方面入手 ,总结出低地应力区碎裂结构围岩组成与显微结构方面的特征和变化规律 ,初步探讨了低地应力区碎裂结构围岩微观变形特征 ,这为进一步研究低地应力区围岩宏观变形破坏及其稳定性等方面 ,将会起到重要的理论指导作用     

微孔洞生长对板材拉伸过程中变形局部化的影响

本文在作者提出的含孔洞材料下限本构方程的基础上，采用了初始缺陷带模型对微孔洞生长及分布对板材拉伸过程中变形局部影响进行了，分析着重研究了细观损演化规律对变形局部化模式及临界应变的影响，并成功预测了ＡＩＳＩ４３４０钢板材拉伸试件变形局部化换稳为及失稳方向。     

镍基单晶高温合金定向粗化行为及高温蠕变力学性能研究进展

镍基单晶高温合金是一种广泛应用于航空发动机和工业燃气轮机的两相叶片材料,由软的$\gamma $ 基体相和均匀镶嵌在其中的立方状 $\gamma'$ 沉淀强化相组成.它有个显著的特征,即在高温施加应力条件下, $\gamma '$沉淀相会发生定向粗化, 形成筏状.这种筏化行为直接影响了合金的蠕变疲劳寿命,是镍基单晶高温合金强化机制研究的重点. 此外,镍基单晶高温合金无晶界, 不存在高温晶界弱化、纵向晶界裂纹等问题.因此, $\gamma$/$\gamma'$相界面的位错运动、微观结构以及在载荷和温度作用下的演化决定了其蠕变力学性能.本文从镍基单晶高温合金的微观强化机制出发对定向粗化行为及蠕变力学性能进行了综述.重点介绍了定向粗化行为发生的微观机理、驱动力、影响因素和蠕变过程中界面微结构演化、蠕变力学模型以及定向粗化对高温蠕变力学性能的影响,指出了高温蠕变力学性能研究的发展方向和仍待解决的问题.