材料强度在爆炸焊接界面波形成过程中的作用

本文给出了爆炸焊接界面波形成机理的几组试验结果。这些结果表明:1.界面波的比波长是与粘性无关的恒值;2.在低碰撞速度段,界面波的比波长随板材强度而变化,在高碰撞速度段,界面波的比波长是与板材强度无关的恒值。因此,爆炸焊接界面波形成机理的流体弹塑性模型是合理的。 本文还给出确定界面波波长的经验公式。     

Richtmyer-Meshkov不稳定性流体混合区发展的实验研究

使用矩形激波管,在马赫数分别为$M=1.5$和1.7的条件下实验研究了气/液界面 上(即Atwood数$A$接近1时)由Richtmyer-Meshkov不稳定性引起的流体混合现象. 得到 了气/液界面上Richtmyer-Meshkov不稳定性后期流体混合区域宽度随时间的发展呈现出线 性关系的结果,即$h \propto t$. 比较了不同马赫数和初始扰动下的发展情况,发现当 马赫数增加时,同一时间混合区域 宽度随之增加,混合区域宽度增长变快;而相比于波长差别不大的弱多模态初始扰动(无人 为干扰界面), 当界面初始扰动获得随机外界干扰时,界面混合区域具有较大的宽度以及增 长速度. 并且增加激波马赫数和初始扰动多模态性,流体混合程度更为剧烈.     

用测J_(1c)的方法定中强度钢的断裂韧度K_(1c)

一、引言 线弹性断裂力学在高强度材料应用方面取得的极大成功,引起了工程界的普遍重视。对于中低强度钢低应力破坏的构件,同样也可应用线弹性断裂力学进行强度设计。为此必须测定其K_(Ic)直接测定K_(Ic),要求试样满足线弹性平面应变条件,按ASTM-E399-72规定,即 a, B, (W-a)≥2.5(K_(Ic)/σ_y)~2 (1) 对于屈服强度σ_y较低,而K_(Ic)又较高的中低强度钢,例如σ_y=50公斤/毫米~2,K_(Ic)x=300公斤·毫米~-3/2的钢,欲直接测定K_(Ic),满足条件(1)的三点弯曲试样尺寸为:厚度×高度×跨度(B×W×     

稳定分层流密度界面处湍流混合与分形结构

采用室内混合箱研究稳定分层流(上层淡水、下层盐水) 无剪切密度界面处的湍流混合与分形结构. 湍流通过浸没在盐水层中的振动格栅产生, 密度界面结构通过在盐水层中添加荧光剂或染料可视化, 共进行12 组实验. 实验观测并记录了:(1) 淡、盐水密度界面距混合箱底部的平均高程(h);(2) 淡、盐水层的密度(ρ₀,ρ), (3) 淡、盐水密度界面. 其中, 淡、盐水密度界面通过照片、录像进行记录. 观测结果用于计算:(1) 盐水层密度;(2) 卷挟速度, (3) 整体理查孙数(Ri_o), (4) 二维、三维密度界面, (5) 二维、三维密度界面的分形维度. 结果分析发现:(1) 湍流卷挟率随Rio 增大而减小, 并且满足Ri_o的-3=2 或-7=4 幂律;表明随着湍流强度的减弱, 混合的速度也越来越缓慢;(2) 二维密度界面分形维度大于1, 三维密度界面分形维度大于2;表明二维、三维密度界面存在分形结构;(3) 分形维度随Ri_o的增大而减小;表明随着湍流强度的减弱, 密度界面也越来越趋于光滑.      

无限大基体中双圆形夹杂的应力干涉问题研究

建立了一种新型圆形夹杂单元,用于考察y向拉伸情况下无限大板中双圆形夹杂互相干涉问题,分析材质、位置关系与间距等对夹杂应力场的影响.算例考虑了两夹杂连线与Z轴的夹角φ2分别为0°,45°和90°三种情况,计算结果表明:(1)该模型能够用较少的单元数获得令人满意的计算结果,尤其适用于多夹杂的应力分析;(2)夹杂/基体刚度比k不同时,夹杂/基体界面上的周向应力的最大值与最小值的出现位置差异可能很大;(3)两夹杂的距离越近,夹杂之间基体的正应力σ_y会急剧上升或下降,具体变化趋势取决于k和φ_(21);(4)特定φ_(21)的情况下,夹杂/基体刚度比k使夹杂之间基体的正应力σ_y单调变化.     

纤维复合材料界面横向拉伸分析

以单纤维十字型横向拉伸试验为研究对象,对纤维/基体界面采用弹性-软化双线性内聚力模型,建立了纤维复合材料在横向拉伸作用下界面法向失效过程的解析模型。得到了沿纤维/基体圆周界面的法向应力分布,纤维/基体界面的状态与界面承载力和单纤维复合材料承载力的关系,以及内聚力参数和试件几何尺寸对它们的影响。结果表明:纤维/基体圆周界面在脱粘前经历全部弹性及弹性+软化两种状态;当界面为弹性状态时,界面法向应力随界面强度线性增加;当界面为弹性+软化状态时,界面软化范围随界面裂纹萌生位移的增加而增大;界面初始脱粘位置与拉伸荷载方向重合;界面初始脱粘时的界面承载力随界面强度及界面裂纹萌生位移的增加而增加,随界面裂纹生成位移的增加而降低;单纤维复合材料的脱粘荷载受基体截面尺寸的影响,当纤维体积含量相同时,沿荷载方向截面尺寸的增大对提高脱粘荷载更显著。     

钛/钢复合板爆炸焊接实验

以3mm 厚的TA2钛板和26mm 厚的正火态Q345R为材料,通过爆炸焊接实验,对钛/钢复合板 爆炸焊接的动态参数进行了研究。结合复合板结合界面特征、复合板结合强度(剪切强度)以及界面波的金相 组织,讨论了钛/钢爆炸焊接时获得高强度结合和规则的界面结合波状形态的条件。对于3mm 厚TA2与 26mm厚正火态Q345R,该条件是动态碰撞角17,动态碰撞速度vp760m/s。根据界面波及基板轧制 金相组织形态,分析了形成界面波的机理,认为射流阻碍复板连续碰撞基板是形成界面波的一个主要原因。     

双材料界面裂纹复应力强度因子的正则化边界元法

双材料界面裂纹渐近位移和应力场表现出剧烈的振荡特性,许多用于表征经典平方根(r1/2)和负平方根(r?1/2)渐近物理场的传统数值方法失效,给界面裂纹复应力强度因子(K1+iK2)的精确求解增加了难度.引入一种含有复振荡因子的新型"特殊裂尖单元",可精确表征裂纹尖端渐近位移和应力场的振荡特性,在避免裂尖区域高密度网格剖...     

材料强度对爆炸焊接结合界面的影响

为了研究爆炸焊接结合界面机理及材料强度对爆炸焊接的影响,采用相同的爆炸焊接参数对不同强度的基板进行了爆炸焊接。通过光学显微镜、扫描电子显微镜以及数值模拟技术对焊接试样的形貌、缺陷以及焊接机理进行了分析。结果表明:当材料强度较低时,碰撞点动压与基板材料强度的比值较高,界面出现较大的塑性应变并生热,此时界面熔化区较大,在焊接过程中可以将界面等效为不可压缩流体;当材料强度较高而碰撞点动压与基板强度的比值较低时,试样界面形貌受材料强度的影响较大。随着材料强度的上升,周期性的波状界面逐渐趋于平直。界面熔化现象减弱但温升速率较高,并受碰撞点附近高压出现热失稳现象形成剪切带及裂缝。此时材料强度的影响不可忽略,界面不能等效为不可压缩流体。     

热障涂层界面形貌参数对残余应力的影响

为了研究燃气轮机叶片热障涂层在降温过程中的应力场分布规律,基于ANSYS有限元分析软件,建立了微观二维涂层系统的数值模型;通过热-结构间接耦合获得了非齐次温度分布以及应力分布;主要研究了存在正弦形氧化层界面时界面路径及界面不平整度(幅值/波长)对涂层界面三个应力分量σx、σy、τxy的影响;通过分析沿氧化层上下界面各应力分量变化情况得到易起裂位置。结果表明:(1)σx的最大值出现在热障涂层与氧化层界面波峰处;σy的最大值出现在氧化层与粘结层界面波峰处;τxy的最大值出现在正弦氧化层拐点处;(2)热障涂层/氧化层界面波峰处易形成垂直界面的裂纹;氧化层/粘结层界面波峰处易形成沿界面方向的裂纹,发生分层破坏;氧化层层内正弦拐点处易形成分层裂纹;(3)分别改变幅值和改变波长时两种方式下的σy和τxy随不平整度的变化规律均趋于一致;当界面不平整度A/T的比值大于0.25时,σx在改变幅值情况下先增大后减小,在改变波长情况下先减小后增大。     

TA2/AZ31B/2024Al爆炸焊接复合板界面微观结构特征及其动态力学性能

运用平行法爆炸焊接工艺,开展了TA2/AZ31B/2024Al多层轻质金属板材爆炸焊接实验。通过扫描电镜、电子背散射衍射、分离式霍普金森压杆及三维轮廓扫描等测试技术,对多层爆炸焊接复合板界面微观结构特征、材料物相变化规律、复合板材动态力学性能及材料冲击断口特征开展了系统研究。研究结果表明：焊后多层轻质金属复合板的4个焊接界面均呈现出爆炸焊接特有的波形结构特征,结合界面处无明显缺陷,总体焊接质量良好。结合界面处晶粒发生细化并形成细晶区,1060Al过渡层内晶粒组织由于强塑性变形呈现典型的拉长层状晶粒特征,4个结合界面处均出现明显的变形织构与再结晶织构特征。沿X方向的试样最大动态抗压强度达605 MPa,分层断口界面三维形貌呈现近似水面波纹的独特结构特征。沿Z方向的试样最大动态抗压强度达390 MPa,断口界面三维形貌呈现明显的纤维状韧性断裂特征。     

动载下复合材料基体裂纹与夹杂相互作用的数值模拟

采用ABAQUS软件及粘聚裂纹模型对动态拉伸载荷下复合材料中垂直于基体-夹杂界面的基体裂纹与夹杂的相互作用进行了数值模拟.结果表明:在给定的界面强度下,当加载率(或应变率)低于某一临界值(临界应变率)时裂纹将沿基体-夹杂界面扩展,当高于该临界值时裂纹可以穿过界面在夹杂中扩展.此外,随着界面强度的提高,临界应变率降低;当界面强度超过一定值后,裂纹扩展方向将不受外部载荷影响,裂纹将沿自相似方向扩展;当界面强度低于该临界值时,裂纹将沿界面扩展;并且临界应变率随夹杂尺寸的增大而降低,即小夹杂更难于破坏.上述结果可为前人的混凝土动态实验数据提供合理的细观理论解释.     

过渡层对锆/钢爆炸复合板剪切强度的影响

为了考察钛作为过渡层提高锆/钢复合板结合强度的有效性,同时给出合理的爆炸焊接碰撞参数,对双层锆/钢和三层锆/钛/钢进行了小倾角法爆炸焊接实验研究。借助金相显微技术测量了复合板结合界面的波形参数,采用光滑粒子动力学法模拟得到了不同位置的碰撞速度和碰撞角,并按照国家标准(GB/T 6396-2008)测量了复合板结合界面的爆炸态及退火态的剪切强度。结果表明:钛作为过渡层能够显著提高锆/钢界面的剪切强度;退火消除加工应力后,锆/钢及钛/钢结合面的剪切强度会有所降低;当锆/钛界面的碰撞速度为734~805 m/s,碰撞角为19.8°~20.8°,钛/钢界面的碰撞速度为803~904m/s,碰撞角为19.5°~20.5°时,锆/钛/钢三层复合板的锆/钛和钛/钢界面的剪切强度都能高于140 MPa。     

脉冲辐照下三维多向碳纤维编织复合材料热激波的实验研究

在“闪光二号”脉冲电子束加速器上,采用自行研制的保护环式石英压电传感器,对三维多向碳纤维编织复合材料的热激波传播特性开展了实验研究。结果表明: (1)在电子束能注量为382J/cm2 ~953J/cm2范围内,三维编织复合材料的热激波应力峰值在 97~406MPa之间,只是相同能注量下Ly-12铝的 8%左右,这表明该材料具有良好的衰减热激波的性能; (2)三维编织复合材料中的热激波,其波速较低(大约为 2. 78~3. 45km/s),只是Ly-12铝的 0. 4倍左右,其波形上升时间也比Ly-12铝的大; (3)热激波强度和能注量间近似有线性关系,但烧蚀质量却随能注量增加而增加,当能注量足够高时,质量亏损面密度几乎以指数方式增加。     

离子注入对SiO_2表面非晶碳薄膜的化学状态及摩擦学性能的影响

采用真空蒸镀法在 Si O2 表面制备非晶态碳纳米薄膜 ,考察了碳离子注入对非晶态碳薄膜与基体结合强度及摩擦学性能的影响 ,并采用 X射线光电子能谱表征了碳薄膜 /基体的界面化学状态 .研究结果表明 :非晶态碳薄膜经碳离子注入处理后 ,碳薄膜与基体的结合强度及其耐磨寿命均明显提高 ;当碳离子注入剂量达到 1× 10 1 6 C+ /cm2 时 ,碳薄膜与基体的结合强度增加 ,但碳薄膜耐磨寿命的提高幅度有限 ;当注入剂量达到并超过 5× 10 1 6 C+ /cm2 后 ,碳离子注入所引起的碰撞混合和化学混合作用直接导致碳薄膜与 Si O2 基体界面处的原子扩散以及 Si- C键的形成 ,从而大幅提高碳薄膜与基体的结合强度及其耐磨寿命 .     

铝-铝爆炸焊接界面的实验研究

对铝-铝同质金属爆炸焊接进行系列实验,研究不同装药比条件下焊接界面的变化特征。所得试件的金相照片表明,焊接界面均具有宏观波状,但其细观形貌又不同于文献报导的连续性波状界面。本次实验得到的三种界面随装药不同而分别呈正弦曲线型、点线型及纯点型,且后两者不再连续。最后利用爆轰波与金属壳表面相互作用理论进行分析,认为焊接界面细观形貌由射流厚度及堆积特征决定,其中界面连续性类似于水流连续性对流量的依赖,当射流厚度不足时难以形成连续界面。     

两相材料界面裂纹的起裂方向及断裂参量研究

采用FRANC2D软件研究了两相材料含界面裂纹的断裂特性。通过在材料界面利用CASCA手动生成界面裂纹并在裂纹尖端附近设置1/4奇异等参元,得到了界面裂纹的复应力强度因子;数值模拟得到了界面裂纹的起裂方向,并分析了界面裂纹的破坏特征。计算结果表明:1/4奇异等参元很好地描述了裂纹尖端场的1/r(1/2)奇异性,FRANC2D软件能够模拟界面裂纹的扩展方向,可以得到界面裂纹尖端的应力场和复应力强度因子,为界面裂纹的断裂特性的进一步分析提供依据。     

压力对煤在典型基体材料上冻粘强度的影响分析

为分析压力对煤在典型基体材料上冻粘强度的影响规律与原因,对不同压力下煤样在亲水性Q235基体材料和疏水性UHMWPE基体材料上的冻粘强度进行实验。实验数据表明:在两基体上煤样冻粘强度均随压力的增加而逐渐增加,Q235基体材料上冻粘强度大小约为UHMWPE基体冻粘强度的10倍;在Q235材料上,当煤样压力从0MPa增至0.75MPa时,冻粘界面处的煤泥冰大量增多,使其自身强度迅速增加,同时界面直接接触部位变得紧密,导致冻粘强度迅速增加,当压力从0.75MPa增至5MPa时,煤泥冰自身强度缓慢增加,导致冻粘强度缓慢增加;在UHMWPE材料上,当煤样压力从0MPa增至1.5MPa时,煤泥冰增多使其与材料表面接触面积迅速增加,直接接触部位也变得紧密,导致冻粘强度迅速增加;当压力从1.5MPa增至5MPa时,冻粘界面水分与材料表面接触更加充分,导致冻粘强度缓慢增加。实际使用中为减少冻粘时矿车或皮带输送机滚筒损伤,应尽量避免在冻粘强度随压力迅速增加阶段提高运煤量或运输功率。     

C2H2/Ar流量比对a-C:H涂层结构及摩擦学性能的影响

a-C:H涂层因具有高硬度、低摩擦系数及良好的化学惰性等性能,使其作为表面防护材料具有广泛的应用前景,而涂层中的H含量和sp2C/sp3C比值是影响其力学及摩擦学性能的重要因素. 本研究中采用非平衡磁控溅射技术在9Cr18钢表面制备了a-C:H涂层,对比研究了前驱体组成对不同结构含H碳膜的氢含量、微观结构、力学性能和摩擦学性能的影响. 结果表明:增大C₂H₂/Ar流量比,涂层的生长率及H含量逐渐增大,但致密性降低. 由于涂层中C-H键及致密性的变化,a-C:H涂层的硬度和弹性模量随C₂H₂/Ar流量比的增大而逐渐减小,但结合强度却先增大后降低. 当C₂H₂/Ar流量比低于4:3时,涂层表现出良好的减摩耐磨性能,当C₂H₂/Ar流量比高于4:3时,涂层的摩擦系数和磨损率出现了急增的现象. 总体而言,a-C:H涂层的摩擦系数和磨损率随C₂H₂/Ar流量比的增加呈现先增大后降低的趋势. 由于H原子的钝化作用及涂层力学性能的变化,使a-C:H涂层的磨损机制由磨粒磨损和黏着磨损变为磨粒磨损. 当C₂H₂/Ar流量比为1:1时,a-C:H涂层具有最低的摩擦系数(约为0.1)和磨损率[8.0×10?8 mm3/(N·m)],表现出最佳的力学及摩擦学性能,这种性能的变化与涂层中的H含量和sp2C/sp3C比密切相关.      

镍涂层对碳纳米管/镁复合材料界面结合强度影响的分子动力学模拟

使用分子动力学模拟方法研究了镍涂覆单壁碳纳米管(SWCNTs)增强镁基复合材料的力学行为.结果表明,镍涂覆SWCNT/Mg复合材料的杨氏模量显著大于未涂覆SWCNT/Mg复合材料的杨氏模量,在碳纳米管表面修饰的Ni涂层可有效传递碳纳米管和Mg基体之间的载荷.此外,还研究了Ni涂层数对SWCNT/Mg复合材料界面结合强度的影响.对于不同Ni涂层数,即无Ni涂层、1层Ni涂层和2层Ni涂层,涂覆1层Ni和2层Ni的SWCNT从Mg基体中完全拔出后的界面结合强度分别约为无Ni涂层SWCNT/Mg复合材料界面结合强度的3.9和11.9倍.