沉淀相的尺寸与形态对镍基合金蠕变行为的影响

镍基合金具有优良的高温力学性能,广泛应用于涡轮叶片等热端部件.沉淀相的尺寸和形态是影响镍基合金力学性能的重要因素.论文在考虑应变梯度的镍基合金晶体塑性本构模型的基础上,引入了各向异性损伤张量,研究了包含两种不同尺寸和三种不同长细比的沉淀相形态的镍基合金蠕变行为.结果表明,该模型能够很好地反映沉淀相的尺寸对镍基合金蠕变行为的影响,与实验结果符合较好.同时,沉淀相的形态也对镍基合金的力学性能产生重要影响,随着沉淀相长细比的增加,镍基合金的蠕变寿命延长,这体现了粗化和形态对镍基合金蠕变行为影响的一种竞争的机制.     

含冷却孔镍基合金次级取向效应的应变梯度晶体塑性有限元研究

单晶镍基合金具有优异的耐高温、高强、高韧等性能, 这些力学性能受制造过程引入的次级取向和冷却孔的影响. 已有研究大多关注单孔薄板的变形机理和力学性能, 而工程中应用的往往是多孔薄板, 当前亟需阐明多孔的塑性滑移带变形机理、次级取向效应以及冷却孔引起的应变梯度效应. 文章采用基于位错机制的非局部晶体塑性本构模型对含冷却孔镍基单晶薄板的单拉变形进行了数值模拟. 此模型基于塑性滑移梯度与几何必需位错的关系引入了位错流动项, 因此可有效刻画非均匀变形过程中的应变梯度效应. 为了全面揭示含孔镍基薄板的次级取向效应, 系统研究了[100]和[110]取向(两种次级取向)下镍基薄板的单拉变形行为, 并重点探究了在两种次级取向下冷却孔数量对薄板塑性行为的影响. 此外, 还分析了镍基合金板变形过程中各个滑移系上分切应力变化、主导滑移系开动以及几何必需位错密度的演化过程, 并讨论了塑性滑移量及其分布特征对不同次级取向镍基合金板强度的影响. 研究表明, 单孔和多孔的[110]薄板抗拉强度均低于[100]薄板, 多孔薄板的塑性变形过程比单孔薄板更为复杂且受次级取向影响更大, 并且发生滑移梯度位置主要位于冷却孔附近以及塑性滑移带区域. 研究结果可为工程中镍基合金的设计和服役提供理论指导.      

镍基合金－碳化铬复合涂层耐磨特性的研究

用真空熔烧法在４５＃钢表面制取了镍基合金－碳化铬复合涂层，用扫描电子显微镜和Ｘ射线衍射仪分析了这种涂层的微观结构、物相组成和性能，并对这种涂层的耐磨特性进行了试验研究．结果表明：镍基合金－碳化铬复合涂层与底材形成了牢固的冶金结合，同时还含有较高比例的硬质相；碳化铬的加入使涂层的耐磨性显著提高，在给定的试验条件下分别于干摩擦和２０＃机械油润滑时，镍基合金－碳化铬复合涂层的耐磨性比４５＃钢的分别高５倍和１０倍以上     

MoSi2增强镍基合金复合材料的摩擦磨损性能研究

采用真空热压法制备MoSi2增强镍基合金复合材料,并考察了其在室温下同Si3N4陶瓷球配副时的摩擦磨损性能.结果表明:加入MoSi2增强相可以显著提高镍基合金复合材料的显微硬度及其摩擦磨损性能;当添加MoSi2质量分数为30%时,复合材料的显微硬度最高、磨损率最低;当MoSi2质量分数分别为20%时,复合材料的摩擦系数最小;随着MoSi2含量增加,复合材料的磨损机理逐渐由塑性变形向脆性微断裂转变,其原因在于MoSi2硬质颗粒对镍基合金基体具有明显的弥散强化效应,并能够在摩擦磨损过程中起到有效的承载作用.为了保证镍基合金复合材料的摩擦磨损性能处于最佳状态,MoSi2增强相的最佳含量应控制在30%.     

纳米碳化钨增强镍基合金热喷涂涂层的摩擦磨损性能研究

采用高速氧焰喷涂技术制备质量分数为40%纳米碳化钨增强镍基合金涂层,探讨其显微组织、相组成及硬度,并评价其摩擦磨损性能.结果表明,与传统碳化钨增强镍基合金涂层相比较,两类涂层的组成相同,但纳米碳化钨增强镍基合金涂层组织中的碳化钨颗粒尺寸较小且分布更均匀,其硬度比传统碳化钨增强镍基合金涂层高10%,磨痕深度小20%.     

基于数字图像相关的激光修复镍基合金疲劳损伤表征方法研究

开展激光修复镍基合金的疲劳试验,对研究修复材料疲劳性能及分析其失效行为具有重要意义。疲劳过程中,试件产生局部损伤,会导致材料力学性能恶化。如何建立光学变形场与疲劳损伤参数的定量关系实现对疲劳损伤的有效表征,是实验力学领域备受关注的问题。从激光修复镍基合金疲劳失效行为研究的需求出发,本文建立了基于单相机三维数字图像相关的疲劳光力学测试系统,并设计了包含“修复基体-修复边界-修复区”的组合型拉伸疲劳试件,在建立的测试系统下可同时测量和表征试件三种区域的全场变形。利用所建立的测试系统,实现了激光修复材料在拉-拉疲劳过程中的全场变形在线测量,得到了不同疲劳周次下的试件基体、修复边界和修复区的位移场与应变场;根据测量得到的应变场提出了疲劳中以试件历经不同循环周次后的残余应变为损伤参量的表征方法,并获得了修复镍基合金试件疲劳过程中残余应变场的演化规律。试验结果表明,在疲劳过程中,试件残余应变场内存在应变集中现象,应变集中幅值随疲劳周次的提高而增加,试件残余应变集中区域内的应变集中值远高于非应变集中区域,因此根据该结果可有效地预测疲劳裂纹萌生的时机与位置。     

FeCrAl合金材料织构对其宏观力学本构关系的影响研究

FeCrAl合金具有优良的高温抗氧化性和耐辐照性能,是事故容错核燃料包壳的重要候选材料.其在加工过程和热处理过程中易形成a纤维织构(＜110＞//RD)和γ纤维织构(＜111＞//ND),会影响材料的宏观力学性能与深加工成形能力.该研究针对具有不同织构的多晶FeCrAl合金,建立了代表性体元模型,使用晶体塑性有限元方法...     

冲击载荷下Al2O3陶瓷材料的动态力学行为和响应

采用分离式Hopkinson压杆实验装置和ABQAUS软件,对氧化铝陶瓷材料进行冲击压缩实验和有限元数值模拟;分析了此类材料中的应力-应变关系、应力波的传播特性和冲击动态响应.结果表明:氧化铝陶瓷的极限强度和应力波波速均随着应变率的增加而明显增加,应变率效应明显;氧化铝陶瓷材料属于递减硬化材料,随着应变的增大,应力波的波速降低,动态切线模量逐渐减小;当应变率增加50％时,此类材料的应力、应变、速度、加速度等参量的冲击动态响应分别增加约68.67％、77.42％、22.84％、25.75％.     

力场-化学场耦合作用对含裂纹固体电解质力学行为的研究

为了研究力场-化学场耦合作用下的含裂纹电解质的断裂问题,本文构造了耦合情况下力场和浓度场的本构关系,并由这些本构关系建立了力场-化学场耦合问题的有限元方程。通过具体的算例,进一步探讨了裂纹尖端应力场和氧空位浓度分布的耦合作用对GDC(氧化钆掺杂的氧化铈)力学行为的影响,发现在耦合作用下,裂尖应力场对氧空位的分布有明显的诱导作用。     

超声表面滚压工艺影响镍基690合金冲-切磨损行为的研究

通过超声表面滚压技术(USRP)改善镍基690合金表面的粗糙度和硬化层,并探究该工艺对其冲-切磨损行为的影响机理.首先,采用USRP对镍基690合金表面进行强化处理,然后,基于可控能量式冲-切磨损试验装置,探究镍基690合金强化前后在不同冲-切变量下其磨损界面的动态响应行为与损伤机理.得出了USRP工艺可有效降低磨损界面的摩擦力和摩擦系数,降低冲切能耗,进而减少材料的磨损程度,此外,冲击或切向滑动速度的增加均会导致磨损界面所受冲击力和摩擦力的增大,并降低动能吸收率.     

孪生诱发塑性对V-5Cr-5Ti合金应变硬化行为的影响

钒合金(V-Cr-Ti)作为潜在重要的聚变反应堆用结构材料, 近年来受到广泛的关注. 为了研究 V-5Cr-5Ti 合金不同应变率压缩下的应变硬化行为, 特别是孪生对塑性变形的影响, 以位错密度和孪晶演化为基础, 建立了该合金的应变硬化模型. 模型中考虑了孪晶中的位错滑移对材料塑性应变的贡献. 模拟结果表明, 由于孪生诱发塑性, 从而使动态压缩时的位错密度小于准静态加载时的, 这使得 V-5Cr-5Ti 合金在动态压缩时的应变硬化率比准静态加载时的小. 当孪晶形成后, 位错滑移引起的塑性应变率随应变增大而增大, 并逐渐接近加载应变率, 而孪生引起的塑性应变率则随应变增大而减小.      

相变材料Bauschinger效应的数值模拟

利用有限元方法研究相变材料，我们可以观察到一些有趣的现象，当材料的一部分发生由奥氏体到马氏体的转变时，在循环载荷的作用下材料整体显示出Ｂａｕｓｃｈｉｎｇｅｒ效应，而在计算中我们一直取马氏体和奥氏体为等向强化，并且进一步发现，随着相变分数的增加，Ｂａｕｓｃｈｉｎｇｅｒ效应变得更加明显，利用均匀化方法，找到混合强化的等效材料对原来相变材料的Ｂａｕｓｃｈｉｎｇｅｒ效应进行了模拟。     

铝单晶体潜在硬化的指向性行为研究

应用高纯铝单晶体，采用偏离弹性线法定义其在潜在滑移系统在屈服应力，研究了潜在滑移系在正负两个滑移方向上的屈服及应变硬化行为。结果表明，潜在滑移系负行为的差异要远远小于动滑移系的Ｂａｕｓｃｈｉｎｇｅｒ效应，其正负方向的屈服应力一般均等于或略小于预应变时的最大分切应力，大大高于动滑移系的负向屈服应力，潜在滑移系和原始滑移系的相对取向及预应变的大小对单晶体潜在移系在潜在硬化的影响不大，但对其起始过渡区应     

形状记忆合金单晶细观本构关系的一种相变动力学模型及算法

形状记忆合金是由马氏体相和奥氏体相组成的非均质材料,热力载荷及相变不可避免地在材料中引起残余微应力场,它与外界驱动力的叠加可能导致低应力水平下发生马氏体相变或逆相变.论文假设马氏体相变及逆相变的驱动力是马氏体体积分数的连续函数,发展了形状记忆合金伪弹性的本构描述及相应的数值分析方法.分析表明,所发展的方法与理想相变模型间的误差远小于已有工作中引入的容许误差.对形状记忆合金单晶伪弹性响应的计算结果与试验结果或已有模型计算结果的比较表明所发展的方法具有较高的精度.此外,所发展的方法具有明晰的物理背景,且无需对每个变体的相变发生与否及其方向进行判断,简化了计算过程,提高了计算效率和收敛性.     

延性二相合金变形力学研究进展

本文评述了工业生产中广泛应用的延性二相合金变形力学的研究进展。介绍丁描述复合材料强度的混合物定律在描述双相钢的力学性能中的发展和应用;讨论了以等应变为基础的Mjleiko理论;并讨论了以应变分配为基础的连续介质模型和应力分配模型,以位错理论为基础的微观力学模型,以及用连续介质模型的物理意义说明的综合变形模型的建立和它们的特点;列举了双相钢流变曲线的有限元分析方法的数值模拟解,以及各模型的预测值和实测值的对比,概述了各个理论在描述双相钢变形力学特性中的适用性,以及各个理论在改进双相钢性能的合金设计和组织优化中的意义和指导作用.      

含形状记忆合金纤维的复合材料层合板的弯曲及自由振动的有限元分析

将一维形状记忆合金的本构关系用于以经典的复合材料层合板理论为基础的有限元法中,分析含形状记忆合金纤维板的弯曲和自振频率.计算结果表明,通过激活形状记忆合金纤维,对层合板弯曲和自振频率均有很强的控制和调节能力,同时,若将形状记忆合金纤维铺设在外层,则能更有效地利用它的调节能力.