基于声发射原理监测涂层疲劳磨损的研究

采用超音速等离子喷涂设备在45^#钢基体上制备了铁基自熔剂合金涂层,通过球盘式接触疲劳试验机考察了喷涂层的疲劳磨损行为,利用声发射技术实时监测涂层的疲劳磨损过程,使用扫描电子显微镜对涂层不同疲劳磨损阶段的损伤形貌进行表征,并分析了涂层损伤机理.结果表明:转速2 000 r/min和应力水平1.848 9 GPa条件下,剥落是涂层失效的主要形式.声发射幅值和绝对能量可以反映涂层的疲劳磨损过程.涂层的疲劳磨损过程主要包括弹塑性变形、裂纹萌生、裂纹稳定存在、裂纹稳定扩展、裂纹失稳扩展5个阶段,其中裂纹稳定存在时间是影响疲劳寿命长短的关键.     

圆柱基体热障涂层制备工艺中的残余应力分析

由于基体和热障涂层各层材料的热膨胀系数不同,在温度变化时各部分变形大小也不同,从而导致涂层内部产生残余应力。本文利用过盈配合模型求解圆柱形基体上热障涂层的残余应力,计算了涂层的厚度、弹性模量和热膨胀系数对残余应力的影响,并从应力角度探讨热障涂层的剥落失效。     

给定压力下纯铁材料的冲击相变与层裂特性研究

采用VISAR测量样品自由面速度剖面和回收样品观测分析联合技术,开展等厚对称碰撞实验,结合文献中的实验结果,研究了冲击加载压力大于纯铁材料冲击相变阈值约2~5 GPa和大于冲击相变阈值约10 GPa两种压力状态下纯铁材料的加卸载历程及各相区的变化,并从应力波相互作用的角度,指出了冲击加载压力略大于纯铁材料相变阈值约2 GPa时,等厚对称碰撞样品"反常"二次层裂与冲击相变及逆相变的关联机制。     

混凝土层裂强度测量的新方法

提出了利用Hopkionson压杆测量混凝土层裂强度的新实验方法:用高聚物材料取代传统的金属材料透射杆,混凝土试件为细长杆,由于高聚物波阻抗比混凝土小,试件中压缩波在试件/吸收杆界面反射后形成拉伸波使试件产生层裂破坏,通过吸收杆上透射波形可以确定混凝土层裂强度。由于波在粘弹性材料中的弥散效应,吸收杆中透射波形会发生变化,但三维有限元分析表明,在利用吸收杆上透射波确定混凝土层裂强度时弥散产生的影响可以忽略。按照一维特征线理论,可以由吸收杆上的应变波形确定出混凝土材料的层裂强度。     

An Experimental Technique for Spalling of Concrete

The spalling strength of concrete is measured by examining the strain wave profiles in a polymer buffer bar behind the slender concrete bar specimen placed between a large diameter (Φ100 mm) Hopkinson bar and the buffer bar. The experimental results indicate that the spalling strength is related to not only the compressive strength of concrete but also the impact velocities (the loading rates). The rate effect of spalling strength mainly results from the different cracking paths in concrete under different impact velocities. However when the input compressive stress to specimen exceeds the threshold required to trigger the compressive damage, the spalling strength decreases due to the evolution and cumulation of compressive damage in concretes. The repeated impact loading experiments indicate that damage plays an important role in the spallation process of concrete. The high speed video of the spalling fracture process shows that multiple spalling fractures may occur in the scab and damage accumulation resulting from stress wave propagation in scab is the main reason for the producing of multiple spallations.     

Waves of Transverse Stresses under a Plane Impact on the Surface of a Sandwich Panel (Acoustic Approximation)

The wave process arising in a sandwich panel with a free back surface under the action of a short-term dynamic load on the front surface of the upper layer (plane deformation) is investigated. The calculation procedure for displacements, rates, and stresses under a rectangular short-time pulse, whose duration does not exceed the double time of wave travel within a layer, is based on the representation of the solution to the one-dimensional wave equation in terms of characteristics. The transmission and reflection coefficients of the pressure pulses on the contact surfaces of layers with different physical properties are determined. The expressions for tensile stresses in the panel face layers and filler, which are responsible for the material failure by spalling, are presented. The stresses in relation to the geometry and dynamic parameters of the sandwich structure are analyzed. In the case of a symmetric panel structure, the stress pattern in the midlayer and on its contact boundaries is given, which takes into account the branching and superposition of pulses.     

惯性及弹塑性效应对延性金属材料层裂损伤的影响

本文以空心球壳模型为基础,在飞片加载条件下,讨论了惯性、弹塑性效应以及初始孔洞大小对材料层裂损伤的影响.分析结果表明,在研究材料层裂损伤问题时,惯性、弹塑性效应以及初始孔洞大小的影响是不能忽略的,特别是初始孔洞大小的影响.同时,鉴于初始孔洞大小的重要影响,本文尝试给出了一个分析初始孔洞尺寸的方法. 关键词： 层裂损伤 惯性 弹塑性效应 初始孔洞     

动态断裂韧性:特性及特点

动态断裂过程有着某些特异性并有别于静态断裂过程．断裂韧性一般随加载率提高而降低，但在某些情况下也会提高(如高聚物)．分散性和断裂表面的粗糙度随加载率而提高．时间起着重要作用，并有两个特征时间已被确认：孕育时间和临界时间．本文给出了一些典型的动态断裂例子：层裂，弹塑性动态断裂以及源于缺口的动态断裂．     

高性能渗氮钢微动磨损性能研究

采用等离子渗氮技术在1种高性能钢材表面进行了等离子渗氮.对处理后的试样进行了金相组织分析,测试了渗氮层的显微硬度,然后在SRV IV试验机上在常温条件下考察了渗氮钢微动摩擦磨损性能.结果表明:经等离子渗氮后试样表面形成了硬度较高的渗氮层,渗层硬度最大值是基体硬度的2.8倍;与未渗氮样相比,干摩擦时表面摩擦系数、磨损体积降低最大幅度分别约为28%、80%,渗氮样的主要磨损机理为氧化磨损和疲劳剥落;油润滑时表面摩擦系数、磨损体积降低最大幅度分别约为37%、97%,渗氮样主要磨损机理为磨粒磨损和裂纹扩展引起的细块状剥落;渗氮处理后的试样表面抗微动磨损性能更加优异.     

干摩擦条件下Si_3N_4-hBN复合陶瓷与1Cr18Ni9Ti配副的摩擦学特性研究

利用MMU-5G销-盘式端面磨损试验机考察了干摩擦条件下Si3N4-hBN复合陶瓷与1Cr18Ni9Ti配副时的摩擦磨损性能,分别采用扫描电子显微镜(SEM)、激光扫描显微镜(LSM)、X光电子能谱仪(XPS)、X射线能谱仪(EDS)、电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)分析摩擦面以及磨屑的形貌和物质组成.结果表明:Si3N4-hBN/1Cr18Ni9Ti摩擦副的摩擦系数随hBN含量的增加而降低,当hBN体积含量为30%时,摩擦系数降至0.03,Si3N4-hBN复合陶瓷的磨损率接近于零.在干摩擦条件下,Si3N4-hBN复合陶瓷与1Cr18Ni9Ti配副时,摩擦表面上形成含SiO2、B2O3和Fe2O3的表面膜,起到良好的减摩作用.