陶瓷材料延性域去除临界条件新研究

本文是在对磨削过程的应力特征、微裂纹形成及扩展和材料去除机理研究的基础上，针对微裂纹扩展的稳定性条件进行研究。研究中，将宏观断裂力学及微观断裂物理相结合，根据位错产生微裂纹机制，对磨削过程的微裂纹的形成采用位错赛积模型来描述。并从能量平衡的角度，讨论位错裂纹的稳定性及临界裂纹尺寸。     

Experimental investigations in powder mixed electric discharge machining of Ti–35Nb–7Ta–5Zrβ-titanium alloy

The present research is the first type of study in which the application of powder mixed electrical discharge machining (PMEDM) for the machining of β-phase titanium (β-Ti) alloy has been proposed. β-Ti alloys are new range of titanium alloys, which has a wide-spread application in dental, orthopedics, shape memory, and stents. The aim of the present study is to fabricate submicro- and nanoscale topography by PMEDM process to enhance the biocompatibility without affecting machining efficiency. The effect of Si powder concentration along with pulse current and duration on the surface and machining characteristics has been investigated. A significant decrease in surface crack density on the machined surface with 4 g/l Si powder concentration was observed. When β-Ti alloy was modified at 15 A pulse current, longer pulse interval with 8 g/l concentration of Si powder particles, the interconnected surface porosities with pore size 200–500 nm was observed. Moreover, at Si powder concentrations of 2 g/l and 4 g/l, the recast layer thickness is 8 µm and 2–3 µm, respectively. Elemental mapping analysis confirmed that PMEDM also generated carbides and oxides enriched surface, a favorable surface chemistry to enhance the biocompatibility of β-Ti alloy. Furthermore, PMEDM also enhances the machining performance by improving material removal rate and reducing tool wear rate.     

基于双层排线探头的轧辊表面微裂纹检测方法

针对冷轧轧辊的表面微细裂纹检测问题,提出了一种双层排线磁化的交流漏磁检测方法,利用双层柔性排线对轧辊工 作表面进行仿形磁化,采用高精度隧穿磁阻(TMR)阵列作为检测元件,使其具备大曲率表面微米级裂纹的检测能力;并通过调 控双层排线的激励电流抵消切向背景磁场,进一步提高激励电流的同时,避免 TMR 超量程饱和问题;将磁场的切向分量用以表 征缺陷,使其能在单一扫查方向下表征多向裂纹。 基于以上分析,建立了双层排线与轧辊的三维有限元仿真模型,通过仿真研 究轧辊半径、缺陷角度和深度对交流漏磁信号的影响。 最后搭建了相应验证实验平台,实验结果表明该探头能有效磁化大曲率 表面并可检出与区分多向裂纹,可检测出 15 μm 深的微细裂纹。     

PBX炸药含裂纹扩展损伤的粘塑性本构关系

为描述高聚物粘结炸药(PBX)的动态力学性能,将炸药内由微裂纹扩展引起的细观损伤,耦合到宏观粘塑性本构方程中,建立了含微裂纹扩展损伤的粘塑性本构关系。针对某PBX炸药,开展了单轴压缩及断裂性能实验,研究了材料本构参数及本构关系计算算法,嵌入到ABAQUS软件中,数值模拟了该PBX炸药不同应变率条件下的力学行为。与实验结果对比表明,含裂纹扩展损伤的粘塑性本构关系能够表征PBX炸药动态条件下力学性能变化过程,可用于冲击环境下炸药损伤演化分析研究。     

延长混凝土工程寿命的简易途径

古代混凝土工程之所以耐久,除了它的化学组成和现代混凝土有所不同外,古代混凝土强度低、施工进度慢也是成就耐久的原因之一。现代混凝土工程短命的主要原因是施工进度过快。由于赶工期使许多工序被简化,使混凝土体内原始互不相通的微裂缝和微空隙数量增加、提前连通并延伸到混凝土表面,使大气中的冷热、干湿循环进入混凝土体内和钢筋表面,从...     

金属薄膜/复合材料结构高低温循环过程的热应力分析

分析了用于卫星天线反射器的金属薄膜/复合材料结构在模拟空间环境寿命试验的高低温循环过程中的应力;给出了金属薄膜在经历高低温循环时产生微裂纹的机理。根据微裂纹产生机理,提出了选用合适的过渡层材料在金属薄膜和复合材料基底之间形成应力释放层,抑制金属薄膜产生微裂纹。仿真分析和试验结果均证实了这一方法的可行性,并提出了进一步降低微裂纹产生的措施。     

热处理提高煤岩渗透率的机理

为了探索煤岩渗透率与温度的关系及其机理,通过加热实验研究了二者在 200 ℃以内的关系,通过 X衍射分析、电镜扫描等手段,并从煤化学、煤地质学等角度对其机理进行了分析。结果表明:初始渗透率在 0.5 mD以内的煤岩,经加热处理后其渗透率可显著增至 15 mD以上。分析认为:煤岩热处理后渗透率提高的机理为:煤岩脱水以及部分挥发组分的逸散会产生新的渗流孔隙;甲烷分子的解吸以及基质凝胶化组分脱水,导致煤基质收缩;煤岩中碳氢原子发生氧化生成气态产物并逸散,形成了微小裂缝并降低了煤岩的致密程度;热应力作用下煤岩内部变形不均产生了微小裂缝。最后提出可以对煤层注入热 CO2提高采收率。     

铁电陶瓷材料在交变电场作用下的电疲劳研究

研究了PLZT铁电陶瓷的电疲劳特性。结果表明：在加上极化电场以后，相对于未疲劳试样，电疲劳试样中沿着电场方向翻转的电畴较少，沿偏离电场方向的电畴较多。SEM分析表明疲劳前样品的断裂模式主要为穿晶断裂，而疲劳后主要为沿晶断裂。利用原位XRD分析得出样品在交流电场下由90。畴变导致的畴变应变高达0．1％，这种反复高畴变应变造成的沿晶微裂纹是造成疲劳试样电畴沿电场方向翻转减少的主要原因，并最终导致了铁电陶瓷的电疲劳。     

混凝土浇筑层面的渗透特性与微裂纹结构特征

混凝土的宏观渗透性能与其内部微裂纹结构密切相关。本文开展了一系列室内试验研究混凝土浇筑层面的微裂纹结构及渗透特性。采用不同间隔时间浇筑形成有层面的混凝土方法制备了6组混凝土试件,分别进行宏观渗透性能试验和荧光显微结构观测。试验结果表明:随着形成层面的混凝土浇筑间隔时间延长,混凝土的渗透系数、电通量、初始电流及交流电导都逐渐增大,表明混凝土浇筑层面的抗渗性能逐渐降低;荧光显微观测结果表明微裂纹长度服从对数正态分布;表征裂纹方向的渗透变量λ曲线亦随之由圆形逐渐趋向于椭圆,表明裂纹网络由各向同性逐渐趋于各向异性,同时裂纹网络的优势方向逐渐趋于顺浇筑层面方向;渗透变量曲线极值λmax与渗透系数、初始电流及等效电导隙宽呈线性正相关,相关系数分别为0.85、0.80和0.95,而λmax与交流电阻呈线性负相关,相关程度为0.76。     

脆性材料微裂缝无序度与尺寸效应

假定在某些脆性无序材料内含有相同的微裂缝随机分布概率密度,但具有不同无序度的情况下,建立了模拟材料力学行为的二维不连续位移法边界元数值计算模型.实现了材料微裂缝生长、扩展到最终破坏的全过程数值仿真.根据分形几何理论确定了材料断裂表面几何形貌的分形维数.得到了材料的断裂强度随微裂缝长度随机分布无序度的增加而降低的规律性.数值模拟结果符合Bazant尺寸效应定律,并进一步证实了脆性或准脆性无序材料产生尺寸效应的微观机理.