介电材料挠曲电系数测定平台的研制

挠曲电材料在传感、驱动方面呈现出的优良特性,使其在结构健康监测领域具有极大应用前景。挠曲电系数是衡量材料挠曲电效应的重要指标,对其测定受限于微小位移、微小电量的精确测量。本文分析了测定挠曲电系数的关键环节,提出了测定挠曲电系数的实验方案,利用锁定放大器和压电微驱动器以及超景深三维显微镜构建测试平台,精确测量微电量及微位移,进而准确测定挠曲电系数。在室温下对钛酸锶钡(Ba0.75Sr0.25TiO3)试样进行了研究,初步测量了纵向挠曲电系数以及横向挠曲电系数,验证了用该平台测定挠曲电系数的可行性,为进一步开展挠曲电材料的研究和应用提供了基础实验平台。     

应变测量的光栅法

本文提出一种新的应变测量方法。用模压全息光栅作为应变传感器，测量光栅衍射点空间位置的变化量，直接获得应变或应力分量。全息光栅的模压制作，可以大幅度地降低成本。视频技术与微机技术的运用可以自动地获得应变和应力的数值。     

应变率历史对记忆合金在高应变率拉伸下力学行为影响的实验研究

利用分离式拉伸霍布金森杆（ＳＨＳＢ）装置考察了高应变率拉伸作用下形状记忆合金的力学行为，并研究了高应变率历史对高应变率拉伸作用下力学行为的影响．研究表明，记忆合金是一种对应变率非常敏感的材料，与准静态载荷作用下应力应变关系相比，高应变率使屈服应力提高，并随着所经历的应变率水平的升高，同一高应变率下屈服强度明显增加．     

应变率对SiC颗粒增强铝基复合材料拉伸性能的影响

本文利用岛津试验机和自行研制的冲击拉伸试验装置,对体积含量为10%的SiC颗粒增强铝基复合材料进行了准静态的拉伸试验、冲击拉伸试验和冲击拉伸加卸载试验,获得了复合材料在应变率为0.002s^-1-1000s^-1范围内从弹塑性变形直至断裂的完整应力应变曲线。试验结果表明,随着应变速率的提高,复合屈服应力,拉伸强度以及破坏应变均相应提高,具有明显的应变率强化效应和高速韧性现象;同时,由于冲击拉伸试验过程中热力耦合效应的影响,准静态加载下复合材料的应力指数与冲击拉伸加载下复合材料的应力指数相比降低了17.8%;在用冲击拉伸复元试验解耦出热力耦合效应的影响后,材料的静、动态等温应力应变曲线具有相同的应变硬化规律。最后,根据复合材料在不同应变率下的试验结果和Eshelby‘s等效夹杂理论,本文建立了一个计及应变率强化效应的弹塑性自洽模型,模型拟合结果与试验结果吻合得很好。     

热喷涂涂层中残余应力分析和检测研究进展

综述热喷涂涂层中残余应力研究进展.主要内容有:对残余应力产生的最新认识,残余应力分布实验测试技术、理论分析模型及其对热喷涂材料界面结合强度影响等领域的研究进展.最后对该领域几个学术界和工程界关注的研究方向进行了展望.      

静力触探锥头阻力的近似理论与实验研究进展

锥头阻力在静力触探试验中扮演着十分重要的角色.从不同角度,对触探中锥头阻力的研究进行简要阐述,对承载力理论、空洞膨胀理论、应变路径法及运动点位错法等几种理论分析方法进行了回顾.另外,对数值分析和实验研究的进展情况进行了叙述.并对各种方法的适用性进行了比较.承载力理论虽然简单,但忽略了土的压缩性和探杆周围初始应力的增加,所以不能精确地模拟锥头的深层贯入.空洞膨胀理论提供了一个分析锥头阻力的简单而较精确的方法,它考虑了土的压缩性(或膨胀性)和锥头贯入过程中锥杆周围应力增加的影响.但这种方法是将锥头贯入与空洞膨胀之间做了一个等效模拟,所以不同的模拟方法,得到的结果差别较大.应变路径法能够有效解决饱和粘土中的不排水贯入,但不适用于砂土.运动点位错法因为考虑了部分排水,所以能较好地预测固结系数,但采用了线弹性分析,故位错法在其他方面的应用还需要大量的试验验证.有限元法在处理锥头贯入这类慢侵彻问题时缺乏一种很好的处理技术,导致它在进行破坏荷载计算时有显著的误差和数值计算困难.标定槽试验将在验证和建立锥头阻力与土的性能关系方面继续起到一个重要作用,但其结果需经过校正后才可应用到现场.最后对该领域的研究趋势进行了讨论.      

应变局部化分析的嵌入强间断多尺度有限元法

固体材料的应变局部化行为是导致结构破坏失效的重要因素之一,开展相关数值模拟分析对于结构安全性评估具有重要意义.然而由于材料的非均质和多尺度特性,采用传统数值方法进行求解时通常需要从最小特征尺度离散求解的结构,这将大幅度增加计算规模和成本.针对这一问题,本文提出了一种基于嵌入强间断模型的多尺度有限元方法.该方法从粗细两个尺度离散求解模型,首先在细尺度单元上引入嵌入强间断模型来描述单元间断特性,所附加的跳跃位移自由度则通过凝聚技术进行消除,从而保持细尺度单元刚度阵维度不变.其次,提出了一种增强多节点粗单元技术,其可根据局部化带与粗单元边界相交情况自适应动态地增加粗节点,新构造的增强数值基函数可以捕捉细尺度间断特性,完成物理信息从细单元到粗单元的准确传递以及宏观响应的快速分析;再次,在细尺度解的计算中,将细尺度解分解为降尺度解与单胞局部摄动解,从而消除弹塑性分析时单胞内部的不平衡力.最后,通过两个典型算例分析,并与完全采用细单元的嵌入有限元结果进行对比,验证了所提出算法的正确性与有效性.     

Rational Design of Biaxial Tensile Strain for Boosting Electronic and Ionic Conductivities of Na2MnSiO4 for Rechargeable Sodium-Ion Batteries

Using first-principles calculations, biaxial tensile (ϵ=2 and 4 %) and compressive (ϵ=−2 and −4 %) straining of Na₂MnSiO₄ lattices resulted into radial distance cut offs of 1.65 and 2 Å, respectively, in the first and second nearest neighbors shell from the center. The Si−O and Mn−O bonds with prominent probability density peaks validated structural stability. Wide-band gap of 2.35 (ϵ=0 %) and 2.54 eV (ϵ=−4 %), and narrow bandgap of 2.24 eV (ϵ=+4 %) estimated with stronger coupling of p–d σ bond than that of the p–d π bond, mainly contributed from the oxygen p-state and manganese d-state. Na⁺-ion diffusivity was found to be enhanced by three orders of magnitude as the applied biaxial strain changed from compressive to tensile. According to the findings, the rational design of biaxial strain would improve the ionic and electronic conductivity of Na₂MnSiO₄ cathode materials for advanced rechargeable sodium-ion batteries.     

Ni-Mn-Ga-RE(RE=Tb,Sm)合金的马氏体相变和磁感生应变

研究了Ni48Mn33Ga19合金添加微量稀土元素Tb和Sm后，对合金的马氏体相变、磁感生应变及机械抗弯性能的影响。结果发现，微量稀土元素Tb和Sm的掺人，降低了合金的马氏体相变温度和居里温度，但晶粒显著细化，使合金的抗弯强度显著提高，具有良好的塑韧性；同时，使合金的磁感生应变值有一定下降。     

Tension testing of polycarbonate at high strain rates

Dynamic tensile tests were performed on polycarbonate using a split Hopkinson tension bar (SHTB) system. A prefixed short metal bar was used to generate the incident stress pulse. The shape of the incident pulse was controlled to meet the requirement of the one-dimensional experimental principle of SHTB. The dynamic tensile stress–strain responses of polycarbonate at high strain rates up to a rate of 1750 s⁻¹ were obtained. Experimental results indicate that the tensile behavior of polycarbonate is dependent on the strain rate. Its yield stress and unstable strain all increase with the increased strain rate. The yield behavior was modeled for a wide range of strain rates based on the thermally activated theory. The correlation between the experimental data and the model is good.