含有小尺寸分层缺陷复合材料压力容器的应变响应及分析

采用乙烯基酯树脂预浸料,利用缠绕法制造了ECR耐腐蚀玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料压力容器,在水压试验过程中基于电测法测量压力容器筒体的应变变化情况,结合Abaqus/Explicit有限元模拟重点预测了含有内部分层缺陷的压力容器在外载荷作用下的应变响应。试验和模拟结果表明:该有限元模型的结果与实验结果的相对误差小于12%;当含有内部分层缺陷(缺陷直径分别为10、20、30、40和50 mm)的复合材料压力容器受到位移载荷时,周向应变是主要应变,最大纵向应变和Mises应力位置与加载位置重合,且最大Mises应力随分层面积的增加而增大。     

含有缺陷3C-SiC陶瓷拉伸性能的分子动力学模拟

SiC纤维增韧SiC基复合材料(SiC_f/SiC)由于其优越的性能而成为新一代核能系统重要候选材料之一.材料中的缺陷会使材料的力学性能发生变化,本文运用分子动力学程序LAMMPS模拟计算了分别含有空位、微空洞和反位替代三种缺陷的3C-SiC结构体系沿[100]方向的拉伸变形过程,原子间相互作用采用Tersoff多体势描述.通过模拟得到不同缺陷体系的应力—应变曲线和拉伸过程中体系能量,通过分析应力-应变曲线,得到了不同缺陷体系的杨氏模量、断裂应变、拉伸强度随缺陷"浓度"的变化关系,最后分析了3C-SiC拉伸断裂机理.研究结果表明,空位和微空洞对杨氏模量、拉升强度的影响类似,都是随着缺陷"浓度"的增加而减小,反位替代缺陷使体系的杨氏模量随缺陷"浓度"的增加而增大.     

拉伸法测Vicryl缝合线的力学性能

在FD-YC-II型杨氏模量测定仪的基础上,用JCD3型读数显微镜代替JC10型读数显微镜.在室温下利用拉伸法测1-0型Vicryl缝合线加载卸载时的轴向伸长量,得到了Vicryl缝合线的应力-应变曲线、拉伸强度为518.824 MPa、断裂伸长率为14.087%、屈服应力为76.8 MPa、屈服应变为1.57%,杨氏模量为81.505 MPa.最后测定了Vicryl缝合线的应力-应变滞后回线.     

压缩载荷下UHMWPE纤维复合材料层合板的力学性能与失效分析

为获得超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维复合材料层合板在静、动态压缩载荷下的力学性能与失效模式,采用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆对材料进行面外方向的压缩实验,获得了不同应变率下材料的应力-应变关系。通过扫描电子显微镜观察材料微观失效形貌,分析了材料的失效模式。结果表明,UHMWPE纤维复合材料层合板在应变率较低(6.7×10^-3～6.7×10^-2 s^-1)且相差较小时,无应变率效应;在高应变率(2.05×10³～5.27×10³ s^-1)下,材料具有明显的应变率效应。压缩强度随应变率的增加而增大,动态增强因子逐渐增大,具有明显的应变率强化效应。静态压缩载荷下,材料的主要破坏模式为纤维的拉伸、断裂;动态压缩载荷下,材料的主要破坏模式为纵向位错分层。     

强激光对燃烧室壳体的热-力毁伤研究

基于ANSYS有限元软件, 按有无内压作用, 分别对激光辐照下燃烧室壳体的温度场、热应力、应变与损伤进行了计算与分析.分析表明, 壳体的温度场分布与光束的功率分布一致, 光斑中心温度最高.壳体中应力最大值不在光斑中心, 而是位于光斑边缘处, 在壳体吸收的激光功率密度超过1 000 W/cm²时, 壳体中应力大于材料的强度极限, 壳体均会发生软化.在存在内部燃气压力的情况下, 壳体应力会产生局部集中, 沿壳体环向表面通过光斑中心中轴线区域很有可能裂口;相比较无内压的壳体, 存在内压的壳体中的应力和产生的形变均大于无内压时的壳体.因此, 为达到相同的毁伤效果, 在存在内压的情况下, 可以适当的降低激光的辐照强度.     

强激光对燃烧室壳体的热-力毁伤研究

基于ANSYS有限元软件,按有无内压作用,分别对激光辐照下燃烧室壳体的温度场、热应力、应变与损伤进行了计算与分析.分析表明,壳体的温度场分布与光束的功率分布一致,光斑中心温度最高.壳体中应力最大值不在光斑中心,而是位于光斑边缘处,在壳体吸收的激光功率密度超过1 000W/cm2时,壳体中应力大于材料的强度极限,壳体均会发生软化.在存在内部燃气压力的情况下,壳体应力会产生局部集中,沿壳体环向表面通过光斑中心中轴线区域很有可能裂口;相比较无内压的壳体,存在内压的壳体中的应力和产生的形变均大于无内压时的壳体.因此,为达到相同的毁伤效果,在存在内压的情况下,可以适当的降低激光的辐照强度.     

3D打印贝壳仿生复合材料的拉伸力学行为

采用硬质和软质双组分材料,通过调控两种基体材料的装配夹角,采用光固化3D打印技术制备了不同装配方式的仿贝壳珍珠层复合材料,开展了准静态拉伸实验,结合扫描电镜观察,分析了其拉伸力学性能、断裂及能量耗散机理。研究结果表明,保持胞元边长不变,随着面内装配角度增加,仿贝壳珍珠层复合材料的强度呈线性增加趋势,断裂应变呈线性减小的趋势;随着面外装配角度增大,断裂应变呈线性减小趋势,而强度在面外装配角小于45°时呈增强趋势,超过45°时趋于稳定;面外装配角度为45°时,材料的强度达到最大值。试样在断裂前主要通过硬质材料的拔出、软/硬相界面处微裂纹的生成及微裂纹在扩展过程中的合并和偏转等方式耗散能量。     

纳构件加工后的力学特性

"采用分子动力学模拟的方法,运用镶嵌原子模型,研究了经过刻划后的单晶铜纳构件在不同拉伸速度条件下的力学行为. 通过原子位图、缺陷原子透视图、径向分布函数及应力-应变关系研究加工后纳构件在拉伸负载作用下的变化特性,并与理想单晶铜纳构件进行对比分析．模拟结果表明,加工后的纳构件的屈服强度较理想纳构件的屈服强度有明显下降,屈服强度随着刻槽深度的增加而下降,而且屈服强度对刻槽方向和拉伸速度敏感;纳结构在拉伸负载作用下,其应力应变关系出现了双峰形式,即工作硬化现象,二次屈服后表现为Z字形逐波下降形式．刻划深度、刻划     

激光冲击强化对AM50镁合金性能和结构的影响

采用激光冲击强化(LSP)处理方法研究了激光冲击强化对AM50铸造镁合金深度方向的晶粒结构、显微硬度和残余应力的影响。结果表明,经过单次冲击强化后,合金表层的显微硬度值、残余压应力值均有明显改善;在冲击强化层,原始粗晶明显细化,表层显微硬度值提高了19%,残余压应力达到-225 MPa,且显微硬度提高区、晶粒细化层及残余压应力层的深度明显增大;当冲击次数增加到2次时,显微硬度、晶粒尺寸和残余应力得到进一步改善。     

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。     

层厚度和应变率对铜-金复合纳米线力学性能影响的模拟研究

采用分子动力学模拟方法, 研究了层厚度和应变率对铜-金多层复合纳米线在均匀拉伸载荷下力学性能的影响, 并分析了铜-金位错成核机理. 研究结果表明, 随着铜-金层厚度的增加, 复合材料的屈服强度也随之增大; 高应变率时复合材料的力学性能比低应变率时要强, 低应变率的塑性形变主要是位错运动和孪晶形变, 而高应变率主要以单原子运动为主, 表现出了非晶化. 该研究对制备高性能的多层复合材料提供了一定的理论依据.     

含缺陷的石墨烯对增强树脂基复合材料力学性能的影响

基于分子结构力学和多尺度方法,采用有限元商业软件ABAQUS,针对石墨烯存在的几种缺陷,构建了含有不同数量的双原子空缺缺陷和Stone-Wales(S-W)缺陷的石墨烯增强环氧树脂复合材料的有限元模型,研究了石墨烯的缺陷在不同石墨烯体积分数下对复合材料弹性模量以及界面层应力传递的影响。数值模拟结果表明,随着石墨烯体积分数的增加,完美石墨烯和缺陷石墨烯增强环氧树脂复合材料弹性模量均呈现线性上升。其次,缺陷种类和数量之间的结果对比表明,空缺缺陷会明显降低复合材料的弹性模量,且随着缺陷数量的增加,变化更明显。而S-W缺陷在一定程度上增加了复合材料的杨氏模量,对于剪切模量,则出现下降趋势。另外,界面层的应力传递一定程度上反映了缺陷对复合材料的影响。     

缺陷位置对单层石墨烯拉伸形变的影响

采用AIREBO势函数,对含有多种空位缺陷的单层石墨烯进行分子动力学拉伸模拟,计算不同空位缺陷的位置和排布结构对单层石墨烯应力-应变的影响.结果表明：石墨烯拉伸过程中空位缺陷对其力学性能影响较大.石墨烯内缺陷位置、缺陷排布对拉伸过程中发生的撕裂现象有不同程度的影响.对比分析发现,远离石墨烯边界的空位缺陷对其力学稳定性影响较大.通过控制石墨烯中缺陷的位置,可实现对其力学性能的调控.     

高压下国产六面顶压机铰链梁和工作缸的应力分析

运用有限元理论,基于ANSYS对国产六面顶压机的铰链梁、工作缸和销轴进行了接触分析。模型中首次引入销轴,约束销轴的运动,使凸耳处的载荷情况更接近实际工况,避免了对铰链梁和工作缸单独分析所进行的大量近似和简化。模拟结果表明:铰链梁上的vonMises应力峰值主要分布在凸耳内通孔处,最大应力值为348.32 MPa;工作缸上的von Mises应力峰值主要分布在工作缸底部圆弧处,最大应力值为242.87 MPa;应力峰值均低于许用应力(486.67 MPa)。模拟结果得到了大量高压实验的验证。     

单层MoSSe力学性质的分子动力学模拟研究

硫硒化钼(MoSSe)是一种新型二维“双面神”半导体材料,具有丰富的物理、化学、力学与电学性质.本文基于Stillinger-Weber势函数,采用分子动力学模拟方法对不同温度下的完美和含晶界MoSSe单层结构展开详细的力学行为分析.结果表明:完美单层MoSSe结构的力学性能呈现明显的各向异性;在单向拉伸作用下,其杨氏模量、强度极限和极限应变均随温度的升高而降低;当温度低于100 K时,沿锯齿形手性方向受拉伸作用的单层MoSSe结构发生由六环蜂窝相向四方相的相变,新四方相的杨氏模量约为原相结构的1.3倍且强度显著提升;当温度高于100 K时,沿锯齿形手性方向拉伸呈现脆性断裂;含晶界单层MoSSe结构受拉伸作用首先在晶界处产生裂缝,并逐步扩展至整个结构后断裂.锯齿形偏向晶界结构的强度随倾斜角度的增大而降低,扶手椅形偏向晶界结构也呈下降趋势.本研究对基于单层MoSSe的电子器件的强度设计和性能优化具有重要指导意义.     

围压作用下伟晶辉长岩的能量特性及破坏模式分析

为探究围压条件下伟晶辉长岩的能量释放与破坏模式的关系,利用霍普金森压杆和LS-DYNA数值模拟软件对伟晶辉长岩开展了不同围压和不同冲击速度下的动态力学性能测试,分析其在不同围压和应变率下的能量释放特征及破坏规律。结果表明：高围压下,试样无明显塑性变形阶段,且围压状态对高应变率下的动态抗压强度有抑制作用,当冲击气压高于0.4 MPa时,动态抗压强度的增长趋势放缓;应变率和围压对伟晶辉长岩的能量与破坏模式有显著影响。随着围压的升高,试样的反射能占比增大,而透射能占比减小;能耗密度随应变率的增加而增大,当应变率为95 s^-1时(对应的冲击气压为0.4 MPa)出现拐点,同时高围压下的能耗密度大于低围压下的能耗密度。对于处于围压下的试样,其破坏断面多带有一定的角度,通过LS-DYNA有限元软件模拟了试样在围压下的动态破坏过程,发现中低围压下试样多呈剪切破坏,而高围压下试样有多条剪切裂纹发育贯通,呈复合破坏模式。     

水对无定形SiO2拉伸特性影响的反应分子动力学模拟

潮湿对SiO₂的强度有重要影响. 采用反应场分子动力学模拟方法,研究液态水对无定形SiO₂ （a-SiO₂）准静态拉伸特性的影响. 准静态拉伸模拟的结果表明,在干燥条件下,a-SiO₂的拉伸强度为9.4 GPa,而在含液态水时则下降为4.7 GPa,表明液态水使得a-SiO₂拉伸强度发生显著下降. 根据应力-应变曲线分析可知,干燥条件下a-SiO₂结构的刚度随着拉伸应变的增加保持稳定,而含液态水的a-SiO₂刚度随着拉伸应变的增加而逐步降低,并且应变为16%–20%时的应力-应变曲线类似于金属的屈服现象. 通过对拉伸过程的原子图像分析可知,含液态水a-SiO₂的拉伸过程并没有发生塑性变形,而是因为应力增大加速了水解反应,使得应力-应变曲线表现出上述塑性现象. 关键词： 2')" href="#">无定形SiO₂ 机械强度 水 分子动力学模拟     

傅里叶变换红外光谱研究拉伸过程中应压木主要化学组分的响应规律

应压木的适应性生长导致了针叶树木材化学性质发生变化,其中微纤丝角的变大主要引起木材主要化学组分变形机制发生了变化,影响其力学性质。以马尾松应压木和正常材为研究对象,通过傅里叶变换红外光谱对比研究应压木和正常材在拉伸过程中木材主要化学组分官能团的变化规律差异,对研究应压木力学性能变化的分子响应机制具有重要意义。结果表明:应压木的微纤丝角为35.17°±2.30°,而正常材为15.15°±1.61°;应压木和正常材的顺纹抗拉强度分别为(45.37±3.41)和(109.75±11.87) MPa,弹性模量分别为(18.10±0.76)和(70.95±6.60) MPa,但应压木的屈服变形大于正常材,破坏点的应变值约为正常材的3倍。傅里叶变换红外光谱结果表明:应压木和正常材纤维素中糖苷键C—O—C(1 161 cm~(-1))和纤维素分子内氢键O(3)H…O(5)(3 348 cm~(-1))的红外吸收特征峰波数都随拉伸应变发生线性变化。其中,应压木中纤维素的糖苷键C—O—C向低波数偏移量为-1.52 cm~(-1)·dε~(-1),而正常材的苷键偏移量为-2.15 cm~(-1)·dε~(-1);应压木中纤维素分子链内氢键O(3)H…O(5)的波数向高波数偏移量为4.62 cm~(-1)·dε~(-1),而正常材纤维素分子链内氢键偏移量为2.76 cm~(-1)·dε~(-1)。应压木纤维素的糖苷键向低波数的偏移量、纤维素分子链内氢键向高波数的偏移量均小于正常材,但两者木质素和半纤维素特征官能团的红外吸收特征峰波数没有明显偏移。根据应压木和正常材拉伸过程中的主要化学组分响应规律,纤维素依然作为应压木在拉伸过程中的承载物质,而基体的主要作用是应力传递;但微纤丝排列重新取向;与正常材相比,应压木中较大的微纤丝角会导致纤维素分子链长度方向的变形较小,但微纤丝与基体之间的剪切变形会较大。这也导致了应压木在拉伸过程中会发生较大的屈服变形,破坏点的应变大于正常材。     

UHMWPE的应变率效应及其对超高速碰撞特性的影响

为分析超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE）的应变率效应及其对超高速碰撞特性的影响规律,采用万能材料试验机和分离式霍普金森拉杆对UHMWPE纤维束进行静、动态拉伸实验,获得了不同应变率下材料的应力-应变关系,并进一步开展了UHMWPE纤维织物的超高速碰撞数值模拟。结果表明,UHMWPE的拉伸模量和强度均随应变率的升高而逐渐增大。随着材料应变率敏感系数的增大,防护结构对弹丸动能的吸收率呈现先减小后增大的趋势。     

激光辐照转动充压圆柱壳体热力学效应

 采用有限元计算方法对激光辐照下转动充压壳体的热力学问题进行了较为全面的数值计算，获得了激光辐照下转动内压圆柱壳壁上的温升、应力、应变、位移分布等物理图像，为进一步分析转动充压圆柱壳体在激光辐照下的破坏与失效奠定了基础。提出的解决数值计算中移动热流载荷问题的双时间步长法，可以有效提高计算效率，同时提高计算精度。研究结果表明：对于给定的壳体结构，其损伤阈值时间主要取决于靶面激光强度与壳体旋转频率；在辐照过程中，损伤最先出现在最初受激光辐照的区域。