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。     

复杂应力状态下超细晶材料的塑性

本工作通过三维非接触全场应变测量系统(DIC)和有限元模拟(FEM)对比研究了超细晶铜和粗晶铜在拉伸过程中颈缩处的应变和应力分布,比较了在颈缩后的复杂应力状态下超细晶铜和粗晶铜延伸率的差异,实验发现虽然超细晶铜与粗晶铜在工程应力-应变曲线上的断裂延伸率相差较大,但两者颈缩区域的延伸率相当。有限元模拟揭示颈缩区域为三向应力状态,实验设计的缺口试样进一步验证复杂应力状态下超细晶材料的塑性变形能力与粗晶材料相当。复杂应力状态下,超细晶铜内部更多的滑移系被激发,使得超细晶铜的塑性变形能力与粗晶铜相当。     

三元材料锂离子电池极化电压特性研究

为了提高SOC估算精度及优化动力电池充放电控制策略,对三元材料锂离子电池进行极化电压特性研究。通过混合脉冲功率特性测试(HPPC)实验分析了充放电过程、SOC、不同脉冲倍率和环境温度条件下极化电压的变化规律,结果表明在低SOC区间极化电压明显升高;当0.2SOC1时,极化电压变化相对平稳;脉冲倍率越大,平稳区间越短;环境温度越低,极化越明显,电池容量显著减小;对比一阶、二阶等效电路模型下极化电压曲线拟合结果,二阶等效电路模型误差更小,SOC估算精度更高。     

常温下超细晶纯钛的制备及其力学性能

在等径通道角挤压法(ECAP)的基础上,通过对挤压试样的设计,提出一种铜包裹着钛棒的ECAP法,最终成功地制备了1、2、4道次超细晶钛,采用这种方法可以在很小的挤压力下实现UFG-Ti的制备。不但有效抑制了钛棒的碎裂,还避免了挤压杆失稳。通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察了各道次UFG-Ti的微观组织,并利用显微硬度计研究了其硬度变化。利用万能试验机和SHPB系统在不同应变率下进行了压缩试验。结果表明,常温下ECAP处理后纯钛的晶粒明显细化,力学性能显著提高,在准静态和动态压缩载荷作用下其流动应力(10%应变处)分别提升了71%和86%。最后研究了UFG-Ti的应变率敏感性,发现UFG-Ti的流动应力对应变率具有较低的依赖性。     

复合材料夹芯管胶接连接结构力学特性分析

针对在航空结构中广泛应用的复合材料蜂窝夹芯圆管中的接头这一最脆弱的部分,发展了一种分析复合材料蜂窝夹芯圆管胶粘接头力学特性的解析模型.该模型根据Gibson修正公式得到了蜂窝芯子的等效弹性参数,再运用经典的复合材料壳理论和线弹性理论得到管接头的控制方程,并通过状态空间法进行求解.运用本文模型,计算了管接头在扭矩和弯矩作用下胶层内的剪应力和剥离应力;同时采用有限元法对模型进行了数值模拟,并将模拟结果与模型计算结果进行了对比,最后分析了搭接长度对胶层内应力的影响.     

垂直晶界铜双晶的拉伸变形行为

利用数字图像相关法研究了垂直晶界铜双晶试样的拉伸变形行为,获得了拉伸过程中试样表面的全场变形分布。结果表明:试样整体变形呈"双颈缩"现象,试样表面的应变分布不均匀,晶界附近的应变水平低于晶粒内部的,试样总是在软取向的晶粒内首先发生塑性变形并断裂。借助扫描电镜(SEM)原位拉伸实验观察到在拉伸过程中滑移带不能穿过晶界。以上结果说明,铜双晶试样拉伸变形行为与组元晶粒的晶体取向和晶界的属性有关,软取向的晶粒更容易发生塑性变形,而大角度晶界在拉伸过程中具有强化效应,对晶粒的滑移变形有阻碍作用。     

X90超高强度输气钢管材料本构关系及断裂准则

针对试制成功的X90输气钢管,进行5种不同圆棒缺口的准静态拉伸试验及应力三轴度计算,发现由于试样缺口存在,应力三轴度值增加2.43倍,断裂应变减少29%,损伤应变能降低71%。利用常规拉伸试验机和Hopkinson拉杆试验装置进行不同应变速率拉伸试验发现,应变速率对断裂应变的影响相对较小,准静态和高速状态下,差异最大约10%。基于Johnson-Cook本构和失效模型,分别建立了考虑应变率效应的X90管线钢本构模型和考虑应变率、应力三轴度的失效模型;同时,基于损伤力学理论,得到了基于塑性均匀延伸率和损伤应变能的X90管线钢断裂准则。基于材料损伤应变能密度临界值不变假设以及试验数据,得到了X90管线钢断裂特征长度与应力三轴度、试样直径之间的关系式。