超声波对材料力学性能影响实验研究

研究超声波作用下材料的特殊力学行为,建立一套超声波作用对材料影响的实验系统,通过对紫铜和低碳钢试件的实验研究,给出材料特性变化的实验数据,并利用其对这些特殊现象的形成机理进行初步探讨。     

块石对土石混合体力学性能的影响研究

土石混合体是一种由强度较高岩块、强度较低的土体充填成分及相应孔隙等多相体系组成的复杂地质材料。我国中西部地区诸多地质灾害的发生均与其抗剪强度密切相关。影响土石混合体力学性能的因素很多。本文采用柔性边界条件下的大型剪切实验,从含石量、块石排列、块石尺寸三个方面研究了块石对土石混合体力学性能的影响。通过正交实验确定了3种因素对土石混合体抗剪强度的影响顺序及各因素的显著性水平,研究发现在这3个影响因素中,块石尺寸对土石混合体抗剪性能的影响最大,含石量次之,块石排列的影响最小。     

复掺纳米材料对混凝土力学性能的影响研究

纳米材料可有效改善水泥基的力学性能和耐久性,为探索纳米SiO₂、Fe₂O₃对混凝土材料的增强机理,研制力学性能更优的混凝土,制备了0%～2.0%掺量范围内单掺纳米SiO₂、纳米Fe₂O₃、复掺纳米SiO₂和纳米Fe₂O₃的混凝土试件,对养护龄期为7 d及28 d的混凝土力学性能开展试验研究,结果表明：纳米材料总掺量为1.5%且纳米SiO₂掺量为1.0%、纳米Fe₂O₃掺量为0.5%时改性混凝土的力学性能达到最优,该复掺比例改性混凝土比普通混凝土及同掺量的单掺改性混凝土具有更优异的力学性能。采用冷场发射扫描电镜对纳米改性混凝土内部微观形貌进行观察,并借助能量分散谱仪分析纳米改性混凝土的化学成分,结果表明掺入的纳米SiO₂及纳米Fe₂O₃会发生晶核作用并与Ca(OH...     

洗发水对头发力学性能的影响

头发的弹性和抵抗意外拉断的能力是人们非常关注的指标。为了迎合这一需求,有些厂商推出了具有所谓"强韧"发质功效的洗发水,但其实并不清楚是否真能使头发变"强韧"。为此,针对市场上常见的一种标称具有"强韧"功效的洗发水,通过拉伸力学实验对头发洗护前后的力学性能进行了对比研究。结果表明,用洗发水处理后的头发,屈服应力下降,意味着头发更容易过早进入塑性变形;抗拉强度、最大应变减小,意味着头发抵抗外力拉断的能力下降;杨氏模量下降,说明头发抵抗弹性变形的能力变差。综上,所研究的洗发水对"强韧"发质没有帮助。     

脱水污泥力学性能研究及其对料仓的影响分析

采用土工试验, 对污泥的孔隙比、压缩系数、应力位移关系、抗剪强度与垂直压力之间的关系等进行了研究, 简要分析了污泥性能对料仓的影响. 结果表明, 污泥的含水率、孔隙比明显高于一般的淤泥质土. 结实污泥的抗剪强度、内聚力都明显高于松散污泥. 松散污泥具有高压缩性, 在垂直压力62.5~100 kPa 附近出现压缩系数的极小值, 污泥颗粒结构相对稳定, 在垂直压力大于60 kPa, 超固结现象明显, 其内摩擦角与结实污泥接近. 污泥进入料仓前应先将污泥进行破碎, 避免污泥的超固结现象发生.     

布孔方式对孔洞材料宏观力学性能影响的研究

运用材料破坏过程分析MFPA2D系统,从细观力学和损伤力学角度,研究了布孔方式对孔洞材料宏观力学性能以及破坏机理的影响。在研究中,分别建立了三种含双孔、四孔以及多孔的正方形数值模型。双孔以沿试件垂直中心线重叠布置,沿试件水平中心线并列布置和沿试件对角线倾斜布置三种方式进行布孔,四孔以正方形和菱形两种布孔方式置于试件中央区域,多孔成排布置并使其相邻四孔成正方形和菱形镶嵌于试件中。然后对这三种试件分别进行了标准的单轴压缩数值试验。通过对试验结果的讨论,阐明了布孔方式对孔洞材料宏观力学行为和细观损伤机理的影响。结果表明:孔洞的相互作用既可以增强应力集中程度,也可以减弱应力集中程度;正方形布孔方式比菱形布孔方式使孔洞材料具有更高的承载能力;多孔材料的延性断裂行为是孔洞应力屏蔽作用和材料损伤局部化行为共同作用的结果。     

孔隙率对复合材料层压板层间剪切力学性能影响研究

针对两种复合材料典型铺层,以试验的方式对4种不同孔隙率级差的层压板结构的层间剪切力学性能进行研究。分别对层压板结构的0°和90°方向取样,测试了层压板结构的0°和90°方向的层间剪切力学性能。基于试验结果量化分析了孔隙率与层压板结构层间剪切力学性能之间的关系。分析发现,在孔隙率为1.7%～2.3%之间,层间剪切强度下降最快;取样方向对试验件的层间剪切强度影响很小;厚度越大,层间剪切强度受孔隙率的影响越小。     

扭转塑性变形对6063铝合金拉伸力学性能的影响机理研究

扭转是一种常用的冷作硬化方法。本文通过实心圆轴扭转实验和预扭试件的单向拉伸实验,研究了扭转塑性变形程度对6063铝合金拉伸力学性能的影响。通过理论研究和硬度分析探究了造成这一影响的内在机理。结果表明,试件扭转后其内部形成的以屈服强度为特征参数的梯度结构,是造成预扭试件力学性能得到改善的根本原因。并且,扭转不同的角度,材料内部产生的梯度结构也是不同的。而不同的梯度结构对试件力学性能的影响则表现为后继拉伸屈服强度随预扭角度的增大而增大。为了预测预扭试件的后继拉伸力学行为,验证前述结论的正确性,建立了由内到外屈服强度逐渐变化的有限元模型。此模型代表了预扭转变形试件,对其施加位移载荷,模拟后继单向拉伸加载过程。模拟所得材料力学性能随扭转角的变化趋势与实验结果基本吻合,从而验证了扭转冷作硬化后,圆轴试件内部产生了以屈服强度为特征参数的梯度结构这一结论。同时,也提供了一种有效的预测材料扭转后拉伸力学性能的数值模拟方法。     

温度对炭黑填充橡胶复合材料力学性能影响的实验研究

采用岛津万能试验机对天然与丁苯共混橡胶(NSBR)试件进行不同温度下多步松弛循环加卸载实验和单向拉伸加卸载循环实验，对比两者的宏观力学响应，并研究温度对炭黑填充复合材料力学性能的影响．结果表明：(1)随着温度的升高，未填充橡胶逐渐变“硬”，而炭黑填充橡胶是“先变软后变硬”．(2)随着温度的升高，橡胶的迟滞损耗呈线性减小．(3)比较单向拉伸和应力松弛平衡点的应力应变曲线，填充橡胶“先变软后变硬”的温度转折点不同，这是由于应力松弛过程基本消除了粘弹性效应．     

加载速率对6020铝合金材料力学性能影响的实验研究

通过拉伸实验研究了加载速率在1mm/min, 10mm/min, 100mm/min以及200mm/min范围内6020铝合金材料的力学性质,结果表明这种材料有近似于理想弹塑性的性质,应力-应变曲线明显地表现为线弹性和线塑性的特点,而且加载速率对于该铝合金材料的力学性质没有明显的影响.作为对比还测试了45#中碳钢在相同的加载速率条件下的力学特性,得出随着加载速率的增加,无论屈服强度还是抗拉强度均有一定的提高,塑性有了一定的降低.最后,根据实验结果确定了该铝合金材料的本构关系.     

细颈倾角对挠性接头力学性能影响分析

为确定某单平衡环挠性接头的最佳细颈倾角,对挠性接头进行了力学性能分析。首先给出了挠性接头的离散动力学模型,然后利用ANSYS仿真分析软件对不同细颈倾角结构的挠性接头进行了抗冲击能力和等刚度的力学性能分析,得出了细颈倾角在30°～60°范围内的冲击响应和等刚度性能。最后结合两种力学性能分析可知:当细颈倾角为44°时,该挠性接头在加速度幅值为40g、脉宽为11ms冲击条件下的轴向最大响应应力为448MPa,径向最大响应应力为584MPa;在该倾角情况下挠性接头由不等刚度造成的g2项误差优于0.06(°)/h。综合两方面的性能指标可最终确定挠性接头的最佳细颈倾角为44°。     

随机孔隙缺陷对3D编织复合材料力学性能的影响研究

3D编织复合材料经RTM工艺成型将难以避免产生孔隙缺陷,孔隙缺陷主要包括纤维束内干斑和富树脂区孔隙.经分析RTM工艺孔隙缺陷的产生机理,提出了随机孔隙缺陷分布模型,建立了基于细观胞元的含孔隙缺陷有限元分析模型,并应用概率统计方法,分析了缺陷的随机分布和孔隙率对材料等效弹性性能的影响.可为3D编织复合材料力学性能的设计提供依据.     

钢的力学性能参数对耐磨料磨损性能影响的研究

影响金属磨损的因素很多,其中金属材料的力学性能、成分和显微组织等是影响磨损的重要因素。文中列出了用一系列的热处理的中低碳锰钢进行的磨料磨损实验的结果,並讨论了不同磨损条件下钢的硬度、真实剪切断裂强度、屈服强度,抗拉强度、加工硬化指数和系数、断裂应变、形变功等对磨料磨损耐磨性的影响,同时还讨论了钢的显微组织和成分对磨料磨损耐磨性的影响。     

高分子材料湿度含量对其力学性能的影响的实验研究

本文从实验的角度对湿度因素影响下的高分子聚合物材料的力学性能进行了研究。选用了尼龙6材料进行了一系列的有关湿度实验，通过不同含湿率下与时间相关的材料性能实验首次从实验上证明高分子聚合物材料存在湿度-时间等效性。即对材料力学性能而言延长作用时间与增加材料含湿率与等效的，并且具体给出了尼龙6材料的湿度-时间等效关系。如该材料在不同含湿率下的广义曲线，本文工作为进一步研究湿度因素影响下的材料性能提供了实验依据。     

残余应力及尺寸效应对纳米压痕力学性能的影响研究

为研究残余应力对材料纳米压痕力学性能存在的影响,本文基于低阶应变梯度塑性理论(CMSG),提出了一个采用位错密度描述残余应力的理论模型。根据该理论模型构造了相应的数值积分方案,并结合有限元模型数值分析了尺寸效应和初始残余应力对纳米压痕力学性能的影响。模拟结果发现,残余应力对材料硬度和纳米压痕载荷-位移曲线有显著影响。残余压应力几乎不影响塑性影响区的大小,但由于压痕产生的压应力场和残余压应力场叠加,使得产生压痕后的应力值更大,而残余拉应力对塑性影响区有较大影响。残余应力的存在会导致样品内位错快速增殖,位错密度几乎是无残余应力的10倍。此外,该模型成功地预测了压痕尺寸效应(ISE),即随着压痕深度减小,硬度增加。模型预测结果与已有实验结果的误差在16%以内,从而验证了模型的有效性。     

晶粒度对纯铝动态力学性能的影响

通过热处理方式制备了3种不同晶粒度的纯铝样品。利用分离式霍普金森压杆加载装置测量了3种纯铝在应变率102～104 s-1范围内的应力应变曲线。实验曲线表明,纯铝的屈服应力和流动应力随晶粒度的增大而减小;根据实验数据拟合了纯铝在动态下的Hall-Petch公式。同时采用一级轻气炮对3种纯铝进行了层裂实验,结果表明晶粒度对纯铝的层裂特性几乎没有影响。     

Stone-Wales拓扑缺陷对石墨烯拉伸力学性能的影响

采用Tersoff势对含Stone-Wales(SW)拓扑缺陷的单层石墨烯薄膜的单向拉伸力学性能进行了分子动力学模拟,分别研究了SW拓扑缺陷对扶手椅型和锯齿型石墨烯拉伸力学性能及变形机制的影响.研究结果表明,单个SW缺陷对两种手性石墨烯薄膜的杨氏模量几乎无影响,而对薄膜的强度、应变等力学性能和变形破坏机制的影响与手性有关.对于扶手椅型石墨烯薄膜,单个SW缺陷降低了薄膜的拉伸强度和拉伸极限应变,降低幅度分别为5.04%和7.07%.在外载作用下,新的缺陷的萌生位置出现在SW缺陷附近;而对于锯齿型石墨烯薄膜,单个SW缺陷基本不影响薄膜的力学性能和变形破坏机制.     

试验机弹性储能对岩石力学性能测试的影响

在材料试验机上进行岩石力学性能测试时，如何准确测量岩石的变形是整个测试分析的基础．为了具体考察试验机刚度对岩石变形测量的影响程度，在两台不同的试验机上进行了岩石的单轴压缩试验，通过对加卸载过程中试验系统及岩石能量变化的分析，详细研究了试验系统弹性储能对岩石变形测量的影响，进而给出了基于试验机刚度的修正计算方法，来确定岩石在测试过程中的变形．     

扁平化对子午线轮胎力学性能影响的有限元分析

以185/60R14半钢子午线轮胎为参考轮胎,通过改变断面高和改变断面宽两种方式构建了不同扁平率的一系列轮胎模型,采用ABAQUS/Standard软件对不同高宽比的轮胎进行了系统的研究.结果表明,通过减小断面高和增大断面宽两种方式实现轮胎的扁平化,将会产生不同的效果:前者会导致轮胎胎圈部三角胶内的应变能密度明显增大:后者则会使带束层帘线拉力的最大值明显降低,带束层帘线中部的应力状态由受压变为受拉,轮胎胎冠部橡胶结构危险区域的Mises应力和应变能密度均明显减小,对胎侧部和胎圈部的力学行为影响则很小.由此,可以利用增大胎冠部宽度而保持轮胎其他部位结构不变的简单方法实现子午线轮胎的扁平化.