兔主动脉低温杨氏模量的实验研究

为进一步完善动脉低温保存过程中为解决低温断裂问题而建立的冻结过程的热应力分析物理模型,本文研究家兔主动脉血管从室温到-80℃温度范围内,杨氏模量随温度的变化情况和加抗冻剂CPA的影响。研究发现兔丰动脉低温冻结状态的杨氏模量随温度的降低而增大;加CPA对兔丰动脉血管冻结状态下的杨氏模量有影响,相同温度情况下加CPA试样的杨氏模量比不加CPA试样的要低。     

大小血管冻结过程中的热应力分析与裂纹观察

为了预测动脉低温保存过程中所受到的机械损伤,本文建立了一维轴对称弹性圆筒血管在低温下保存的热应力　计算模型,模拟计算了冻结过程中体积膨胀引起的热应力随时间变化及其在壁面的分布,通过计算了解降温速率和血管尺寸不同的影响。计算结果显示径向应力小于周向应力和轴向应力;降温速率越快,组织内部所受热应力越大,壁厚越厚,热应力越大;产生超过热应力极限值的降温速率比在血管壁上产生裂纹的降温速率小许多。计算分析的结果与实验观察到的裂纹情况相符。     

兔主动脉冻结膨胀行为及其影响因素的研究

文采用热机械分析仪(TMA)分别研究了低温保护剂(CPA)和冻结速率对兔主动脉冻结相变过程中膨胀的影响。研究结果表明:在兔主动脉的冻结过程中,先是逐渐膨胀到某一峰值,然后突然有收缩的发生;降温速率越大,其相应的热膨胀系数也越大;添加二甲亚砜(DMSO)大大增加了主动脉冻结过程的未冻水含量,从而对其冻结膨胀有明显影响,而且,DMSO浓度越大,其冻结膨胀系数越小。     

钽、铁、钨三种体心立方金属裂纹的多尺度模拟及韧脆性分析

采用多尺度准连续介质法计算模拟了钽、铁、钨三种体心立方(body-centered-cubic,BCC)金属的I型裂纹断裂过程.观察了加载过程中裂纹尖端区域原子的位错、孪晶等塑性变形现象,以及裂纹的脆性开裂和扩展现象.模拟结果表明,不同BCC金属材料的裂纹在相同的加载下有不同韧脆性表现.在一定变形范围内,钽裂纹主要表现出的是裂纹尖端附近区域原子的位错和形变孪晶等塑性变形现象;铁裂纹在变形过程中先后表现出了塑性变形和脆性扩展现象,与实验结果吻合;钨裂纹在变形过程中则主要变现出脆性扩展现象.计算了三种金属材料的广义层错能曲线,得到其不稳定层错能;并分别用两种不同的韧脆性准则,对三种材料断裂模型的韧脆性行为进行分析,计算分析结果与模拟结果一致,从而验证了模拟结果的正确性.     

冷冻速率对蚕豆热物性变化规律影响的实验研究

研究了不同冷冻速率下蚕豆热物性的变化规律。利用Hot Disk得到蚕豆在-30～30℃下的热导率变化曲线;通过DSC和低温冷冻实验台,冷冻速率在5～80℃/min条件下将蚕豆切片进行冷冻实验,得到了不同冷冻条件下冻结点、结晶点及比热容的变化规律。测试结果表明:蚕豆热导率随着温度的降低先减小再增大;冻结点随着降温速率的增大而增大;蚕豆的结晶点在降温速率小于20℃/min时出现浮动,但总体上,结晶点随着降温速率的增大而降低。在不同降温速率下,比热容随温度的变化规律基本相同,但在冷冻相变过程中发生剧烈变化。通过对冷冻过程中蚕豆热物性的实验研究,为冷冻干燥种子的传热传质分析提供了实验数据的支撑。     

利用声发射技术监测颗粒填充聚合物材料的裂纹扩展过程

 利用声发射技术监测了颗粒填充聚合物材料含单边缺口试样承受三点弯曲载荷时裂纹尖端形成损伤并断裂的全过程,明显地区分了裂纹尖端起裂和扩展的不同阶段,有效地识别了颗粒填充聚合物材料的破坏模式。研究表明,在承载状态下,裂纹尖端损伤起始和扩展分为3个阶段,且裂纹起裂至快速扩展存在一个演变过程;结合SEM观察结果,判定该材料的断裂模式以颗粒与基材的界面分离为主。     

晶体相场法研究应力状态及晶体取向对微裂纹尖端扩展行为的影响

采用晶体相场模拟研究了单向拉伸作用下初始应力状态、晶体取向角度对单晶材料内部微裂纹尖端扩展行为的影响, 以(111)晶面上的预制中心裂纹为研究对象探讨了微裂纹尖端扩展行为的纳观机理, 结果表明: 微裂纹的扩展行为主要发生在<011>(111)滑移系上, 扩展行为与扩展方向与材料所处的初始应力状态及晶体取向紧密相关. 预拉伸应力状态将首先诱发微裂纹尖端生成滑移位错, 进而导致晶面解理而实现微裂纹尖端沿[011]晶向扩展, 扩展到一定程度后由于位错塞积, 应力集中, 使裂纹扩展方向沿另一滑移方向[101], 并形成锯齿形边缘; 预剪切应力状态下, 微裂纹尖端首先在[101]晶向解理扩展, 并诱发位错产生, 形成空洞聚集型长大的二次裂纹, 形成了明显的剪切带; 预偏变形状态下微裂纹尖端则直接以晶面解理形式[101]在上进行扩展, 直至断裂失效; 微裂纹尖端扩展行为随晶体取向不同而不同, 较小的取向角度会在裂纹尖端形成滑移位错, 诱发空位而形成二次裂纹, 而较大的取向角下的裂纹尖端则以直接解理扩展为主, 扩展方向与拉伸方向几近垂直.     

Bi-2223/Ag超导带HT1降温工艺与Ic关系研究

热处理工艺对于Bi-2223/Ag超导带性能具有决定性作用,热处理过程中不适当的处理温度、保温时间以及在特定温区内不合适的升降温速率,都会导致Bi-2223/Ag带超导性能的降低.本文研究了在2223相基本生成之后第一次热处理(HT1)降温过程中影响临界电流Ic的温度范围和降温速率.实验证明,HT1 的降温过程对Ic有着不可忽视的影响.在800℃～200℃范围内任何附加的保温都会使Ic降低,其中尤以710℃～350℃严重.在此温度范围内,于21%O2分压气氛下,当2223相成相率为～80%时,小于70℃/h的降温速率将使Ic明显下降.XRD的结果发现,较高Ic样品总是含有相对含量为1.8%左右的2212相,在Ic较低的样品中却没有发现2212相,只是3221相稍多.SEM揭示:HT1后经附加热处理的样品中,2223相微裂纹增多,所析出的CuOy尺寸增大而且分布不均匀,这些都造成2223相的连接性变差,使Ic降低.     

无机玻璃动态压缩破坏的离散元模拟

利用离散元软件PFC~(2D)(Particle Flow Code)建立了分离式霍普金森压杆(SHPB)系统,模拟了无机玻璃圆柱和圆盘试件在冲击压缩下的动态力学行为和失效破坏模式。结果表明:无机玻璃作为典型的脆性材料,其抗压强度具有明显的应变率效应,而杨氏模量则对应变率不敏感;无机玻璃圆柱的破坏过程受纵向压力、端面摩擦力以及横向惯性力的影响,初期微裂纹呈三角状分布,随着纵向应力水平的提高,出现明显的泊松效应,产生横向张应力,致使微裂纹沿纵向扩展,最终试件发生沿轴向的劈裂断裂;摩擦系数和泊松比对试件破坏模式及强度有一定影响。将建立的SHPB数值实验平台用于模拟无机玻璃巴西圆盘试验,揭示了圆盘发生中心开裂的拉伸特征及拉伸强度的应变率相关性。     

极低温下Nb3Sn超导体单晶裂纹动态扩展模拟

研究Nb₃Sn超导体的损伤断裂行为对于揭示超导临界性能弱化背后的力学机制具有重要的意义。采用分子动力学模拟方法,研究了极低温下不含裂纹和含中心裂纹的Nb₃Sn单晶在力学拉伸变形作用下的断裂机制和裂纹扩展行为,同时分析了应变率效应对Nb₃Sn单晶断裂机制与裂纹扩展行为的影响。结果表明：不含裂纹的Nb₃Sn单晶在结构受力后出现滑移,滑移带上位错塞积导致应力集中,应力集中使原子键断裂从而萌生裂纹致使Nb₃Sn单晶断裂;而含中心裂纹的Nb₃Sn单晶则由于裂纹尖端应力集中使得原子键断裂形成微裂纹,裂纹扩展致使Nb₃Sn单晶断裂。Nb₃Sn单晶在不同的应变率下表现出不同的断裂机制,在低应变率下表现为脆性断裂,而在高应变率下表现为韧性断裂。     

金属玻璃的断裂机理与其断裂韧度的关系

本文选取了三种不同断裂韧度值的金属玻璃Zr41.25Ti13.75Ni10Cu12.5Be22.5,Ce68Al10Cu20Co2和Fe41Co7Cr15Mo14Y2C15B6,通过压缩实验测量了它们的应力-应变关系;样品断裂以后观察了其断口形貌,发现这三种金属玻璃具有不同的断裂模式.经过对这三种金属玻璃做缺口三点弯曲实验,利用数字散斑技术研究了缺口前端应变集中方向弹性应变场的演化过程.根据金属玻璃的屈服准则,阐述了不同断裂韧度值的金属玻璃的断裂机理.     

烧结NdFeB断裂方式及其断面的微观结构

 经熔炼、制粉、成型、烧结和回火等工序制备了成分为Nd₃₃Fe_65.95B_1.05（质量分数）的烧结NdFeB磁体,将铸锭样品和烧结磁体样品折断,并采用扫描电子显微镜和金相显微镜对二者的断裂方式和断面的微观结构进行了对比分析。结果表明：烧结NdFeB铸锭的断裂方式为沿晶断裂,断面处有较多的层状富钕相,多边形的主相较为完整;烧结NdFeB磁体既有沿晶断裂也有穿晶断裂,但是以沿晶断裂为主。分析造成烧结NdFeB磁体断裂的原因为：（1）其微观结构中有大量的孔洞等缺陷,这是外部原因;（2）微观结构中占主要成分的主相的维氏硬度为6 235.94 N·mm^-2,富钕相的维氏硬度为5 947.42 N·mm^-2,二者有较大的差距,这是本征因素。针对磁体中孔洞和夹杂等缺陷存在而造成的断裂提出了相应的解决措施。     

Compressive fracture characteristics of Zr-based bulk metallic glass

The compressive fracture characteristics of Zr-based bulk metallic glass under uniaxial compression tests are studied.The zigzag rheological behavior is observed in the compression stress-strain curves of amorphous alloys.At room temperature the uniaxial compression fracture takes place along the plane which is at a 45-degree angle to the direction of the compressive stress.The microstructure of a typical fracture pattern is the vein network.A unique,finger-like vein pattern is found to exist at the fractur...     

考虑水力压裂缝和天然裂缝动态闭合的三维离散缝网数值模拟

基于嵌入式离散裂缝模型, 提出一种可在三维空间中考虑应力状态影响的裂缝动态闭合表征方法。将任意方向裂缝的开度和渗透率考虑为作用在裂缝平面法向有效应力的函数, 同时用裂缝传导率变化表征支撑剂充填的水力压裂缝与被开启的天然裂缝由于油藏开发过程中地层流体压力下降而发生的动态闭合行为。研究表明: 致密油藏开发以缝控储量为主。对压裂水平井进行产能评价时, 裂缝动态闭合会导致产能的部分损失, 其影响不可忽略; 水力压裂缝的支撑剂材料属性及天然裂缝的刚度是其中的主控因素。因此需要增大支撑剂的浓度、粒径大小并改善支撑剂的性质, 在最大程度上降低裂缝闭合对生产的不利影响。     

短脉冲载荷下金属材料的层裂破坏

 本文用点炮加载聚酯薄膜飞片撞击金属靶材料，飞片速度0.714~2.24 km/s，脉冲宽度40~80 ns，击靶压力为2.280~11.952 GPa。在回收的铝、铜和钢靶样品上观察到层裂现象。通过金相分析发现它们的破坏方式与在一般较长脉冲加载下的破坏方式相似，铝和铜以延性方式破坏；钢则以脆性方式破坏。一维和二维数值模拟结果表明通常的几种层裂判据在这个应力、应变和应变率范围内也基本上适用。     

裂缝诱导TTI双孔隙介质波场传播特征

本文在考虑油藏内流体影响的基础上, 进一步讨论了裂缝诱导各向异性的极化角和方位角的影响, 对裂缝诱导TTI (tilted transverse isotropy)双孔隙介质模型进行了研究. 在裂缝诱导HTI (horizontal transverse isotropy)双孔隙介质理论的基础上, 用Bond变换推导了裂缝诱导TTI双孔隙介质的柔度系数矩阵和耗散系数矩阵, 从而建立了介质的一阶速度应力方程. 采用交错网格高阶有限差分法及PML边界条件, 对xoz平面内的2.5维矢量波动方程进行了数值模拟. 结果表明,裂缝的极化角和方位角的存在都会导致横波分裂, 而在双层裂缝诱导TTI双孔隙介质模型的分界面上,又会产生转换波的分裂和横波的再分裂现象, 这就增加了波场的复杂性, 从而为进一步研究实际地球介质的地震波场传播特征奠定了基础. 关键词： 裂缝诱导TTI 双孔隙 裂缝极化角 裂缝方位角     

Effect of electric field,stress and environment on delayed fracture of a PZT-5 ferroelectric ceramic

The combined effect of electric and mechanical loading on fracture of a PZT-5 ferroelectric ceramic in silicone oil has been investigated using a single edge notched specimen. The results show that the fracture toughness and the threshold stress intensity factor of delayed fracture in silicone oil, i.e. stress corrosion cracking, decrease linearly with the increasing applied electric field, either positive or negative. For the PZT-5 ferroelectric ceramics, delayed fracture in silicone oil under sustained positive or negative field can occur, and the threshold field for delayed fracture under sustained positive or negative field decreases linearly with applied stress intensity factor. The combined effect of electric and mechanical loading on delayed fracture in silicone oil includes field-enhancing delayed fracture under sustained load and stress-enhancing delayed fracture in silicone oil under sustained field.     

Shear and distensile fracture behaviour of Ti-based composites with ductile dendrites

The room-temperature deformation and fracture behaviour of Ti-based composites with ductile dendrites, prepared by copper mold casting and arc-melting techniques, was investigated. Under compressive loading, the Ti-based composites display high fracture strength (about 2000?MPa) and good ductility (about 4 or 10%). The yield strength of the Ti-based composites is relatively low (about 565–923?MPa). However, they have a large strain-hardening ability before failure, due to the interactions between shear bands and dendrites. For the arc-melted Ti-based composites, fracture often occurs in a shear mode with a high plasticity (about 10%). In contrast, the cast Ti-based composites break or split into several parts with a compressive plasticity of 4%, rather than failing in a shear mode. A new fracture mechanism, i.e. distensile fracture, is proposed for the first time to elucidate the failure of the as-cast Ti-based composites. Based on the difference in the fracture modes of the differently prepared composites, the relationships between shear and distensile fracture mechanisms and the corresponding fracture criteria are discussed.     

天然裂缝储层压裂定向井稳态产量的蒙特卡洛计算

针对各向异性天然裂缝储层,蒙特卡洛随机模拟天然裂缝分布,从统计学角度表征天然裂缝参数,根据势叠加原理,把天然裂缝和人工裂缝当成独立的源进行势叠加,考虑天然裂缝和人工裂缝的耦合作用,建立压裂定向井稳态产量计算公式.计算结果表明,基于蒙特卡洛的天然裂缝模拟能从统计学角度反映产量变化趋势,能快速分析压裂定向井稳态产能.     

Anisotropic fracture behaviour and brittle-to-ductile transition of polycrystalline tungsten

The fracture behaviour of polycrystalline sintered and rolled tungsten rods was investigated from ?150°C to 950°C by means of three-point bending tests and electron microscopy where special attention was drawn to the influence of the microstructure. This thorough investigation demonstrates the positive impact of the crystallographic and grain shape anisotropy in tungsten. Specimens extracted along the rolling direction exhibit twice as high fracture toughnesses and a significantly reduced brittle-to-ductile transition temperature than the other two investigated orientations. Furthermore, these specimens show a change in their fracture mode from transgranular to intergranular fracture with crack deflection occurring around 270°C. In an in situ SEM fracture test, the origin of this crack deflection could be clarified. Finally, a fracture mechanics model is presented which predicts correctly the transition between the two fracture modes and which gives an energy criterion suitable to interpret experimental fracture results.