基于准连续介质力学法预测单晶铜的纳米硬度

采用准连续介质力学的数值方法,模拟了单晶铜纳米压痕试验中的初始塑性变形过程,获得了压头在不同压深时的载荷-压深的加载和卸载曲线,然后根据Oliver-Pharr方法计算出压头在不同压深时单晶铜的接触刚度、纳米硬度,并将获得的计算结果与相关文献的试验结果相比较。研究发现:单晶铜的接触刚度-位移曲线呈线性关系,纳米硬度-位移曲线存在尺寸效应现象,计算获得的纳米硬度值为0.755±0.027Gpa,这些结果与文献中实验获得的结果非常吻合,表明使用该方法预测材料纳米硬度是非常有效、正确和可行的。     

平头压痕试验确定蠕变参数的一种新方法

利用压痕蠕变试验获取材料蠕变特性已得到了广泛的研究。然而大多数通过压痕法获得材料蠕变参数的方法都是数值方法,处理起来很不方便。本文通过研究压头尺寸对稳态压痕速率的影响规律,提出了由平头压痕试验确定稳态蠕变参数的一种新方法,并将其公式化。经验证该方法是可行的,而且可以有效地控制误差。     

SiC/Al2O3纳米复合材料压痕周围残余应力的压谱特性研究

提出了用拉曼显微镜测试 Si C/ Al2 O3纳米复合材料表层 V氏压痕周围残余应力的新方法。试验结果表明 ,其荧光光谱 R曲线峰频率随离压痕中心的距离大小而变化 ,压头施加在材料上的载荷的大小 ,严重影响 R曲线频率的变化。文中假定应力张量横向各向同性 ,并以加压之前材料的荧光光谱作为基值 ,确定压痕周围的残余应力。最后 ,采用等静应力解释并比较了压痕周围残余应力与压痕载荷、离压痕中心距离之间的关系。     

SiC／A12O3纳米复合材料压痕周围残余应力的压谱特性研究

提出了用拉曼显微镜测试SiC／A12O3纳米复合材料表层V氏压痕周围残余应力的新方法。试验结果表明，其荧光光谱R曲线峰频率随高压痕中心的距离大小而变化，压头施加在材料上的载荷的大小，严重影响R曲线频率的变化。中假定应力张量横向各向异性，并以加压之前材料的荧光光谱作为基值，确定压痕周围的残余应力。最后，采用等静应力解释并比较了压痕周围残余应力与压痕载荷、高压痕中心距离之间的关系．     

基于Berkovich压痕应变能量密度的钢材断裂韧性评价方法

为改善压痕法测试断裂韧性过程中测量标准不同和精度不足的问题,基于临界压痕能量（Critical indentation energy, CIE）法,提出了基于Berkovich压痕应变能量密度（Strain energy density, SED）评估钢材断裂韧性的方法。同时考虑弹性和塑性能量并修正临界总压深,评价了9种钢材的韧性。结果表明,发现仅考虑塑性能量所测量韧性的相对误差在5%～20%,而本文同时考虑弹性和塑性能量所测量韧性的相对误差在5%以内。同时,确定临界总压深的拟合范围需要避开材料近表面弹性模量上升的区域,改善了基于CIE法使用Berkovich压头评估钢材断裂韧性的精确度。     

一种简便评估准晶材料断裂韧性的方法

本文介绍了一种简单评估准晶材料Al59Cu25.5Fe12.5B3的断裂韧性的方法。根据维氏（Vickers）压痕试验法测量的显微硬度和利用扫描电子显微镜（SEM）测量压痕的径向裂纹尺寸，计算出断裂韧性为1．34MPam^-1/2。该结果与报道的结果基本一致。     

矿渣对界面过渡区微力学性质的影响

采用纳米压痕技术测试了矿渣取代水泥的质量分数分别为0%,30%,50%,80%时的混凝土中实际界面过渡区及邻近区域的纳米压痕硬度和弹性模量分布以了解矿渣对混凝土界面过渡区微力学性质的影响.试验结果表明:矿渣掺量为30%时,距集料表面25 μm以内区域的弹性模量、纳米压痕硬度明显低于距集料表面25 μm以外的区域,而当矿渣掺量达到50%时,弹性模量和纳米压痕硬度沿界面的变化不显著;随矿渣取代水泥质量分数的增加,基体与界面过渡区之间压痕硬度、弹性模量的差值降低,从而使界面过渡区得到强化.     

云纹干涉法测定高温材料弹性模量及泊松比的研究

分析了激光云纹干涉测量高温材料弹性模量和泊松比的可行性，当测量区域的尺寸大小相同时，云纹干涉法的测量灵敏度高于双表式引伸计的测量灵敏度。本文的试验采用国产铝基碳化硅材料，复制了硅橡胶正交栅，在３５０℃及其以下的温度环境中试验结果较理想。     

纳米铜双晶拉伸与剪切变形的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了纳尺度铜双晶(111)面原子层的拉伸与剪切变形。模拟结果显示纳米铜双晶的拉伸与剪切变形都是由弹性变形与塑性变形两个阶段构成。在弹性变形阶段原子排列结构不变,而塑性变形阶段此排列结构发生较大变化。包括金属键断裂。原子与空位迁移、重组,晶界变形、迁移等。这种微观变形机制直接决定了相应的应力应变关系：在弹性变形阶段,虎克定律依然成立;在塑性变形阶段,应力应变曲线产生很大波动．其波动情况与微观变形密切相关。模拟还发现纳米铜晶体的塑性比宏观材料好得多,塑性变形过程能迭到单个原子连接两个晶粒的状态。     

双模量泡沫材料等效弹性模量的细观力学估算方法

目前常用的泡沫材料力学模型均不能反映出该材料的拉压双模量效应。因此,本文在分析泡沫材料拉、压变形力学机制的基础上,建立了一种可以反映泡沫材料拉压双模量效应新的细观力学模型,分别推导了泡沫材料等效拉伸和等效压缩Y oung′s模量的估算公式。此外,本文通过泡沫材料的单向拉伸、压缩试验,完成了泡沫材料拉压双模量效应的试验验证。估算公式的预测与试验结果的比较表明:理论估算公式的计算结果满足工程所要求的精度。     

可变后缘弯度机翼柔性蒙皮的变形特性分析

应用面元法和有限法建立了柔性蒙皮在气动载荷作用下的流固耦合分析方法。数值仿真结果表明:位于变形后缘上表面的柔性蒙皮在气动载荷作用下将被"吸"成鼓包形状,且这个局部变形对翼型后缘部分的压力分布具有很大影响。在此基础上,研究了柔性蒙皮在气动载荷作用下的变形随其弹性模量、厚度和初始预应变的变化规律。可以得出,柔性蒙皮的变形量随着翼型后缘偏角的增加而先增大后减小,并不是随着后缘偏角的增加而增大;增加蒙皮的厚度可以减少柔性蒙皮的最小弹性模量和最小拉伸刚度,但蒙皮的厚度受限于机翼的结构空间;满足Jacobs形变准则的蒙皮最小拉伸刚度随着蒙皮预应变的增加而降低。     

混凝土结构中混杂纤维增强筋拉伸性能实验研究

采用实验的方法研究了夹芯混杂和分散混杂两种混杂方式的碳/玻(C/G)混杂纤维增强筋的拉伸性能,给出了实验件制作和实验过程,测定了不同混杂比例筋材的拉伸模量、强度和断裂伸长率。实验结果表明:模量符合混合率,强度存在两种破坏模式,断裂伸长率呈现混杂效应,夹芯混杂筋材性能总体高于分散混杂。同时探讨了拉伸性能的预测方法,结合实验数据对强度预测值进行了修正。本文的研究结果可用于混杂筋材的初步设计。     

刚架模型驱动网格曲面保特征变形

将刚架结构受力变形原理应用于网格曲面的变形设计中,提出一种新的曲面造型方法。通过建立与网格拓扑关系一致的刚架模型,运用刚架模型驱动网格曲面变形:即对刚架节点施加载荷或添加几何约束反算出刚架节点载荷,在载荷作用下刚架变形驱动网格曲面变形。针对几何约束变形问题,建立以节点位移为变量,由载荷最小和节点位移最小组成的目标函数,组合使用两种不同的最小化模型,实现不同的变形需求。在变形过程中,采用增大网格曲面特征区域所关联单元体弹性模量的方法,达到整体变形中局部形状特征的保持,避免了传统方法中繁琐的特征信息记录公式。实验结果表明,该变形方法直观方便,可以产生理想的变形效果。     

基于单颗粒追踪法研究聚氧化乙烯溶液的微流变特性

基于单颗粒追踪方法研究了不同温度与浓度下聚氧化乙烯（PEO）溶液的微观流变特性。根据广义Stokes-Einstein关系及复杂流体黏弹性理论，利用颗粒追踪技术，对浓度为0.4 wt%~1.0 wt%的PEO溶液在25℃、35℃和45℃时的微观流变特性进行了测量和分析。研究结果表明，随着被测溶液浓度的增加，探针颗粒的布朗运动受限趋势增大，其中浓度为1.0 wt%的PEO溶液在25℃时布朗运动受限最为显著。黏弹特性模量求解结果表明:在实验条件下，PEO溶液的黏性模量（G"（ω））占主导而弹性模量（G'（ω））表现较弱；在相同温度下，黏弹性模量随着溶液浓度上升而增大；随着温度的升高，溶液弹性模量和黏性模量都呈现减小趋势，且弹性模量减小速率大于黏性模量减小速率。均方位移标准差分析表明，基于单颗粒追踪的微流变测量误差随追踪时间的增加呈增大趋势。     

激光热应力板料成形角变形分析

为了精确预测板料直线扫描时的角变形,本文采用简化约束模型分析了板料的变形历史和应变产生机制,在加热区域内将激光热应力变形过程分为3种不同的情况:(1)板料上下表面仅产生弹性变形;(2)板料上表面产生弹性变形和塑性变形,下表面仅产生弹性变形;(3)板料上下表面均产生弹性变形和塑性变形。通过对热变形第一种情况进行分析,提出了最小移动能量密度的概念,并推导出了板料产生热变形所需要的最小移动能量;针对热变形第二和第三种情况分别建立角变形解析模型,试验结果验证了该模型具有较高的精度。     

计入静位移作用的粘弹阻尼器双线性迟滞模型

在传统的粘弹阻尼器双线性迟滞模型基础上,为了便于参数识别,将滑移迟滞恢复力等效成黏性阻尼力与分段线性弹性力的联合作用,引入指数衰减函数表征弹性力及阻尼力随激振幅值的变化规律,并导出了带静位移的粘弹阻尼器复模量计算模型。提出一种结合复模量及迟滞回线进行参数识别的方法,并通过实例验证了改进模型的准确性及参数识别法的有效性。分析了静位移对迟滞回线及复模量的影响,结果表明:静位移的变化使得迟滞回线沿弹性力曲线移动,并由于非线性刚度的影响,迟滞回线的形状也发生了变化;在模型采用奇次弹性力和线性黏性阻尼力的条件下,储能模量随着静位移的变化成偶次函数的趋势变化,而耗能模量则不受静位移的影响;静位移对储能模量和耗能模量的影响源于粘弹阻尼器刚度和阻尼关于位移的非线性特性。     

Two Degree-of-Freedom Dynamic Theoretical Model on Tile Thermal Protection System

In order to study the dynamic behaviors of the thermal protection system(TPS)and dynamic strength of the strain-isolation-pad(SIP),a two degree-of-freedom dynamic theoretical model is presented under the acoustic excitation and base excitation. The tile and SIP are both considered as the elastic body and simplified as a mass point,a linear spring and a damping element. The theoretical solutions are derived,and the reasonability of theoretical model is verified by comparing the theoretical results with the numerical results. Finally,the influences on the dynamic responses of TPS by the structural damping coefficient of TPS,elasticity modulus and thickness of SIP are analyzed.The results show that the material with higher damping,and SIP with thicker size and lower elastic modulus should be considered to reduce the dynamic responses and intensify the security of TPS. The researches provide a theoretical reference for studying the dynamic behaviors of TPS and the dynamic strength of SIP. Besides,the dynamic theoretical model can be used as a quick analysis tool for analyzing the dynamic responses of TPS during the initial design phase.     

基于细以方法的颗粒增强复合材料弹塑性分析

针对高体积含量的颗粒增强复合材料，提出了一种细观结构模型：将颗粒简化为同质、同尺寸的弹性圆球，两颗粒之间的连接基本简化为一弹塑性短圆柱体，并假设细观应力、应变和塑性区均为轴对称分布。其体和颗粒的变形行为分别简化为类似于弹性地基和弹性半空是，以此为基础，建立了反映一对颗粒法向和切向变形协调关系的两个积分方程。数值求解这两个方程，可得到一对颗粒间基体中细观应力的分布形式，从而建立颗粒对的细观弹塑性本构，采用平均化方法，进一步推导出材料宏观的应力－应变关系。本文利用该模型对一种金属基复合材料的拉伸实验进行了模拟，理论预测与实验结果吻合较。