碳及内嵌金属原子富勒稀分子的压缩力学特性

采用分子动力学(MD)与量子力学(QM)相结合的方法,模拟了Cn(n=20、60、80、180)富勒稀分子,以及M@C60(M=Na、Fe、Al)内嵌金属原子富勒稀分子的对径压缩过程,获得了各种富勒稀分子的系统能量-变形曲线、载荷-变形曲线、最大承受载荷、失效应变以及压缩刚度等压缩力学性能数据.根据模拟的结果,分析了具有不同幻数n、不同内嵌金属原子的富勒稀分子压缩力学特性的差异.研究表明,碳富勒稀分子具有出色的压缩力学性能;幻数n较大的富勒稀分子的最大承受载荷和压缩刚度较大,但失效应变较小;与未填充碳富勒稀分子相比,内嵌金属原子富勒稀分子具有更好的承载能力.     

层合瓦楞纸板三向静态平压性能研究

通过静态压缩试验,对B楞和C楞层合瓦楞纸板X,Y,Z3个方向的平压性能进行了研究,并绘制了其载荷-变形曲线和应力-应变曲线。纸板的载荷-变形曲线表明：压缩时各纸板3个方向的曲线走势类似,都有一段线性变形部分,当载荷达到最大值后,X向和Z向的曲线呈波浪状下降,而Y向的曲线近似于水平波动。纸板的应力-应变曲线表明：3个方向的压缩中,Z向的压缩强度值最大,X向次之,Y向最低,Z向值为X向的3～6倍,为Y向的12～14倍。此外还对瓦楞纸板平压强度与Y向压缩强度的关系和瓦楞纸板边压强度与Z向压缩强度的关系进行了分析。     

冲击载荷下圆环压缩变形特性研究

基于Johnson-Cook材料模型,应用数值模拟的方法,研究了圆环件在冲击载荷作用下的压缩变形规律。得到了冲击载荷下的摩擦系数-变形特性曲线,由此研究了不同载荷幅值(加载速度)、不同应变率敏感系数下的圆环内径变化规律以及对临界摩擦系数的影响。结果表明:摩擦系数-变形特性曲线和准静态结果基本趋势一致但有较大的差异,其中惯性效应起主要作用,应变率效应则起着次要作用。另外,此过程存在着临界摩擦系数,而应变率效应和惯性效应对圆环的临界摩擦系数影响不大,因此,临界摩擦系数可以作为试件的内在属性,应用于圆环的冲击锻压工程。     

7075铝合金热压缩过程变形行为和载荷研究

采用MMS-300多功能材料试验机对7075铝合金在变形温度300-450℃、应变速率0．01～40s^-1下单道次压缩过程进行了实验研究,并根据其流变曲线对热压缩过程进行了数值模拟,分析了变形速度、温度和摩擦对变形栽荷的影响规律。结果表明：7075铝合金变形过程发生了动态再结晶,应力-应变曲线表现出波浪形,波动周期大致相同,振幅随着应变增加逐渐减小;变形速度较小时,变形速度增加,临界应变增加,变形速度增加到一定程度时临界应变反而降低。随着变形速率增加和变形温度降低,载荷增加,而摩擦对7075铝合金热压缩过程的栽荷影响不大;当变形速率增加到一定值时,载荷值对速度敏感度降低。     

损伤形式对三维编织复合材料拉压性能的影响

通过对损伤前后三维编织复合材料试件进行纵向拉伸和压缩实验, 分析了材料的拉、压刚度和强度的变化规律和失效形式。主要讨论了4 种损伤加工方案, 包括沿宽度方向单边切割、沿宽度方向双边切割、沿厚度方向单边切割及沿宽度和厚度方向同时切割。实验结果表明, 宽度方向损伤对拉伸强度、模量和压缩强度影响不大, 压缩模量下降了20 %左右; 厚度方向损伤对纵向拉伸、压缩强度和模量影响较大。编织角20°时, 拉伸、压缩应力-应变曲线接近于线性, 试件的失效方式趋向于脆性破坏; 编织角35°时, 压缩应力-应变曲线表现出一定的非线性。      

碳纳米管增强开孔铝基复合泡沫的疲劳性能

采用原位化学气相沉积、短时球磨和填加造孔剂法相结合的工艺制备了碳纳米管(CNTs)/Al复合泡沫,研究了其在压缩-压缩循环载荷下的力学性能及失效机制。结果表明,CNTs/Al复合泡沫的应变-循环次数曲线经历线弹性、应变硬化及应变快速增长三个阶段。不同于泡沫铝的逐层坍塌变形失效模式,CNTs/Al复合泡沫疲劳失效的主要原因是大量剪切变形带的形成,试样出现快速的塑性变形。此外,CNTs含量为2.5wt%、孔隙率为60%的复合泡沫试样的疲劳强度相比于泡沫铝提高了92%。CNTs的均匀分布及增强相与基体材料之间良好的界面结合性保证了疲劳载荷能够以剪切力的形式从基体传递到CNTs上,使其充分发挥自身高强度、高韧性的特点,进而提高了疲劳性能。      

杨木静动态压缩本构模型研究

目的 以杨木为研究对象,研究其静动态压缩载荷作用下应力-应变曲线的变化特征,建立适合的本构模型,并对其进行描述。方法 对杨木试件进行静动态压缩加载试验,分析静动态压缩载荷作用下杨木应力-应变曲线的变化特征,构建适用于静动态压缩载荷作用下杨木的本构模型。结果 静态压缩加载杨木的应力-应变曲线分为线弹性阶段、屈服阶段和密实化阶段等3个部分,动态压缩加载杨木的应力-应变曲线分为线弹性阶段和屈服阶段等2个部分;静态压缩加载时,杨木轴向屈服应力最大,分别是径向和弦向的5.70倍和7.75倍;动态压缩加载时,当应变率从400 s-1增加到1000 s-1时,径向、弦向和轴向的屈服应力分别增加了1.51,1.59,3.12倍,杨木的屈服应力具有应变率敏感性;采用包含应变率影响的本构方程来描述杨木在静动态压缩载荷作用下的本构关系是比较合适的。结论 杨木是一种应变率敏感材料,静动态压缩载荷作用下杨木的应力-应变曲线均表现出多孔材料的特征,将多孔材料本构模型应用于木材是可行的。     

0945型瓦楞纸板衬垫缓冲防振性能试验

目的研究0945型瓦楞纸板衬垫三角形支座底部支撑点位置对其缓冲防振性能的影响。方法以0945型衬垫三角形支座的底部支撑点与边缘的水平距离为结构参数,采用B楞瓦楞纸板制作5种0945型衬垫试样,利用静、动态压缩试验、随机振动试验分析衬垫的缓冲防振性能。结果应力-应变曲线表明,当底部支撑点与边缘的距离为40 mm时,衬垫的最大应力达到78 k N;当该距离为0时,衬垫的单位体积应变能达到35.67 k J/m3。最大加速度-静应力曲线表明,40 mm时衬垫的最大加速度最小。随机振动功率谱密度曲线表明,距离为0时,衬垫的功率谱密度峰值最小。结论 0945型瓦楞纸板衬垫三角形支座为直角三角形时,垂直边能承受较大载荷,产生较小变形,不易塌陷,缓冲防振性能最好。     

轧制AZ31镁合金板材(4mm)动态压缩性能与失效行为

为了研究轧制AZ31镁合金板材(4mm)在高应变速率下的动态力学性能和失效行为,采用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)在室温下应变速率为500～2600s-1范围内对其进行了动态压缩实验,并利用金相显微镜(OM)和扫描电镜(SM)对冲击后的试样进行了显微分析.探讨了轧制AZ31镁合金板材沿轧制方向(RD)、横向(TD)和法向(ND)的动态压缩性能和失效行为.结果表明:轧制AZ31镁合金4mm板材动态压缩性能存在各向异性.沿RD和TD方向压缩的动态性能相同,沿ND方向压缩的动态断裂强度最大.AZ31镁合金4mm板材的动态压缩断裂机制为解理断裂.变形机制为沿RD和TD方向高速压缩时,{101-2}<112-0>拉伸孪晶参与变形;沿ND方向高速压缩时,{101-1}<112-0>压缩孪晶参与变形.     

聚氨酯/环氧树脂互穿网络硬泡的静态压缩行为

采用同步法合成了聚氨酯/环氧树脂互穿聚合物网络硬泡。为了研究聚氨酯/环氧树脂互穿网络聚合物(PU/ERIPN)硬泡对压缩载荷的响应及变形机理,对IPN硬泡进行了应变率在1.67×10-4s-1~1.67×10-2s-1范围内的静态压缩试验。研究表明,PU/ER IPN硬泡的压缩行为表现出明显的各向异性和应变率效应。平行发泡方向上的应力-应变曲线表现出三个变形阶段:即弹性阶段,"平台"阶段和"硬化"密实阶段,其平台阶段的显著特征是应变软化和局部变形。讨论了IPN硬泡的压缩力学本构关系。     

5052+Er铝合金的热变形行为研究

在Gleeble-3500型热/力模拟试验机上对5052+Er合金进行了高温压缩热变形,研究了变形温度和应变速率对5052+Er合金高温压缩行为的影响。结果表明:当应变速率为0.01 s~(-1)时,真应力-真应变曲线表现出典型的动态再结晶特征;当应变速率为0.1 s~(-1)和1 s~(-1)时,曲线表现出动态回复特征;继续增加应变速率至10 s~(-1)时,流变应力达到峰值后出现后锯齿状波动,此时的合金已经发生了动态再结晶;随着变形温度的升高和应变速率的减小,5052+Er合金的流变应力会逐渐减小;5052+Er合金热压缩变形的流变应力方程为:■不同热变形条件下峰值应力的计算值与测量值的误差在10%以内。     

多级载荷耦合下的镍钛合金血管支架疲劳强度和寿命预测

为探究镍钛合金血管支架植入下肢动脉后产生断裂失效的原因,对Absolute Pro下肢动脉支架在多级载荷耦合作用下的疲劳性能进行研究。利用有限元方法对镍钛合金支架在一级(生理脉动、轴向拉伸、压缩、弯曲、扭转)、二级(拉-弯、拉-扭、压-弯、压-扭、弯-扭)和三级(拉-弯-扭、压-弯-扭)载荷下分别进行数值模拟,基于应变法评价支架的疲劳强度,采用名义应力法和断裂力学进行疲劳寿命预测。经疲劳性能分析发现,一级载荷和部分多级载荷下的支架疲劳强度均满足10年疲劳寿命的要求,其中二级载荷的拉-弯和三级载荷的拉-弯-扭下最大交变应变大于疲劳极限,易产生应力集中导致疲劳失效;寿命云图和安全系数显示,在一级载荷下,压缩载荷对支架寿命的影响最大,脉动载荷最小,在二级载荷下,拉-弯载荷影响最大,弯-扭载荷影响最小,在三级载荷下拉-弯-扭对支架寿命的影响大于压-弯-扭;基于断裂力学寿命预测发现,初始裂纹的大小对支架的寿命有显著的影响。该研究结果揭示了多级载荷对支架疲劳强度和寿命的影响,为支架的临床断裂失效机理提供理论参考。     

蜂窝纸板缓冲曲线特征分析

分析了典型缓冲材料与蜂窝纸板力学模型的应力-应变曲线及缓冲系数-最大应力曲线特征,并提出了利用缓冲系数-最大应力曲线设计蜂窝纸板缓冲衬垫的方法。研究结果表明:典型缓冲材料的应力-应变曲线呈现单调递增趋势;蜂窝纸板的应力-应变曲线特征比较复杂,分为线弹性阶段、屈曲变形阶段、密实化阶段;蜂窝纸板的缓冲系数-最大应力曲线不规则,线弹性阶段的缓冲系数较大,缓冲效率不高,在该阶段可以与其它缓冲材料组合使用,屈曲变形阶段的缓冲系数及应力均较小,缓冲效率较高,但需要跨越峰值应力,在该阶段衬垫设计按照线弹性阶段的峰值应力计算,密实化阶段的材料承受应力较大,不利于保护产品。预压后的蜂窝纸板损失了部分承载能力,其缓冲系数-最大应力曲线平滑,因而其衬垫可按照经典缓冲衬垫设计方法进行设计。     

5052铝合金胶接接头静强度及疲劳性能研究

运用实验方法研究了胶接接头的静强度及其疲劳性能。对胶接接头进行静力学实验,并在此基础上选用6种不同载荷水平对胶接接头进行疲劳实验,获得了接头的载荷-寿命(F-N)曲线。试验结果表明:胶接接头静强度为同尺寸铝合金板静强度的77.5%,说明胶接接头有较高的静强度。当疲劳载荷水平大于最大静载荷平均值的50%时,接头F-N曲线呈线性趋势变化;随着疲劳载荷水平的不断提高,接头失效形式更多地表现为混合破坏。通过分析疲劳失效接头刚度变化可知:在各疲劳载荷水平下,接头刚度的线性趋势变化在整个疲劳周期内占很大比例,疲劳载荷水平越低,接头刚度降低越慢;接头刚度的变化表明在接头内产生了裂纹并逐步扩展。     

冲击作用下薄壁金属空心球压缩变形研究

金属空心球结构是一种新型的多孔金属材料,对单个金属空心球在冲击作用下的压缩力学性能研究是对整体结构压缩力学性能研究的基础。该文研究了单个球壳冲击压缩特性,得到了单个金属空心球在冲击作用下的名义应力-应变曲线并与实验结果进行了对比验证,同时研究了径厚比和冲击速度对变形过程的影响。结果表明:名义应力-应变曲线和变形模态图显示其变形失效过程可分成六个阶段:局部压平、轴对称凹陷、多边形形成、内表面相互作用、侧壁失效以及密实阶段;径厚比越大,金属空心球越容易形成非对称的多边形形式,且在内表面相互作用阶段,上部壳体发生逆向翻转,侧壁发生了屈曲失效;径厚比较小时,在内表面相互作用阶段,下部壳体发生逆向翻转,侧壁发生了弯曲失效;冲击速度越大,底端壳开始发生凹陷的时间越早,空心球产生的不对称度越大。     

新型高强Al-Zn-Mg-Cu合金的热变形行为和热加工图

采用热力模拟实验方法进行热压缩变形实验,研究了一种新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金铸态组织在变形温度为300～450℃,应变速率为10-3～10s-1,压缩变形量为50%条件下的热变形行为,建立了该合金的热加工图。变形温度和应变速率对该合金流变应力的影响显著;实验参数条件下,该合金流变应力曲线呈现稳态动态回复型曲线特征。热加工图和组织分析表明:当应变较小时(ε=0.1),合金具备铸态组织特征,合适的热加工参数:350～450℃,应变速率10-3～10-2s-1;当应变较大时(ε=0.5),合金具备锻态组织特征,较佳的热加工参数:300～450℃,应变速率10-3～10-1s-1。     

蜂窝纸板一维动态本构关系及应用

为了在蜂窝纸板一维压缩应力-应变曲线基础上建立其一维本构关系,首先得到蜂窝纸板在应变率0.0017/s~114.3/s范围内的试验压缩行为。试验结果表明蜂窝纸板呈现较强的率相关性,这是由于蜂窝结构的横向惯性作用引起的。基于最低应变率0.0017/s压缩载荷下的应力-应变数据,提出了形状函数,用于精确拟合蜂窝纸板应力-应变曲线所表现的线弹性、应力软化、屈服平台和压实等四个典型特征。然后在形状函数的基础上,考虑应变率的影响,得到蜂窝纸板一维动态本构关系。最后研究了易损件-产品主体-蜂窝纸板缓冲系统在跌落冲击载荷下的冲击响应,得到缓冲系统的最大加速度-静应力曲线,所得出的结论可以直接用于具有易损件物品的缓冲设计。     

管道失效判据简析

在外部载荷超过管道所能承受范围时管道即发生失效。通过研究管道在外力作用下的力学性能,有助于确定管道失效时的应力或应变的临界值,根据是取应力还是取应变作为衡量管道失效时的指标,分别有基于应力的失效判据和基于应变的失效判据。合理选用管道失效判据,可以节约管道投资、延长管道使用时间。简介材料应力—应变曲线的一般特征,分析管道基于应力的失效判据和基于应变的失效判据的方法。     

动态载荷下C/C复合材料的压缩破坏行为

利用电子万能试验机以及Split Hopkinson Compressive Bar(SHPB)测试了2DC/C复合材料在准静态、动态载荷下的压缩性能,结合光学显微镜分析了其在不同应变率下的破坏形貌、讨论了应变率对压缩破坏形貌的影响。结果表明:与准静态(10-4/s)相比,动态载荷下(5×102/s)复合材料的压缩强度提高了55%,压缩刚度提高了66%,具有较强的应变率效应;在准静态载荷下,C/C复合材料沿40°角剪切破坏,断口上炭纤维破坏具有溃散及剪切破坏特征,而在动态载荷下,C/C复合材料破坏成大小不一的碎片,其炭纤维破坏具有劈裂特征。C/C复合材料破坏模式的不同可归结为基体及界面强度的应变率效应。     

基于弯曲刚度最大分层临界载荷的层压板局部屈曲预测

提出了一种预测含特定分层损伤层压板发生局部屈曲时整体应变的方法。认为含分层子板的局部屈曲载荷由其弯曲刚度最大的分层决定, 因而含有相同最大弯曲刚度分层的不同子板具有相同的屈曲载荷。在已知弯曲刚度最大分层的屈曲载荷的情况下, 根据层压板的轴向刚度公式, 计算出发生局部屈曲时弯曲刚度最大的分层与完好的基板分别承受的载荷, 即得到总载荷, 进而得到层压板的整体应变。用ABAQUS有限元分析软件建立含分层损伤的层压板模型, 使用准静态加载进行了多种分层深度和分层位置下的局部屈曲仿真, 所得局部屈曲载荷符合上述推论。用所提方法预测发生局部屈曲时的整体应变, 结果与有限元结果吻合较好, 此方法可用于建立分层参数识别的参照样本库。