不同管径氧化钛纳米管层的微动磨损性能

利用阳极氧化法在纯钛表面制备了3组平均内径不同的TiO2纳米管层试样,用扫描电子显微镜、硬度仪和轮廓仪对试样表面形貌、显微硬度、纳米硬度和粗糙度进行测试.在大气环境里,以球/平面接触方式,对摩偶件为超高分子聚乙烯球,采用PLINT高精度液压伺服式微动磨损试验机,分别在4种法向载荷下,对试样进行微动磨损试验.结果表明:随法向载荷的增加,同一摩擦副的摩擦系数降低;TiO2纳米管层的存在降低了钛与UHMWPE之间的摩擦系数,在不同载荷下纳米管层表面的摩擦系数均随管径的增大而增大,但低于无纳米管层的对照组;与UHMWPE对摩,TiO2纳米管层有很好的承载、抗剥离和耐磨性能;摩擦副的主要磨损机理为磨粒磨损、UHMWPE塑变导致的表层材料损失.     

钛基纤维炸药水下爆炸性能的初步分析

通过爆炸压力时程曲线分析含钛纤维炸药的压力峰值、水下比冲击波能、比气泡能、质量能量及能量密度变化趋势,通过对所得能量结果分析钛纤维炸药的化学反应过程。结果表明:含钛纤维炸药的压力峰值、比冲击波能随钛纤维含量的提高而降低,比气泡能随钛纤维含量的提高而增大,质量能量及能量密度都随钛纤维含量的提高而增大。随距离的增大,钛纤维炸药压力峰值衰减比RDX的慢,而不同钛纤维含量的钛纤维炸药的比冲击波能、比气泡能在不同距离处随钛纤维含量变化趋势基本一致。根据炸药反应释放的总比能量进行理论分析,得出钛纤维炸药爆炸反应方程式。     

各向异性钛板双向拉伸的胡克定律屈服条件和强化效应研究

本文从各向异性理论出发,研究了TA_2钛板,双向拉伸的胡克定律.屈服条件和强化效应,经过系统试验证明:(1)TA_2钛板有明显的各向异性,导出的双向拉伸胡克定律适用于TA_2钛板双向受拉结构的应力应变计算;(2)TA_2钛板有明显的双向强化效应,其双向屈服强度比其单向屈服强度大44～51%;(3)Hill 的1948各向异性屈服条件适用于TA_2钛板结构的强度设计。     

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。     

钛合金表面Ti-Al合金扩散层的摩擦性能研究

利用双层辉光离子渗金属技术,以纯铝作为源极,氩气为工作气体,利用不等电位空心阴极效应在钛合金(Ti6Al4V)表面渗铝,形成均匀致密的钛铝合金扩散层,采用WTM-1型球-盘摩擦磨损试验机对钛合金表面钛铝合金扩散层的摩擦性能进行研究,用显微硬度仪测量渗层的显微硬度,并用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察分析钛铝合金扩散层的截面形貌和相结构.结果表明:在Ti6Al4V合金基材表面形成厚20 μm的钛铝合金扩散层,其表面显微硬度达810HV;钛铝合金扩散层主要由金属间化合物Ti3Al和TiAl组成;钛铝合金扩散层可以显著提高钛合金表面的摩擦性能,摩擦系数从0.35左右降至0.15,抗磨损性能大幅提高.     

苯甲酸/硬脂酸钛基润滑脂摩擦磨损性能研究

在实验室制备出苯甲酸/硬脂酸钛基润滑脂,考察了复合钛基润滑脂的摩擦磨损性能及承载能力,并与成品锂基和脲基润滑脂进行对比,利用扫描电子显微镜观察钢球的磨斑表面形貌,并用X射线光电子能谱仪分析钢球磨斑表面主要元素的化学状态.结果表明,复合钛基润滑脂具有较好的减摩耐磨性能和极压承载能力,其摩擦系数与锂基、脲基润滑脂相当,磨斑直径与锂基润滑脂接近,略高于脲基润滑脂的磨斑直径,极压承载能力低于脲基,与锂基相同.在复合钛基润滑脂润滑下,钢球的主要磨损特征为轻微的黏着磨损,其减摩抗磨机制为在摩擦表面生成含钛元素的化学沉积膜.     

镍钛记忆合金自补偿磨粒磨损性能研究

研究了高临界温度镍钛记忆合金一维自补偿磨粒磨损特性.结果表明,在一定温度下,镍钛记忆合金在摩擦过程中具有形状恢复能力,从而产生一维磨损自补偿作用.超弹状态镍钛记忆合金具有热弹性马氏体相变、高阻尼、应力感生马氏体、超弹性、高应变硬化指数和时效弥散析出强化等特性,这使得硬度较低的镍钛合金的耐磨性能远优于硬度较高的淬火45#钢.利用超弹状态镍钛记忆合金的磨损自补偿作用可望开发出新型抗磨形状记忆合金产品.     

钛基片的化学机械抛光技术研究

采用化学机械抛光（CMP）方法对钛基片进行纳米级平坦化处理,通过系列抛光试验优化抛光液组成和抛光工艺条件后,得到AFM-Ra为0.159 nm的纳米级抛光表面和156.5 nm/min的抛光速率。抛光液的电化学分析结果表明：二氧化硅颗粒和乳酸在钛表面有不同程度的吸附缓蚀作用,氨水和F-的络合、扩散作用能破坏缓蚀膜层,两者的中间平衡状态才能得到最佳抛光效果。抛光后钛表层XPS测试结果显示钛表层经过化学氧化形成疏松氧化层后,再通过磨粒和抛光垫的机械作用去除。     

多晶纯钛在高应变率不同温度下的拉伸力学行为实验研究

利用MTS809和自行研制的旋转盘冲击拉伸试验机,对多晶纯钛进行了应变率为0.001s-1和300s-1、温度为298K至973K的拉伸试验和应变率为300 s-1不同温度下的冲击拉伸复元试验,得到了多晶纯钛的拉伸应力应变曲线和高应变率等温应力应变曲线。试验结果表明,多晶纯钛的拉伸力学行为具有应变率和温度相关性。采用修正的Johnson-Cook模型进行数值拟合,结果表明,该本构模型能较好地表征多晶纯钛在试验应变率和温度范围内的拉伸力学行为。     

纯铜表面双层辉光离子渗钛合金层的摩擦磨损性能

采用双层辉光离子渗金属技术，在纯铜表面形成含钛的合金渗层；采用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌，并分析了磨损机理．结果表明：纯铜表面经离子渗钛后形成了以金属问化合物Cu4Ti和含钛的α固溶体为主的合金渗层，从而使表面强度提高，磨损性能明显改善；纯铜磨损表面呈撕裂特征，而离子渗钛试样仅发生轻微擦伤．     

海洋平台管节点应力分析研究工作展望

本文在我国目前海洋平台管节点研究工作的基础上,提出今后管节点应力分析研究的几点意见,包括对复杂管节点及组合载荷作用下的研究,管节点静强度应从冲剪强度准则转向极限强度准则的研究,弹-塑性分析的研究,以及管节点局部变形的研究等.对上述研究方向的目的、意义及作法等提出了看法.      

土的各向同性化变换应力方法

在不同方向的力学参数、结构特性及应力应变关系的不同为材料的各向异性, 建立能够反映这种复杂特性的强度准则、本构模型, 对于材料本构关系的研究具有重要的理论意义. 但材料的各向异性一直是其力学特性描述的难点, 对此, 郑泉水院士提出了各向同性化定理, 为后续研究解决材料的各向异性问题提供了方向及思路. 作者等针对土的应力诱导各向异性提出了变换应力方法, 这种方法同样遵循对材料进行各向异性问题各向同性化处理的思路, 与郑泉水院士的各向同性化定理是一脉相承的, 也是对各向同性化定理的发展. 本文旨在通过分析各向同性化定理与变换应力方法明确两者间的内在联系, 并以土材料的应力诱导各向异性处理为例, 说明在具体材料的各向异性处理过程中面临的现实问题以及变换应力方法是如何解决这些问题的. 分析并给出了变换应力方法应用时的三个合理假设, 推导出了具体的变换应力数学公式, 阐明了在考虑土的应力诱导各向异性的具体函数已经给出的情况下, 在构造土的弹塑性本构模型中采用变换应力方法的必要性.      

不同加载状态下TA2钛合金绝热剪切破坏响应特性

一般认为绝热剪切现象在宏观上表现为材料动态本构失稳,即热软化大于应变硬化.本文采用帽型受迫剪切试样研究TA2钛合金的动态力学特性和本构失稳过程.首先对剪切区加载应力状态进行理论和数值分析,通过合理设计帽型试样,剪切区变形可近似按剪切状态处理;结合二维数字图像相关法(two-dimensional digital image correlation,DIC-2D)直接测试试样剪切区应变演化,给出帽型受迫剪切实验的等效应力-应变响应曲线.进一步,利用Hopkinson压杆对TA2钛合金开展动态压缩及帽型剪切对比试验研究,比较压缩、剪切试验得到的等效应力-应变曲线,采用"冻结"试样方法分析试样中绝热剪切局域化演化过程,探讨不同加载状态下TA2钛合金的绝热剪切破坏现象及其动态力学响应特性.实验结果表明,在塑性变形初始阶段,动态压缩及剪切加载下的等效应力-应变曲线符合较好,但随塑性损伤发展及绝热剪切带形成,两者出现分离,表明损伤及绝热剪切演化过程与应力状态相关.剪切试样实验得到的本构"软化"特性能够反映绝热剪切带起始、破坏演化过程的力学响应特性,而在动态压缩实验中,即使试样中已出现双锥形的绝热剪切带及局部裂纹分布,其表观等效应力-应变曲线并不出现软化特征,动态压缩实验无法得到关于绝热剪切起始、发展以及破坏的本构软化响应特性.     

AN ANALYSIS OF THE EFFECTS OF SYMMETRICAL TILT GRAIN BOUNDARIES ON THE PLASTIC DEFORMATION

A numerical investigation on the simple polycrystals containing threesymmetrical tilt grain boundaries(GBs)is carried out within the framework of crystalplasticity which precisely considers the finite deformation and finite lattice rotation aswell as elastic anisotropy.The calculated results show that the slip geometry and theredistribution of stresses arising from the anisotropy and boundary constraint play animportant role in the plastic deformation in the simple polycrystals.The stress levelalong GB is sensitive to the load level and misorientation,and the stresses along GB aredistributed nonuniformly.The GB may exhibit a softening or strengthening feature,which depends on the misorientation angle.The localized deformation bands usuallydevelop accompanying the GB plastic deformation,the impingement of the localizedband on the GB may result in another localized deformation band.The yield stresseswith different misorientation angles are favorably compared with the experimentalresults.     

轴压FRP-混凝土-钢混合双管短柱数值模拟研究

为探讨FRP-混凝土-钢混合双管短柱的受压性能和约束机理,采用非线性有限元分析程序ANSYS,选取不同单元类型模拟不同制作方式的FRP管。假定混凝土达到抗压强度后强度不变,对轴压下FRP-混凝土-钢混合双管短柱受力过程进行了数值模拟。分析表明,数值计算结果与试验结果吻合良好,数值分析得出FRP-混凝土-钢混合双管短柱有...     

Transient torsional wave propagation in a transversely isotropic tube

Summary By use of the separation of variables method and the Laplace transformation, the two-dimensional transient torsional wave propagation problem in a transversely isotropic tube is studied when a torque is suddenly applied to its end surface. The results show that, for the discontinuous distribution of the impact shear stress, the region of the 2D stress distribution in a transversely isotropic tube becomes large with the increase of the anisotropy of the material. Received 13 June 1997; accepted for publication 17 June 1998     

大型引射筒呼吸振动破坏机理的实验和模拟研究

针对某大型引射筒结构,通过有限元模拟分析,找到了对应于纵向裂纹的引射筒花瓣状呼吸振动模态及其频率;应用动应力分析,发现引起该引射筒破坏的频率主要集中在200～300 Hz的低频段.并进行了相关的模态试验,得到了典型的呼吸振动模态及频率,与计算结果进行了对比;结果表明计算与试验符合得很好,验证了数值建模与分析的合理性.     

再结晶组织对TA2纯钛绝热剪切行为的影响

使用二辊轧机对TA2工业纯钛进行多道次大应变冷轧处理,制备了冷轧总变形量为70%的TA2纯钛板。通过对冷轧TA2纯钛板进行500℃加热、不同保温时间的退火处理,获得了具有不同再结晶组织的钛板。基于帽形试样和限位环变形控制技术,在分离式霍普金森压杆装置上对不同再结晶组织的试样进行动态冲击冻结实验,结合光学显微镜和扫描电子显微镜表征试样冲击前后微观组织的变化,研究了再结晶组织对TA2纯钛绝热剪切行为的影响。结果表明,随着退火保温时间的延长,试样再结晶晶粒占比逐渐增大,晶粒分布由分散向局部聚集转变;在相同应变和应变率下,在所有试样中都观察到了绝热剪切带,再结晶晶粒占比高的试样更易诱发绝热剪切带中裂纹形核扩展。对比变形前后试样再结晶组织和几何必需位错变化,结合剪切区整体温升分析发现,再结晶晶粒作为材料软化点能够诱发剪切带的形成,而剪切带发展后期产生的绝热温升会促进剪切带内材料发生二次再结晶,提高剪切带内材料的韧性,延缓剪切裂纹的形成。     

Analysis of residual stresses in cylindrically anisotropic materials

Metal-forming operations leave residual stresses in formed parts due to nonuniform deformation occurring during the process. An exact method of determining the longitudinal, radial and circumferential (tangential) residual stresses in axisymmetric specimens was proposed by Mesnager¹ and further developed by Sachs². The boring-out technique can be complemented by a similar procedure in which strains are measured on the inner surface of the tube when material is removed from the outer surface.The work proposed in this paper extends previous analyses of residual stresses to the case where the material exhibits cylindrical elastic anisotropy, i.e., the principal axes of anisotropy correspond to the longitudinal, radial and circum-ferential directions of the tube. In addition, the present analysis considers the case in which a residual-shear stress, developed by twisting the tube about its axis, exists in the tube. When such shearing stresses are present, the principal axes of the residual-stress distribution are not parallel to the principal axes of the tube.     

氧化锆口腔种植体的动态植入过程分析与设计

在牙科种植领域常使用的种植体材料多为纯钛或钛合金,然而钛金属种植体存在美学缺陷及潜在的致敏可能等问题.氧化锆陶瓷由于其高强度、美观性与生物相容性被认为是钛金属种植体的理想替代品,但目前国内对于氧化锆种植体的研究仍处于起步阶段.本文通过对氧化锆种植体及骨组织进行有限元建模,并对种植体的动态植入过程进行仿真,分析了骨组织内部的应力-应变状况.结果发现,随着植入深度的增加,种植体与骨组织的接触面积增大,松质骨内应力增加.考虑到骨组织的具体结构,将松质骨内的最大应力-应变作为分析的主要对象,结合损伤分析,对种植体模型进行了优化.此外,还设计了3种具有自攻刃设计的种植体模型,分别进行应力应变分析后确定了最优设计.之后建立了具有自攻刃设计的种植体模型,并模拟了临床的3种植入方案:螺纹成形、螺纹切割、螺纹成形与切割进行分析,通过分析得到螺纹成形与切割种植方案更为安全的结论.本文结果可以指导氧化锆种植体的结构设计以及植入时的条件设定等,为我国自主研发的氧化锆种植体进行了理论指导,为其早日进行临床应用指明了方向.