纳米材料拉伸装置的设计及定量化分析

以压电陶瓷为主体设计了一种用于单体纳米材料原位拉伸变形实验的装置,为了实现力学性能的定量化测量,在该装置中加装了用于测量力的悬臂梁针尖,通过悬臂梁针尖的变形可实现纳米材料力学性能测试中的定量化性能测试.利用该自主设计的纳米材料拉伸仪,以利用热蒸发法制备的非晶氧化硅纳米线为实例,在光学显微镜和扫描电子显微镜下进行了原位力学性能测试实验.实验结果显示:该原位纳米材料拉伸装置可以有效地实现纳米材料的拉伸变形操作,同时对施加在材料样品本身上的力学信号给出定量化的结果.      

聚碳酸酯微孔塑料的拉伸力学性能及本构关系

微孔泡沫塑料是一种特殊的发泡材料,具有许多独特的力学性能.根据聚碳酸酯微孔泡沫塑料的拉伸实验数据,对材料的拉伸力学性能进行了研究,讨论了密度、应变率等因素对微孔泡沫塑料拉伸应力-应变关系的影响,并基于Boltzmann叠加原理利用松弛模量对拉伸应力-应变曲线进行了本构关系的拟合,得到了比较满意的结果.      

氧化硫硫杆菌和芽孢杆菌协作下Q235钢腐蚀行为

采用表面分析技术、失重法和电化学测试技术研究了Q235钢在氧化硫硫杆菌（T.t,Thiobacillus thiooxidans）和芽孢杆菌（Bacillus）协同作用下的腐蚀行为.扫描电镜结果表明,与单菌体系相比,混菌体系会形成最为致密的生物膜;混菌体系中浸泡的试样表面会出现不同于单菌体系的圆形蚀坑.腐蚀失重结果表明,混菌中试样的腐蚀速率介于2个单菌体系之间.交流阻抗结果表明,混菌体系浸泡2天后试样表面出现2个时间常数,表面膜层电阻经历了先增大后减小的过程.      

基于声发射非线性模型的损伤状态转变的评估

建立了声发射非线性模型来监测和评估16Mn钢试样在拉伸过程中的损伤状态的转变.首先,建立声发射突变模型,判断试样在拉伸过程中从弹性损伤状态转变为屈服损伤状态可能的时间点.然后,根据声发射参数的特点和突变量的变化,建立声发射突变复检模型,从而得到试样在拉伸过程中从弹性损伤状态转变为屈服损伤状态确切的时间点.试验结果表明:应用声发射非线性模型可以快速、预先预测出材料损伤状态的转变.     

表面裂纹三维弹塑性有限元分析

本文用三维弹塑性有限元计算了含表面裂纹均匀拉伸板在不同载荷大小下的弹塑性位移场、应力场和裂纹尖端塑性区等。计算结果表明:裂纹张开位移具有良好的线性段;对称面和前表面不是处于平面应变和平面应力状态,它们的塑性区用二维情况下的Irwin公式估计误差很大;裂纹尖端塑性区随着载荷的增加,后自由表面的影响也增加;体内大部分区域近似于无裂纹的轴向拉伸应力状态,仅在相当靠近裂纹尖端地区才有较强的塑性约束;裂纹顶端的第三维正应力也具有奇异性。这些结果对于表面裂纹的断裂、疲劳特性研究具有一定的参考价值。     

载荷作用下5A06铝合金焊接试样的腐蚀敏感性

针对5A06铝合金焊接对腐蚀敏感性的影响,研究了载荷作用下的不同焊缝方向（垂直、穿越）的5A06铝合金试样在50℃的3.5% NaCl溶液中的腐蚀行为的影响和焊接接头的电化学腐蚀行为。结果表明,经过110 d的盐水溶液浸泡后,2种焊缝试样均是热影响区首先发生腐蚀,表面的腐蚀坑两侧由于材料组织的不同分别呈台阶式和韧窝状。穿越焊缝试样应力腐蚀敏感性较低,腐蚀坑顶端应力集中,有滑移台阶;垂直焊缝试样应力腐蚀敏感性较高,腐蚀坑沿焊缝贯穿试样表面,腐蚀坑两侧呈平行撕裂状态。电化学极化曲线表明,热影响区、母材区和焊缝区的自腐蚀电位分别为-1.369、-0.791和-0.740 V。      

金属软磁材料磁性测试方法探讨

本文就金属软磁材料对音频下的磁性能测试方法进行了一系列探讨,并和一些国际标准测试方法进行了比较。重点是:改变试样初次级匝数对测试结果的影响;改变试样初级串联电阻对测试结果的影响以及各个可变因素相互之间的关系等。最后,在予定的条件下计算了测试误差。     

基于双向拉伸的热环境铝合金性能获取和分析

板材成形加工时通常承受复杂载荷,一般采用单拉试验获取材料性能,由于材料变形时仅承受单向载荷,与实际情况差距较大。为获取更加真实的复杂加载时材料性能,通过十字形试件双向拉伸试验,研究了热环境双向变比例加载时AA6016铝合金材料力学性能和变形行为,包括优化设计十字形试件、相关试验方法和设备以及结果分析等。在25、150和250℃温度下进行了拉伸速率比例为1:1、3:2、2:3、1:3和3:1的双向拉伸试验和单向拉伸试验,得到了不同拉伸速率比例和温度下的应力应变关系、屈服规律和各向异性,建立了屈服准则,并且通过与试验结果对比,讨论分析了几个典型屈服准则及其适用性。      

LC4铝合金薄板在单轴拉伸时的集中缩颈和断裂模式

薄板试样在单轴拉伸时通常先形成扩散缩颈,继而形成与拉伸轴成约60°的集中缩颈,然后沿集中缩颈断裂。在我们的试验中,过时效状态的LC4铝合金薄板的形变断裂行为符合通常规律,而欠时效和某些峰值时效状态的LC4铝合金薄板在形成与拉伸轴成约60°的集中缩颈后,并不沿集中缩颈断裂,却沿与拉伸轴成90°的方向断裂,宏观断口与拉伸轴在厚度方向成45°。本文对这种现象进行了分析和讨论,并提出了可能的解释。     

单向纤维集束的树脂浸润影响因素

运用自行研制的浸润特性测试系统,研究了环氧树脂对单向纤维集束的浸润行为,分析了纤维体积含量、树脂温度、纤维种类及纤维表面浸润剂等因素对浸润的影响规律.研究表明,增加纤维体积含量、升高树脂温度、去除纤维表面浸润剂均可加快环氧树脂对纤维集束的平均浸润速率.研究结果对指导复合材料成型工艺的合理设计、开发浸润特性表征新方法具有重要的意义.      

复合材料层压板低速冲击行为及剩余拉伸强度

通过实验研究了复合材料层压板的低速冲击行为和剩余拉伸强度。首先,通过冲击实验研究了冲头类型和铺层形式对层压板冲击响应的影响,并通过凹坑深度、损伤投影面积、冲击力和冲击能量转化等对冲击损伤特性进行评估。其次,通过准静态拉伸实验调查了层压板的冲击后拉伸响应和剩余拉伸强度。最后,分析了冲头类型和铺层形式对层压板冲击行为和剩余拉伸强度的影响机理。结果表明:冲头类型对层压板冲击损伤的影响与冲击接触面投影面积和凹坑深度的函数关系密切相关;在较高的冲击能量下,条刃形冲头是造成损伤的关键冲击威胁,而立方角形冲头造成的损伤相对不严重;铺层形式对层压板的冲击损伤阻抗性能和拉伸断裂形貌有明显的影响。      

玻璃纤维束增强聚氨酯泡沫的拉压力学性能

通过对普通聚氨酯泡沫塑料和纤维束增强聚氨酯泡沫塑料的准静态拉伸和压缩实验,研究了不同密度和纤维束质量填充比对材料力学性能的影响.实验观察表明,拉伸试件沿垂直载荷方向断裂,呈脆性破坏特征;而压缩破坏试件表面存在着斜向裂开的小块体.实验结果表明,纤维束增强泡沫塑料的应力-应变曲线具有与普通泡沫塑料相同的特征;纤维束能够有效提高材料的模量和强度;材料密度越大,纤维束和树脂基体的体积含量越高,增强效果越好.     

Development of a thin section device for space exploration: Overview and system performance estimates

In this paper we present a conceptual design of a spaceborne instrument for the in situ production of rock thin sections on planetary surfaces. The in situ Automated Rock Thin Section Instrument (IS-ARTS) conceptual design demonstrates that the in situ production of thin sections on a planetary body is a plausible new instrument capability for future planetary exploration. Thin section analysis would reduce much ambiguity in the geological history of a sampled site that is present with instruments currently flown. The technical challenge of producing a thin section device compatible with the spacecraft environment is formidable and has been thought too technically difficult to be practical. Terrestrial thin section preparation requires a skilled petrographist, several preparation instruments that individually exceed typical spacecraft mass and power limits, and consumable materials that are not easily compatible with spaceflight. In two companion papers we present research and development work used to constrain the capabilities of IS-ARTS in the technical space compatible with the spacecraft environment. For the design configuration shown we conclude that a device can be constructed that is capable of 50 sample preparations over a 2 year lifespan with mass, power, and volume constraints compatible with current landed Mars mission configurations. The technical requirements of IS-ARTS (mass, power and number of samples produced) depend strongly on the sample mechanical properties, sample processing rate, the sample size and number of samples to be produced.     

聚合物基复合材料凸头螺栓连接研究进展

机械连接是聚合物基复合材料最典型的连接方式,因其在连接工艺性和可靠性方面的优势,使其在航空航天制造领域得到了广泛应用。对凸头螺栓连接聚合物基复合材料接头的研究进展进行综述。回顾了复合材料接头的机械连接形式,讨论了在拉伸加载下的失效过程,详细论述了复合材料接头的损伤模式;重点讨论了复合材料接头力学性能影响因素的研究进展,包括复合材料性能（纤维类型、增强体结构形式、纤维与金属混杂层板、铺层角度及比例、固化工艺、初始材料缺陷）、紧固件性能（紧固件刚度、钉头型式、螺栓直径、螺纹密封、间隙配合、干涉配合、紧固件缺失）、连接板性能、侧向约束（拧紧力矩、预紧面积、补偿垫片、接触面摩擦因素）、几何效应（复合材料板尺寸、板厚与孔直径比、层合板宽度与孔直径比、孔端距与孔直径比、螺孔形状、螺孔质量、螺孔位置误差）、载荷（静载荷、动态载荷、疲劳载荷、蠕变、松弛、温湿载荷）等;对聚合物基复合材料凸头螺栓连接的未来研究方向进行了展望。     

含孔隙缺陷三维五向编织复合材料偏轴拉伸力学性能分析

针对孔隙缺陷对材料力学性能的重要影响,在材料细观模型中引入随机分布的孔隙缺陷,研究了含孔隙缺陷三维五向编织复合材料的偏轴拉伸力学性能。基于2种典型编织角试件,讨论了孔隙率对材料正轴力学性能的影响,通过与实验数据对比,确定了材料的孔隙率。结合周期性边界条件施加偏轴拉伸载荷,获取了不同偏轴角度下材料的应力-应变曲线,并预测了材料的强度性能。模拟了典型偏轴角度下材料的细观损伤起始、演化过程,分析了材料的失效机理,为其他复合材料结构孔隙缺陷问题及偏轴载荷问题数值分析提供了一定的参考。      

复合材料混合连接结构拉伸性能与影响因素分析

胶螺混合连接设计适当,能够提高结构的连接效率.针对复合材料胶螺(螺钉)混合连接结构中存在的分析与设计问题,在ABAQUS软件平台上建立了损伤累积三维有限元模型,其中考虑了胶层物理非线性以及非线性接触等问题,连接结构拉伸强度及损伤破坏过程的计算结果与试验结果基本吻合,证明了所建模型的有效性.在此基础上,研究了复合材料层合板端头翻边、胶层厚度、胶层韧性以及接触面摩擦系数等因素的影响.结果表明:复合材料层合板端头翻边对混合连接结构具有增强作用,能够提高结构的拉伸强度;韧性胶层能够提高结构的拉伸强度,但胶层厚度对结构的强度基本没有影响;螺钉杆与连接孔接触面间摩擦系数越大,连接结构的拉伸强度越高.     

泡沫塑料拉伸力学性能的研究

对高密度泡沫塑料进行了拉伸实验,研究了材料的拉伸力学性能,并考虑了应变率效应和温度效应.实验结果表明:高密度硬质聚氨酯泡沫塑料在拉伸加载下应变率效应不太明显,但温度效应却十分明显.在拉伸加载下泡沫塑料具有明显的脆性变形特征,其应力-应变曲线存在明显的非线性.此外, 文中对泡沫塑料的模量和强度进行了理论预测, 预测值与实验值基本一致.     

2024-T3航空铝合金板材电磁V形弯曲应变分析

金属塑性成形后的应变特征影响零件的力学性能和使用寿命。电磁成形技术能提高金属的成形性,有助于克服铝合金室温成形性低的缺点,因而得到重视。本文以2024-T3航空铝合金板为研究对象,开展了电磁V弯成形和传统机械V弯成形的实验及数值模拟,研究了2种成形方法对弯曲成形试件V形弯曲圆角位置沿试件长度方向的应变特征的影响。数值模型表明,电磁V弯试件弯曲圆角处的拉应变峰值低于机械V弯试件;电磁V弯实验件的拉应变峰值比机械V弯试件低13.9%。同时,与机械V弯试件相比,电磁V弯试件有更大区域的金属材料参与了弯曲变形。