金属材料循环应变硬化/软化瞬态响应的数学模型

本文讨论了金属材料循环硬化/软化瞬态响应特性,定量分析了在应力—应变响应中应力幅值(在对称应变控制下)的变化规律,给出了应力幅值变化的数学表达式。该式表明,应力幅值的变化不仅与材料性质和材料进入塑性变形范围的次数有关,而且还与应变幅值的大小有关。与已有的数学模型相比较,本文提出的模型与试验结果符合较好,并且无需拟合诸如循化硬化/软化系数这样的试验参数,因而可以节省大量的费用。此外,使用本文的模型由计算给出了瞬态过程中循环强度系数和应变硬化指数的变化规律,发现二者在寿命前半部分循环中变化很大,而在寿命后半部分循环中变化很小,这与试验得到的结果是一致的。     

模具钢堆焊金属的强度与变形对热疲劳抗力的影响

对两种模具钢堆焊金属（3Cr2W8和HM3）进行了外加约Coffin型热疲劳试验。试验表明，模具堆焊金属的热疲劳抗力由其变形的难易程度决定：变形越困难，热疲劳抗力越高。研究进一步表明，材料变形的难易程度又与变温循环过程，热疲劳试样拉伸应力的增加和材料屈服强度的降低有关。屈服强度的降低是由于在循环过程中，材料的组织发生了动态变化，如动态回复、动态再结晶及第二相粒子的析出与聚集；拉伸应力的增加是由于微观组织中应力松弛的结果。     

机械加工对烧结金属多孔材料孔隙的影响

建立了烧结金属多孔材料连通孔隙形成的模型,通过控制机械压制压力获得了一定孔隙率的金属多孔材料。为了拓展烧结金属多孔材料在工业领域中的应用,文中研究了放电线切割、水切割和磨削加工对材料表面孔隙结构及材料透气性的影响,采用扫描电镜和显微镜分析了材料加工后表面上孔隙的形貌。实验结果表明,放电线切割、水切割和磨削对烧结金属多孔材料加工之后,材料被加工的表面孔隙被部分堵塞,材料的透气性有一定程度的降低,但材料内部的孔隙仍有较好的连通性。     

异种金属结构电偶腐蚀的边界元仿真及验证

海军某型航空装备在海洋环境下长时间服役后,铸铝合金壳体会与海军黄铜导轨接触,导致电偶腐蚀。为研究不同条件对其电偶腐蚀的影响,基于Nernst Plank方程和边界元方法,以结构几何形状、材料极化数据和电解液性质为输入,建立了裸露电偶电极的仿真模型,探索了模型有效性和可靠性的实验室验证方法。结果表明,同一环境下,ZL115 T5铸铝合金电位低于C41500海军黄铜电位,在电偶腐蚀中充当阳极;随着电解液浓度、结构表面液膜厚度增大,电偶腐蚀将愈加剧烈;裸露电极电偶电流及表面电位的实测值和仿真值吻合较好,所建立的电偶腐蚀边界元模型有效、可靠。     

二维网格局部动态细化的关键技术及其在切削仿真中的应用

为了解决仿真过程中网格畸变导致的计算终止以及计算精度与效率低等问题,本文利用Python对ABAQUS有限元仿真软件进行了二次开发,提出一种二维局部网格动态细化算法。该算法通过研究网格细化准则和细化方法以及物理场的传递过程,完成了整个算法程序的开发,并应用该算法实现了在二维切削仿真中局部网格动态细化。与全局加密网格的模型相比,在保证仿真精度误差为5%以内的情况下,采用局部网格动态细化时计算效率提高了210%。最后,通过试验验证了采用该算法所建立的二维切削仿真模型的准确性,仿真结果与试验结果基本吻合。     

"金属风暴"武器发射动力学建模与仿真

射击精度、发射安全性和动态设计手段缺乏是制约"金属风暴"武器发展的难题.基于多体系统传递矩阵法,从弹、炮、药武器系统的角度,建立了"金属风暴"武器多刚柔体系统发射动力学模型和发射动力学方程,解决了"金属风暴"武器固有振动特性计算和动力响应分析难题.编制了"金属风暴"武器发射动力学仿真程序,仿真得到了振动特性、内弹道、膛内运动、动力响应、射击密集度等,建立了武器动态性能与系统总体参数间的定量关系.研究结果为解决制约"金属风暴"武器发展的难题,为"金属风暴"武器动态设计、改进和性能提高提供了理论依据与技术手段.     

IC10合金本构关系的神经网络模型

为研究IC10合金在不同温度、不同应变率下的流变规律,本文利用材料试验机(MTS809)测得IC10合金在很宽的温度范围(25~800°C)和不同应变率(10-5~10-2s-1)内的应力-应变曲线。试验结果表明,在小于800°C及小应变率条件下IC10合金的流变行为表现为应变硬化。基于试验数据,本文建立了IC10合金本构关系的BP神经网络模型,该模型以应变值、应变率及温度作为输入量,流变应力为输出量。与试验结果比较表明,BP神经网络模型的预测精度较高,说明该模型可以精确地预测IC10合金在不同温度、不同应变率下的流变行为。     

含晶界单层过渡金属硫化物的压电效应研究

在单层过渡金属硫化物（Transition metal dichalcogenides,TMDs）的合成过程中,缺陷是不可避免的,而且缺陷对单层TMDs的物理化学性质有着重要的影响。为了研究晶界（Grain boundaries,GBs）对单层TMDs压电效应的影响,基于密度泛函理论（Density functional theory,DFT）,计算了36种含晶界单层TMDs和36种不含晶界单层TMDs的压电系数。结果表明：晶界的存在会增强单层TMDs的压电效应,这是由于晶界会导致体系产生应变梯度,从而激发了挠曲电效应。压电系数的变化呈现明显的周期趋势,即随着硫族元素相对原子质量的增加压电系数逐渐增大,其中,含晶界的单层MoTe₂的压电系数最大为11.17 pm/V,与单层MoTe₂ （8.74 pm/V）相比,提高了约27.8%。本文的研究结果可以为开发应用于飞行器中的高灵敏度传感器和高精度控制器的设计提供理论指导。     

铜/镍箔中间层对铝/钢激光焊接接头组织与力学性能的影响

研究以Ni、Ni/Cu箔片为中间层的铝/钢异种金属激光焊接行为,系统考察Cu/Ni箔片复合中间层的添加对铝/钢异种激光焊接接头组织与性能的影响。利用扫描电子显微镜和能谱仪对焊缝横截面的组织形貌和各区域的元素分布进行观察分析,利用X射线衍射仪对焊接接头的主要物相进行分析,并利用电子万能试验机对焊接接头进行拉伸实验以表征其力学性能,结果表明:Cu/Ni箔片做复合中间层加入时,其中加入0.02 mm厚Cu箔片时焊接接头的最大剪切力提高至1754.72 N;加入0.05 mm厚Cu箔片时的最大剪切力为734.97 N,相比只添加Ni箔片时焊接接头的最大剪切力反而下降。Cu箔片的添加使得铝/钢界面的物相组成、元素分布和微观组织形态发生改变,同时增加了熔池的流动性。在靠近不锈钢侧的Fe-Al脆性相中的部分Fe原子被Cu原子取代生成新的二元韧性相,从而抑制Fe-Al二元脆性金属间化合物的生成,有效改善铝/钢的焊接性。因此,Cu/Ni箔片复合中间层的加入,可以有效地改善铝/钢异种激光焊接过程中的冶金反应,进而提高焊接接头的力学性能。     

飞机金属疲劳裂纹的产生及维修

一、金属裂纹对飞行安全的危害 民航客机为了维持机舱的正常气压，每次升空和降落，机舱都会经历一次加压和减压过程，使飞机蒙皮出现周期性膨胀和收缩，而固定在飞机表面的铆钉周围的材料极易产生疲劳，形成放射性微小裂纹。这些裂纹易产生腐蚀，加速裂纹的恶化。当裂纹扩展至临界裂纹长度后，会快速失稳扩展，最后导致结构断裂破坏，这是造成飞机空难的主要因素之一。