基于纳米压痕技术的电子玻璃微观力学性能研究

为了研究不同电子玻璃的微观力学性能,采用先进的纳米压痕技术记录钠钙硅、无碱硼铝硅和碱铝硅等典型电子玻璃的载荷-位移曲线,利用Oliver-Pharr方法和经典的弹塑性变形理论,计算玻璃的硬度和弹性模量. 玻璃的硬度主要与结构的键合度相关,平均非桥氧数越高,外力作用下越容易致密化,硬度越小;弹性模量主要取决于质点间的化学键强度,化学键力越强,变形越小,弹性模量越大;九点法测得的弹性模量与硬度的变化趋势不完全相同,借助硬度-弹性模量-能量耗散之间的本征关系,评价玻璃样品的微观均匀性,其中无碱硼铝硅玻璃的恢复阻力大,局部能量耗散大,不容易引起整体破坏,力学性能最好;与浮法工艺相比,溢流下拉法制备样品的局部力学性能波动较小,微观均匀性较好.     

颗粒表面粗糙度对纳米压痕特性影响研究

对复合涂层的颗粒进行纳米压痕过程中,从最大压入深度计算出的接触面积受到颗粒表面的最高处以及最低处的影响.建立颗粒与基体的纳米压痕有限元模型,计算分析颗粒表面形貌对压痕结果的影响.结果显示:利用颗粒压痕载荷深度曲线计算出的弹性模量与硬度误差随着颗粒曲率的增大而加大.采用一种简单的模型对接触深度的公式进行了相应的修正,最后与有限元分析得到的结果进行比较,所得弹性模量和硬度的误差相对降低,验证了该模型的可行性.     

不同接触零点对纳米压痕测试影响的有限元解析

为了有效估计由于粗糙度因素造成纳米压痕测试结果的偏差,对纯铝的纳米压痕进行了有限元仿真研究。利用二维轮廓模型,采用模型轮廓最大高度Ry作为评定样品表面粗糙度的参数,并引入轮廓的波峰与波谷之间的水平距离D和波谷的中垂线与相邻凸面切线之间的夹角θ。仿真发现:相比光滑表面,在不同的接触零点,测试结果存在差异:接触零点为粗糙表面波峰时,最大载荷测试结果偏小;接触零点为粗糙表面波谷时,最大载荷测试结果偏大;压头压向波谷,压头棱边与凸起接触为接触零点时,测试结果引起的偏差相对较小。     

测试原位纳米压痕的微小型加载装置

提出一种用于原位纳米压痕测试的微小型精密加载装置。结合纳米压痕测试的基本要求,对精密加载装置进行了结构设计分析,建立了以压电叠堆推动柔性铰链推进单晶金刚石工具头实现压痕测试的方案,依据胡克定律利用柔性铰链敏感单元实现对压入力信号的检测。对压入柔性铰链单元进行了力学分析和模态研究,在此基础上,对研制测试平台样机的压入特性、载荷力检测等进行了试验测试,并利用研制的样机对单晶硅晶片进行了压痕试验。加载装置在100V驱动电压下压头有效行程可达11.96μm,基本满足压痕测试的功能要求。     

基于纳米压痕技术及有限元模拟的薄膜力学性能研究

采用纳米压痕技术结合有限元模拟和量纲分析方法分析薄膜材料的弹塑性性能．用有限元模 拟纳米压痕过程,结合量纲分析方法将纳米压痕的加卸载过程与被测材料的力学性能联系起来,建 立起两者间的无量纲函数关系结构式,进而结合实际纳米压痕试验所得薄膜的弹性模量和载荷— 位移曲线计算出了材料的应力—应变关系．经检验,有限元模拟所得到载荷—位移曲线和纳米压痕 试验所得载荷—位移曲线吻合得比较好,因此验证了有限元模型的正确性和材料模拟的正确性．     

金属纳米粒子的制备与应用

金属纳米粒子独特的结构决定了其独特的性能。评定了金属纳米粒子的制备、改性及应用的研究进展。     

压痕位置对多晶铜纳米压痕变形机理的影响

为研究在纳米压痕过程中微观结构多晶铜力学特性及变形机理的影响机制,采用Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法建立大尺度多晶铜分子动力学模型,针对多晶铜不同微观结构分别建立初始压痕位置位于晶粒、晶界面、三叉晶界、顶点团4类微观结构的纳米压痕模型,采用分子动力学方法模拟计算金刚石探针压入模型的纳米压痕过程,计算4种模型的纳米压痕力及原子的静应力与第三应力.采用中心对称参数法分析多晶铜表面及亚表面位错演化对纳米压痕过程的影响.结果表明:探针对4种微观结构的纳米压痕过程存在显著的规律性,纳米压痕力的增长速率、纳米压痕过程位错向邻近晶粒扩散的难度、纳米压痕后多晶铜亚表面位错分布范围、纳米压痕过程中低维数微观结构累积原子势能的难度等均满足降序关系:晶粒、晶界面、三叉晶界、顶点团;压痕位于高维数微观结构时,其相邻的微观结构呈拉应力;而压痕位于低维数微观结构时,其相邻的微观结构呈压应力.在多晶铜的纳米压痕过程中,为减少缺陷结构数量及其能量累积,降低材料的残余应力,应针对多晶铜的晶粒进行机械加工并避开顶点团、三叉晶界等微观结构.     

金属纳米粒子的制备与应用

金属纳米粒子独特的结构决定了其独特的性能。评述了金属纳米粒子的制备、改性及应用的研究进展。     

光栅铝膜纳米压痕尺寸效应分析

研究光栅铝膜尺寸效应对于指导衍射光栅机械刻划工艺十分重要,对现有光栅铝膜进行了纳米压痕实验,从实验中获得光栅铝膜材料的力学性能参数。通过实验数据可知,光栅铝膜材料在微米级范围内存在明显的尺寸效应。利用三种尺寸效应模型Meyer模型、PSR模型及MPSR模型对光栅铝膜材料尺寸效应进行描述并分析,说明了几种模型在不同压深情况下的有效性。     

现场测试混凝土弹性模量的方法研究

近年来,混凝土的弹性模量值引起了日益广泛的重视,其在计算钢筋混凝土的变形、裂缝扩展、温度应力以及估算预应力损失等方面是必不可少的指标。采用传统的静力载荷试验的方法测试混凝土材料的弹性模量存在着费事、费时、代表性不强和难以全面检测等缺点,我们利用现场无损检测的方法测试混凝土结构和材料的弹性模量,较好地解决了上述问题。     

低弹性模量材料的应变测试

本文对低弹性模量材料应变测试中的有关技术问题进行了系统论述。目的在于用这类材料制造机械零部件的模型以进行应力应变的模拟测试,为高、大、精、尖产品以及特种包装容器的设计获取数据。     

考虑小尺度效应影响的金属纳米丝弹性模量的计算

用分子动力学的方法来模拟金属纳米丝的拉伸实验，得到纳米丝屈服前每一位移步的应力、应变值；基于非局部弹性理论，在考虑小尺度效应影响的情况下，建立了纳米丝的应力-应变关系。根据应力-应变关系，利用分子动力学模拟得到的纳米丝的应力、应变数值计算出金属纳米丝的拉伸弹性模量，修正了小尺度效应对纳米丝弹性模量的影响。     

EMP瓦压缩弹性模量的实验研究

对ＥＭＰ瓦压缩弹性模量进行了测试和计算,并分析了其特点,所得结果可用于轴瓦结构设计和有关润滑参数计算,为瓦面修型提供依据。     

人体半月板和关节软骨弹性模量的实验

介绍了人体半月板和关节软骨以及其光弹性模拟材料弹性模量的测定方法与结果。提出了用聚氨酯泡沫塑料作为半月板与关节软骨的模拟材料。     

基于XFEM的骨料分布对混凝土有效模量的影响

混凝土的弹性模量是结构设计中最基本的参数,在计算方法上需要保证足够的准确性。基于现有的3层球壳解析模型,将骨料、界面过渡区和薄层砂浆组成的整体先行处理为等效夹杂体,并根据解析模型获得相应的弹性模量,随后将混凝土视为由此等效而来的夹杂体与基体砂浆组成的二相复合材料。在固定背景网格体系中,采用无附加自由度的扩展有限元方法计算不同级配和骨料含量的混凝土等效弹性模量。当混凝土的骨料分布发生变化时,无附加自由度的扩展有限元方法能够在程序设计上避免整体刚度矩阵的维度变化问题。此外,为了能在获得不同的骨料分布的同时获得较高的骨料含量,混凝土的级配采用固定的粒径分布形式。结果表明：骨料含量同为47.12%的3种级配的混凝土弹性模量基本相同,说明级配对混凝土弹性模量的影响可以忽略;解析解可较准确地预测稀疏骨料分布情况下的混凝土等效弹性模量,但骨料增加后其预测值出现较大偏差;混凝土弹性模量随硬骨料含量的增加线性增大,随软骨料含量的增加线性减小。     

坡莫合金磁阻传感器在弹性模量实验中的应用

介绍坡莫合金磁阻传感器的结构与工作原理,研究了该传感器的结构和特性以及沿磁钢轴线上的磁场强度分布规律,并用坡莫合金磁阻传感器测量出弹性模量实验中的微小位移量.     

复合材料单向板横向弹性模量E_T的细观力学分析

单层板横向弹性模量主要由基体控制,然而纤维的存在制约了基体的变形,从而间接地影响着横向弹性模量.由于纤维的纵向弹性模量远远高于基体的弹性模量,基体的纵向变形受到了纤维的制约而处于面内二向应力状态.本文在矩形模型的基础上进行了二向应力状态的修正.经与目前普遍认为可行的 Halpin-Tsai 半经验公式进行比较,二者具有同等的精确性,而本文在理论上和逻辑上更具有简单性和合理性.     

基于检测方法的再生混凝土弹性模量试验研究

利用废弃混凝土加工制备为再生细集料,以再生细集料取代率为变量参数配置3种水胶比的再生骨料混凝土,通过混凝土标准弹性模量测试法、基于本构关系测试法以及超声波无损检测法,研究再生细集料取代率对富含砖粒再生混凝土弹性模量的影响规律以及超声波波速与弹性模量之间关系。试验结果表明,以应力-应变曲线上升段的割线斜率作为再生混凝土弹性模量值,该值随再生细集料取代率的变化规律与弹性模量试验测得的变化规律一致,呈现先增大后减小的趋势,且在取代率为30%时达到最佳状态。提出了以再生细骨料取代率为影响因素,富含砖粒再生混凝土立方体抗压强度与弹性模量关系计算模型,拟合出了超声波波速与再生混凝土弹性模量函数式。     

蒸汽养护对高性能混凝土弹性模量的影响

通过现场对不同龄期、蒸汽养护箱梁的弹性模量的测试，发现箱梁移出后（5天）弹性模量下降，为优化结构的张未王／放张时间提供依据，同时提出了通过龄期与弹性模量的关系，进一步可以通过低龄期结构推算出28天以后箱梁的模量，为箱梁的优化施工提出了新的措施。