2219铝合金动态力学性能及其本构关系

针对2219铝合金在高温、高应变率加工条件下的变形特征以及流动应力变化规律,利用分离式Hopkinson压杆设备对该合金进行了室温以及高温动态压缩力学性能研究,并利用电子万能试验机对其进行准静态压缩力学性能测试,得到了2219铝合金在不同应变率和温度下的真实应力-应变曲线。结果表明:2219铝合金对温度有较高的敏感性,其流动应力随着温度的升高而降低;当应变率在1000~3000s-1范围内时,材料的流动应力变化并不明显;基于Johnson-Cook模型拟合出的模型参数,能较好地预测实验中材料的流动应力。     

三维四向编织复合材料动态压缩性能实验研究

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)研究了三维四向编织碳纤维环氧树脂复合材料在动态压缩载荷作用下的力学性能。在横向对复合材料进行了动态压缩实验,得到了应变率从900/s―1500/s下的应力-应变曲线,并且与准静态压缩下的结果进行了对比。分析比较了应变率对三维编织复合材料横向压缩强度和模量的影响。实验中根据SHPB理论假设,采用波形整形技术,使得试件在加载过程中处于应力平衡和均匀变形状态。实验结果表明:压缩强度和模量具有一定的应变率强化效应;与准静态结果相比,在高应变率下的复合材料的强度和模量有明显的增大,并表现出明显的脆性。还分析了应变率对复合材料破坏模式的影响。     

泡沫铝动态力学性能的实验研究

本文主要利用分离式霍布金森压杆 (SHPB)对泡沫铝进行了三种应变率 (0 6× 10 3 s、1 0× 10 3 s和 1 9× 10 3 s)动态压缩实验。实验结果表明 :泡沫铝的动态应力 应变曲线也具有泡沫材料的动态应力 应变曲线的“三阶段”特征 ,并且应变率对其影响明显 ,流动应力随着应变率的增加而增加 ,泡沫材料的力学性能更多地表现出泡沫结构特性     

应变率对硫化橡胶压缩力学性能的影响

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)和材料实验机MTS810对硫化橡胶进行动态和准静态单轴压缩实验,获得硫化橡胶的应力-应变响应曲线,研究了应变率对其压缩力学性能的影响。实验结果表明,硫化橡胶在低应变率时的应变率效应不明显,然而在较高应变率时,应变率对其动态应力-应变关系有明显的影响,弹性模量、屈服应力以及流动应力都随应变率的增大而增大。采用基于应变能函数理论的橡胶本构模型来描述硫化橡胶压缩荷载下的力学行为。数值模拟了硫化橡胶的应力-应变历程,并与实验数据进行比较,结果显示两者吻合良好。     

冲击载荷下环氧树脂动态压缩力学响应实验研究

为了从细观角度研究碳/环氧复合材料的动态力学性能,利用分离式霍普金森压杆实验装置对其组分材料TDE86#环氧树脂体系进行动态冲击压缩实验,获得不同应变率加载条件下环氧树脂的应力一应变曲线,基于应力-应变曲线分析了应变率对环氧树脂动态压缩力学性能的影响.研究结果表明:环氧树脂具有明显的应变强化效应,随着应变率的增加,环氧树脂的强度基本没有变化,最大应力时的应变逐渐减小,动态模量和压缩刚度有很大程度的提高.     

7075-T6铝合金动态力学试验及本构模型研究

分别采用电子万能试验机、高速液压伺服试验机和分离式霍普金森拉杆(SHTB)装置进行了7075-T6铝合金材料在室温下的准静态、中应变率和高应变率动态力学性能试验。获得了该材料不同应变率下的应力-应变曲线,结果显示:7075-T6铝合金具有明显的应变率强化效应;随着应变率的提高,试件断口处颈缩现象越发明显。拟合出了能够反映材料应变硬化效应、应变率强化效应的Johnson-Cook本构方程,对方程中的应变率强化项进行了修正,使拟合结果与试验结果吻合得更好。     

6061铝合金板材锯齿形屈服行为的研究

对6061铝合金板材锯齿形屈服行为中应力跌幅、跌落时间等多个特征物理量随应变率的变化规律进行了系统的研究,探讨了锯齿形行为对材料力学性能的影响。结果表明,应力跌幅个数,跌落时间及其个数,再加载时间及其个数均随着应变率的增大而逐渐减少;当应变率为1.4×10-3s-1时,6061铝合金板材的锯齿形屈服行为最弱,板材的力学性能最好。     

Fe-36Ni高温高应变率动态力学性能及其本构关系

为研究Fe-36Ni因瓦合金的动态力学性能及其本构关系,在20～800℃和10-3～104 s-1的应变率内,采用电子万能试验机和高温分离式霍普金森压杆分别对Fe-36Ni因瓦合金进行准静态实验和动态压缩实验,得到其高温、高应变率下的应力-应变曲线.结果表明,Fe-36Ni因瓦合金的流动应力表现出较强的应变率和温度敏感性,随着应变率的增大而增大,随着温度的升高而减小.采用改进应变率项和温度项的Johnson-Cook本构方程拟合了Fe-36Ni因瓦合金在高温、高应变率下的动态塑性本构关系,拟合结果与试验数据吻合很好.     

编织角和承载方向对三维四向编织复合材料动态压缩性能的影响

利用分离式霍普金森压杆（SHPB）装置对三维四向编织碳纤维增强树脂基复合材料的动态压缩性能进行了研究。通过对编织角为20°、30°和45°的试验件分别进行沿纵向、横向和厚度方向的动态压缩试验,得到材料在800~2 000/s应变率范围内的应力-应变曲线,并与准静态压缩试验结果进行对比,研究了应变率、压缩方向及编织角对材料极限强度和弹性模量的影响。结合高速摄影记录的动态压缩过程,进一步分析了不同情况下材料的破坏模式与破坏过程。结果表明：应变率越高,材料的极限强度和弹性模量越大,材料在受压的三个方向上均具有一定的应变率强化效应,且高应变率下表现出比准静态压缩时更明显的脆性;编织角的改变对材料在三个方向上的动态压缩性能均有影响,其中对纵向的影响最为明显;不同方向受压时材料的失效形式不同,且准静态和高应变率下的失效形式也有区别。     

锻造/层合碳纤维-环氧树脂复合材料压缩性能实验与仿真

压缩性能是材料的基础力学性能之一,决定着材料在工程中的应用价值和应用范围.为了获得锻造碳纤维增强环氧树脂复合材料(FC-FREP)和层合碳纤维增强环氧树脂复合材料(LCFREP)的压缩力学性能,进行了准静态实验和霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bars,SHPB)实验,得出了FCFREP和LCFREP在不同应变率下的真实应力-应变关系.通过扫描电子显微镜(SEM)观察了两种材料的破坏模式,进一步采用有限元软件进行了动态压缩仿真.实验结果表明,FCFREP的应变率效应仅体现在塑性段,且为负应变率效应;LCFREP的应变率效应明显,随着应变率增大,其弹性模量增大、屈服点滞后、流动应力增大.SEM结果表明,动态压缩情况下FCFREP的破坏模式为纤维撕裂拉断和剪切断裂,基体产生裂纹碎裂,LCFREP的动态压缩破坏模式为剪切断裂.仿真结果表明,FCFREP材料的动态压缩可采用双线性本构模型描述,LCFREP材料动态压缩的实际应力路径与仿真结果不同,但屈服极限相同.实验得出的真实应力-应变曲线可以作为研究新本构模型的依据,同时为开发新数值模型提供了参考.     

可降解生物医用Zn-1Al合金的制备及性能研究

以商业铸态纯锌和纯铝为原料,制备得到Zn-1Al铸态合金。利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察Zn-1Al铸态合金的显微组织,利用万能试验机测定Zn-1Al铸态合金的压缩力学性能,利用模拟体液浸泡实验表征Zn-1Al铸态合金的生物降解性能和诱导Ca-P沉积能力。结果表明,向Zn中加入1%(质量分数)的合金元素Al后,铸态纯锌的显微组织明显细化,且Zn-1Al合金的压缩力学性能也较铸态纯锌明显提高。模拟体液浸泡实验结果表明铸态Zn-1Al合金在浸泡过程中降解速率与铸态纯锌相比未出现明显差别,但Zn-1Al合金能更有效地诱导Ca-P沉积。     

Fabrication and mechanical properties of Cu-coatedwoven carbon fibers reinforced aluminum alloy composite

Cu-coatedwoven carbon fibers/aluminum alloy composite (C_f/Al) was prepared by spark plasma sintering. Microstructure and mechanical properties of the composite were investigated. Microstructure observation indicates that the interface reaction is evidently inhibited by Cu coating. Woven carbon fibers are adhered to the matrix alloy by anchor locking effect of matrix alloy immersing into the interstices between carbon fibers. Under the quasi-static and dynamic compressive conditions, the composite exhibits excellent ductility even when the strain reaches 0.8. Adding carbon fibers into ZL205A alloy has no obvious influence on compressive flow stress of the composite. The compressive true stress–true strain curves show that the composite is a strain rate insensitive material. During the tensile tests, the elongation of the composite shows a sharp increase from 4.5% to 13.5% due to the adding of woven carbon fibers. Meanwhile, the tensile strength of the composite is increased slightly from 168 MPa to 202 MPa compared to that of ZL205A alloy. The good ductility of the composite is ascribed to the cracks deflection, fibers pulling out, debonding and breakage mechanisms.     

Damping behavior of Al/SiCP multilayer composite manufactured by roll bonding

High damping materials comprising good mechanical properties as structural materials and high damping capacity for vibration loading are the best solutions for vibration problem. In current study, functionally graded material from composite sheets with different percentages of reinforcement was manufactured by hot rolling process. The damping behavior of base alloy composite including different percentages of SiC particles and Al/SiC_P multilayer composite sheets was studied at room temperature conditions. The Al/SiC_P composites were found to exhibit higher damping capacity compared to Al alloy. The damping capacity increased by increase in the percentage of reinforcement. Furthermore, Al/SiC_P multilayer composite sheet provided higher damping capacity in comparison to Al alloy. Therefore, damping capacity enhanced by increasing the number of layers. The main source for damping behavior in composite materials is dislocation damping whereas in stepwise multilayer composite sheets, it comes from boundary conditions between layers.     

Achieving high strain rate superplasticity via severe plastic deformation processing

In this study, a thermomechanical process consisting of general precipitation and severe plastic deformation through equal channel angular extrusion (ECAE) was applied to a Zn-22 wt.% Al alloy to produce a microduplex structure for high strain rate (HSR) superplasticity studies. Microstructures, hardness, and superplastic properties of the Zn–Al alloy were studied by using differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), recordable hydraulic press, and a tensile test with a hot stage. A work-softening phenomenon due to the occurrence of a grain boundary-sensitive dynamic recrystallization (DRX) was observed during the ECAE processing of the Zn–Al alloy at the extrusion temperatures investigated from −10 °C to 50 °C. An important discovery regarding the grain boundary-sensitive DRV was realized in this study such that through a progressive work-softening process the Zn–Al alloy will eventually exhibit HSR superplastic properties.     

6061铝颗粒层增强7075铝基复合材料的微观结构及阻尼性能

采用热轧法制备出具有颗粒层状结构的6061p/7075铝基复合材料以改善7075铝合金的阻尼性能。通过OM、SEM、EDS和XRD分析6061p/7075层状铝基复合材料的微观组织,分别采用万能力学试验机和动态热机械分析仪分析其力学性能和阻尼行为。研究表明,6061铝颗粒层存在大量的颗粒间界面和微小孔隙,6061铝颗粒层与7075铝基体之间界面结合良好,没有发生界面反应;6061p/7075层状铝基复合材料最大抗拉强度为370.5 MPa,比7075铝基体提高了30%;6061p/7075层状铝基复合材料和基体材料的内耗值分别随着温度和应变量的升高而增大,复合材料的阻尼性能明显优于7075铝基体,在360℃时,复合材料的内耗值高达0.117,比7075铝基体提高了149%;6061p/7075层状铝基复合材料和基体材料的储能模量分别随着温度和应变量的升高而降低,在30℃时,复合材料的储能模量为38601 MPa,比7075铝基体高16%。      

低密阻尼金属/金属复合体材料的组织与性能研究

采用快速凝固／粉末冶金法成功地研制出Ａｌ－７．０９％Ｆｅ－１．３４％Ｍｏ－１．４５％Ｓｉ（ＦＭＳ０７１４）合金及其金属／金属复合体材料ＦＭＳ０７１４／１５％Ａｌ和ＦＭＳ０７１４／１０％（Ｚｎ－３０％Ａｌ）,考察了其组织、拉伸性能、阻尼性能和密度,产散锻铝ＬＤ７ＣＳ合金进行了对比。结果表明：ＦＭＳ０７１４合金本身就具有较好的拉伸与阻尼性能。添加纯Ａｌ和Ｚｎ－３０％Ａｌ合金粉均使其强度下降,而 ＦＭＷ     

Preparation and properties of Mg-Cu-Mn-Zn-Y damping magnesium alloy

This paper presents the successful preparation of a high-damping, high-strength Mg-Cu-Mn-Zn-Y alloy by alloying and extrusion. The damping capacity of the as-cast Mg-3Cu-1Mn alloy (alloy 1) displayed evident variations with changes in Y and Zn content. The as-cast Mg-3Cu-1Mn-2Zn-1Y alloy (alloy 2) exhibited excellent damping capacity and unusual damping growth in the high-strain amplitude stage; the damping capacity of alloy 2 exceeded that of alloy 1 and even approached that of pure Mg when the strain amplitude exceeded 5 × 10⁻⁴. This observation is believed to be related to the formation of long and parallel dislocation configurations and the interactions between these dislocations and plastic second-phase particles. The study also showed a remarkable improvement in the mechanical properties of as-extruded Mg-Cu-Mn-Zn-Y alloys. We attribute this finding to dynamic recrystallization, dispersion strengthening, and work hardening during hot extrusion.     

SiCP/ZL104泡沫复合材料的阻尼性能

对采用熔体直接发泡法制备的SiC_P /ZL104泡沫复合材料进行了阻尼性能和机理的分析。研究结果表明: 在孔径一定的条件下, SiC_P/ZL104泡沫复合材料室温下的阻尼性能表现为损耗因子随着孔隙率的增大呈非线性递增趋势, 且递增幅度越来越小; SiC_P/ZL104泡沫复合材料的阻尼性能好于相同孔隙率的泡沫铝、 SiC_P/ZL104复合材料和ZL104的阻尼性能; SiC_P/ZL104泡沫复合材料的损耗因子随着SiC_P含量的增加和SiC_P粒度的减小而增大。SiC_P/ZL104泡沫复合材料内部的气泡以及高密度位错对其阻尼性能的提高起主要作用。      

铸造针孔和钠变质对ZL101铸铝合金组织和性能的影响

采用宏观检查和金相检验的方法，研究了铸造针孔和钠变质对ZL101铸铝合金组织和性能的影响。试验结果表明，在浇铸ZL101铸铝合金时，提高冷却速度，增加凝固压力，降低浇铸温度，同时进行钠变质处理，有利于铸造针孔的减少和组织的细化及力学性能的提高。     

SiC颗粒增强铝基复合材料的纯铜中间层液相扩散焊

采用Cu箔中间层在Ar气氛保护、550℃条件下过渡液相扩散焊(TLP)焊接SiC颗粒(SiC_P)增强Al基复合材料SiC_P/ZL101和SiC_P/Al (SiC_P 10vol%),对母材与焊接接头的微观组织、剪切强度、焊接接头剪切断面与断裂路径等进行分析。结果表明:在铸Al(ZL101)与纯Al(Al)基体中,分别通过共晶温度较低的Al-Si-Cu(524℃)三元共晶反应与Al-Cu(548℃)二元共晶反应实现中间层金属/基体金属(M/M)界面润湿。其中铸Al基体焊接接头中虽有颗粒偏聚,但由于Al-Si-Cu三元共晶反应的Cu含量(26.7wt%)低于Al-Cu二元共晶反应的Cu含量(33wt%),SiC_P/ZL101焊接接头焊缝中CuAl₂相少于SiC_P/Al焊接接头焊缝中的CuAl₂相,且未出现CuAl₂相的聚集,故其强度较高。Cu中间层形成的金属间化合物CuAl₂相是影响焊接接头力学性能的重要因素,两种复合材料焊接接头的剪切强度分别为85.4 MPa和73 MPa。