金属管线高温环境下的断裂失效分析

超燃冲压发动机燃烧室试验台配置了大量金属管线,煤油作为燃料和冷却介质在其中输运,在实验过程中发生管线早期断裂失效,对此开展了分析。首先利用三维体视显微镜与扫描电镜进行了断口观察与分析,表明管线的开裂起源于焊缝根部,具有典型的多源起源特征;裂纹源区具有蓝色半圆形特征,表明存在焊接裂纹。同时,断口呈现明显的疲劳辉纹,间距为亚微米量级。根据辉纹间距与管材壁厚以及使用寿命分析,确定了疲劳载荷的频率范围;根据理论公式与有限元模态分析对管线的自振频率进行了估算,其结果与断口分析的结果吻合良好。以上研究结果表明管线断裂是典型的振动疲劳失效导致的。为此,建议在管线中部增加固定点约束,改变管线的自振频率以降低振幅,并改进焊接工艺,提高管线焊接质量。基于以上措施,有效解决了管线的早期断裂失效问题。     

基于原位观测的泡沫金属细观与宏观压缩实验研究

采用原位观测的方法研究了脆性泡沫铝材料在压缩载荷下细观与宏观断裂破坏规律和吸能机理。针对多孔泡沫金属材料提出一种细观原位加载实验方法,采用特别设计与制备的试件,在S570扫描电镜下研究了特定胞孔在压缩过程中孔壁的失效顺序和破坏规律,并揭示了能量吸收的细观机理。对块体材料的宏观压缩实验表明,脆性泡沫铝是以多个断裂带的形式破坏。研究发现,孔壁缺陷和胞孔形态缺陷是诱发断裂带形成与发展的重要因素。依据尺寸效应对细观与宏观实验下泡沫铝的性能进行了比较。     

一类蚂蚁黏附系统的实验研究

以家蚁为研究对象, 利用扫描电镜、光学显微镜等仪器对其足部微观黏附结构进行了实验观察, 研究了家蚁在洁净玻璃板上爬行的黏附机理, 并观察了不同表面粗糙度、倾斜度的玻璃板及蜡表面上蚂蚁的爬行行为. 实验结果表明此类蚂蚁的黏附主要依赖于足部缩放自如的囊状中垫. 玻璃板粗糙度及倾斜度对蚂蚁爬行行为无明显影响, 而随着蜡表面倾斜度的增大,家蚁的黏附爬行能力逐渐降低, 最终在一定倾斜度的蜡表面黏附失效.