基于优化算法及压痕形貌的金属塑性力学参数表征

相比于需要特定形状尺寸试样的传统力学测试手段, 压入法具有试样加工方便及可实现原位测试等优点, 针对现有压入表征法对所采集压入载荷-深度曲线的依赖性, 通过作为压入后材料塑性力学性能直观响应的残余压痕形貌有效获取金属塑性力学参数可提供一种新的压入表征方法; 本研究通过Instron万能材料试验机开展了紫铜/镁合金的球形压入测试, 基于轮廓形态系统对压入测试后的残余压痕形貌进行扫描并将所得形貌特征作为后续研究的数据基础; 将压入数值模拟与实验测试所得残余压痕形貌的对比结果作为拟合优度, 对传统Nelder-Mead算法在参数筛除、预处理、重复性判断及收敛条件方面进行改进, 以保证进入数值计算的材料参数的合理性并提高计算效率, 基于Abaqus二次开发结合改进的Nelder-Mead算法进行参数寻优以得到紫铜/镁合金的相关塑性参数; 将由Instron万能材料试验机拉伸测试表征所得紫铜/镁合金的相关塑性参数值作为对照标准, 给出了算法寻优结果的相对误差, 并验证了所提出基于优化算法及残余压痕形貌获取金属塑性参数方法的有效性, 相关研究提供了一种新的有效表征金属力学性能参数的方法.     

Structure-property relationships in a reactively coupled ductile matrix/brittle dispersed phase blend

Blends of t-butylaminoethyl methacrylate grafted polyethylene (PE-g-tBAEMA) with methyl methacrylate-methacrylic acid copolymer (PMMA-MAA) and polymethyl methacrylate (PMMA) were prepared in a Banbury type batch mixer. The effects of component proportions and processing conditions on the melt flow index, morphology, impact, and tensile properties of the resulting polymer blends were investigated. The interfacial chemical reaction was studied using Fourier transform infrared (FTIR) technique. It was observed that the melt index of the blends was reduced with increasing melt processing temperature and mixing time, indicating the formation of PE-g-PMMA block copolymer. New IR bands at 1554, 1628, 1800, and 1019 cm^?1 were observed only for PE-g-tBAEMA/PMMA-MAA, the reactive blends, but not for PE-g-tBAEMA/PMMA, the nonreactive blend. These IR bands were attributed to the amide, carboxylate anion and methacrylimide formation resulting from the chemical reaction between the secondary amine on the PE-g-tBAEMA/PMMA moiety and the carboxylic acid on PMMA-MAA segment. The morphology of the blends in various compositions was examined using scanning electron microscopy (SEM) and related to their mechanical properties. All of the blends have a domain structure whose morphology is strongly dependent on the concentration of the dispersed phase. Furthermore, the PE-g-tBAEMA/PMMA-MAA reactive blends were shown to have much finer morphology than the corresponding nonreactive blends. For the reactive polymer blends consisting of brittle particles dispersed in the ductile matrices, the PE-g-tBAEMA/PMMA-MAA, impact and tensile result higher than predicted by the additivity rule were observed. The toughening of polyethylene by PMMA was explained by a “cold-drawing” mechanism. The Young's modulus of the blends and the extent of interfacial adhesion were analyzed with Takayanagi and Sato-Furukawa's theories. © 1993 John Wiley & Sons, Inc.     

由压痕蠕变试验确定材料的蠕变性能参数

研究由平头压痕蠕变试验来确定受压材料蠕变性能参数的可行性。利用有限元蠕变分析确定在定压痕应力下的压痕蠕变率,重点放在稳定压痕蠕变率和受压材料蠕变性能参数的关系上。详细地研究了压头形状、大小和宏观约束对压痕蠕变响应的影响:当压头的尺寸和受压材料为同一数量级时,宏观约束将有十分明显的影响。提出两种方法来由压痕蠕变试验来确定受压材料蠕变性能参数,并给出了算例,结果有利于准确认识平头压痕蠕变试验,从而拓宽其应用范围。     

压入硬度与材料单轴强度的关系研究

通过量纲分析和有限元数值计算,对弹塑性材料在Berkovich压头作用下的压入响应进行了分析,揭示了Oliver与Pharr压入硬度与材料屈服强度和单轴强度之和间存在简单的近似函数关系.据此,材料的屈服强度和强度极限之和可以由压入测试获得,铝合金的拉伸与压入实验证实了上述近似函数关系的正确性.基于这一关系,不仅可以利用压入技术对材料强度水平进行直接比较,而且可以预测中低强度结构钢的疲劳极限.多种碳钢和热处理钢的疲劳实验数据验证了利用压入技术预测中低强度结构钢的疲劳极限的有效性.     

船用945钢动态断裂行为的温度效应

借助于示波冲击实验,采用预裂纹的Charpy冲击试样,对船用945钢在不同温度下的动态断裂行为进行了研究,得到了945钢的动态断裂韧性随温度的变化规律,并对不同温度下的示波冲击曲线特征和动态断裂的微观特征进行了分析.     

夹芯板结构局部压入力学响应研究

利用材料试验机(MTS)实验研究了复合材料面板、闭孔泡沫铝芯层夹芯板结构在准静态压入时的变形和破坏特征。实验结果表明,夹芯板的破坏主要集中在压头作用的局部区域内;同时,根据最小势能原理建立了泡沫铝夹芯板在半球形压头作用下的压入力学响应理论预测模型。通过引入无量纲参数分析了夹芯板压入载荷-位移响应,并在不同面板厚度、芯层厚度和芯层相对密度情况下,对夹芯板压入响应理论解的有效性和适用性进行了讨论。     

固体力学中侵入问题的若干新进展

本文主要介绍了固体力学中侵入问题近10余年来的发展情况。重点综述了侵入断裂实验及理论研究的新成果;讨论了动静态侵入断裂的关系;简述了侵入方法在测定材料断裂韧性方面的应用。      

带有圆弧形凹槽金属薄壁圆管抗撞性优化设计

在金属薄壁圆管的基础上,引入圆弧形凹槽诱导结构并以其为研究对象,建立以凹槽数量及其半径为优化参数,以比吸能和压溃力效率为评价指标的多目标优化模型。分析研究均布设置诱导凹槽对结构吸能、最大峰值压溃力及压溃力曲线平稳性的影响。采用有限元软件LS-DYNA得到不同几何参数模型的碰撞响应,结合径向基函数法构造近似函数,并采用理想点法进行优化设计,得出使结构最优时的凹槽数量和半径,从而得到了理想的诱导凹槽优化结构。     

基于SHPB的球形压痕实验方法

提出一种基于霍普金森压杆装置的动态球形压痕实验方法,通过将硬质合金小球置于2个试件中间,实现加载过程中2个试件的同时压入,以得到准确的压痕力与位移的关系。利用有限元软件ABAQUS/Explicit对该实验方法进行了数值模拟,从实验结果的可行性、准确性等方面,对新实验方法与传统的动态压痕实验方法进行了比较;采用新方法对铝合金材料进行了实验,并得到了压入力-位移曲线等关系。研究结果表明：采用新实验方法能得到较准确的结果,能较真实地描述压痕过程。     

Analyse thermomécanique des problèmes de fissure fixe sous chargement dynamique

The purpose of this work is the study of thermomechanical coupling in the mechanisms of dynamic rupture in a fixed crack under dynamic loading.