真空玻璃支撑压痕控制准则

为避免过大的支撑物支撑应力导致真空玻璃基片赫兹裂纹的产生,首先建立了力学模型,分析了支撑物接触部位玻璃的应力分布特征.应用Griffith断裂理论和均强度理论,分别得到了玻璃基片在不产生压痕下支撑物的最大临界支撑力计算公式.通过与试验结果进行比较,发现两种理论计算结果均与试验结果相吻合,,但断裂力学理论得到的支撑物临界支撑力比试验结果偏小,而均强度准则结果偏大.对真空玻璃结构设计,在已知的真空玻璃材料参数下,根据上述理论,计算出玻璃基片不产生压痕下支撑物的最大临界支撑力,从而确定支撑物最佳排列间距,使真空玻璃达到"热学与力学"最佳配制.     

陶瓷材料维氏压痕形貌仿真与实验分析

基于有限元数值分析模型对陶瓷材料维氏压入过程中产生的压痕形貌进行仿真.以Si3N4和ZrO2两种典型陶瓷材料为例,对其有限元仿真压痕与实验测量压痕的对角线半长和维氏硬度进行对比,结果表明,Si3N4和ZrO2的有限元仿真压痕与实验测量压痕对角线半长分别相差0.39％和-0.53％,维氏硬度分别相差-2.7％和4.2％.随着压头与材料间的摩擦因数由0变化至0.5,有限元仿真压痕与实验测量压痕的对角线半长分别相差0.28％和0.27％,维氏硬度分别相差0.14％和0.21％.此外,应用本方法对其他几种典型陶瓷材料(A12O3,ZTA,SiC,Silica)维氏压入有限元仿真计算值与实验真实测量值进行了对比,其压痕对角线半长分别相差1.14％,-0.57％,-0.89％,0.41％,维氏硬度分别相差-2.24％,1.12％,1.85％,-0.86％.据此可知,陶瓷材料维氏压痕形貌可由有限元数值仿真方法获得,从而解决了陶瓷材料维氏硬度测试过程中因压痕不够清晰导致的测量数据不准问题,为下一步探索基于仪器化压入响应识别陶瓷材料维氏硬度以及其他各力学性能参数提供技术基础.     

2024铝合金表面扫描式微弧氧化工艺研究

本研究利用小功率微弧氧化电源, 通过内充液式管状阴极的逐行扫描, 在2024铝合金样件表面生成微弧氧化陶瓷膜层, 对样件的局部受损部位进行了成功的修复, 从而突破了传统微弧氧化技术不能用于铝合金构件现场局部防护与修复的限制; 利用XRD、SEM、EDS等分析方法对陶瓷膜层的相组成与微观组织形貌进行了研究。利用纳米压痕仪测试了陶瓷膜层的纳米压痕硬度和弹性模量, 用动电位极化曲线测试陶瓷膜层的耐腐蚀性能。结果表明: 在恒电流模式下, 扫描式微弧氧化电压快速升高, 直接进入微弧放电阶段。其一次扫描成膜层厚度17 μm, 相对于传统微弧氧化具有很高的成膜效率。铝合金扫描式微弧氧化陶瓷膜层主要由α-Al₂O₃和γ-Al₂O₃组成, 膜层分为致密层和疏松层, 表面多微孔, 且有微裂纹; 纳米压痕测试结果表明, 陶瓷膜层纳米压痕硬度和弹性模量沿界面向外呈现先增加后减小的变化趋势。动电位极化曲线表明, 扫描式和传统微弧氧化陶瓷膜层都能够对基体起到有效的腐蚀防护作用, 传统微弧氧化陶瓷膜层的腐蚀防护作用高于扫描式。     

微纳米尺度压痕硬度尺寸效应的研究进展

针对微纳米尺度下,材料硬度测试中出现的正常压痕尺寸效应或逆向压痕尺寸效应,即硬度值随着压痕深度或施加载荷的增大而减小或增大的现象,目前有很多解释或描述的模型或方程,以寻求出现硬度压痕尺寸效应的根源.但由于硬度测试中所受到的影响因素众多,还没有一种方法能完全符合各种材料和测试条件的硬度测试结果,通过对现有的几种解释硬度压痕尺寸效应方法进行比较分析,对硬度压痕尺寸效应的研究方向进行了展望.     

采用显微硬度压痕法测量微区残余应力

测量材料微区残余应力的大小和分布,对于研究微观断裂机制具有非常重要的意义,一直是研究的热点和难点.尝试利用常规的维氏显微硬度压痕法研究和测量了材料中微米级微区的残余应力,推导出了残余应力与压痕面积比之间的理论公式,并选取低碳钢、紫铜和铝合金等三种具有不同性能的薄板材料,利用"三点弯曲"人为"原位"引入应力,通过试验测量对该方法进行了验证,并与原有的理论和方法进行了对比.结果表明:该测量方法测量准确.     

复合材料层合板准静态压痕损伤实验研究与数值模拟

对复合材料层合板准静态横向压缩特性损伤进行了研究。在损伤模拟过程中采用机体开裂和分层扩展判据,分类考虑了不同的损伤形式,通过修正损伤层材料的常数来模拟层板损伤所造成的局部刚度下降对横向压痕过程的影响。损伤模拟结果与超声C扫描的结果吻合较好。     

The influence of lateral forces on the cell stiffness measurement by optical tweezers vertical indentation

We studied the lateral forces arising during the vertical indentation of the cell membrane by an optically trapped microbead, using back focal plane interferometry to determine force components in all directions. We analyzed the cell-microbead interaction and showed that indeed the force had also lateral components. Using the Hertz model, we calculated and compared the elastic moduli resulting from the total and vertical forces, showing that the differences are important and the total force should be considered. To confirm our results we analyzed cells from two breast cancer cell lines: MDA-MB-231 and HBL-100, known to have different cancer aggressiveness and hence stiffness.     

Interface fracture toughness and fracture mechanisms of thermal barrier coatings investigated by indentation test and acoustic emission technique

Interface fracture toughness and fracture mechanisms of plasma-/sprayed thermal barrier coatings (TBCs) were investigated by interfacial indentation test (IIT) in combination with acoustic emission (AE) measurement. Critical load and AE energy were employed to calculate interface fracture toughness. The critical point at which crack appears at the interface was determined by the IIT. AE signals produced during total indentation test not only are used to investigate the interface cracking behavior by Fast Fourier Transform (FFT) and wavelet transforms but also supply the mechanical information. The result shows that the AE signals associated with coating plastic deformation during indentation are of a more continuous type with a lower characteristic frequency content (30-60 kHz), whereas the instantaneous relaxation associated with interface crack initiation produces burst type AE signals with a characteristic frequency in the range 70-200 kHz. The AE signals energy is concentrated on different scales for the coating plastic deformation, interface crack initiation and interface crack propagation. Interface fracture toughness calculated by AE energy was 1.19 MPam_1/2 close to 1.58 MPam_1/2 calculated by critical load. It indicates that the acoustic emission energy is suitable to reflect the interface fracture toughness.