单轴压缩条件下含圆形孔洞脆性岩石的断裂演化（英文）

应用物理模型和声发射技术,研究预制圆形孔洞脆性岩石的断裂演化过程。结果表明:在单轴压缩条件下,含单圆形孔洞岩样的破坏主要表现为在孔顶底产生平行于加载方向的拉伸劈裂裂纹,在孔两侧产生压缩裂纹,在孔的周边产生远场裂纹,而且其断裂破坏具有尺寸效应;对含有半长圆孔的开挖花岗岩样,首先在圆孔两侧壁产生压应力集中,诱发产生剪切裂纹的初始、扩展和贯通。对含有多个平行孔洞的岩样,其破坏主要是相邻圆形开挖产生的拉、压、剪共同作用的结果。结果表明,拉、压应力是造成含圆形孔洞试样断裂的关键因素。     

Strength weakening effect of high static pre-stressed granite subjected to low-frequency dynamic disturbance under uniaxial compression

This study aimed to elucidate the strength weakening effect of high static pre-stressed rocks subjected to low-frequency disturbances under uniaxial compression. Based on the uniaxial compressive strength (UCS) of granite under static loading, 70%, 80%, and 90% of UCS were selected as the initial high static pre-stress (σ_p), and then the pre-stressed rock specimens were disturbed by sinusoidal stress with amplitudes of 30%, 20%, and 10% of UCS under low-frequency frequencies (f) of 1, 2, 5, and 10 Hz, respectively. The results show that the rockburst failure of pre-stressed granite is caused by low-frequency disturbance, and the failure strength is much lower than UCS. When the σ_p or f is constant, the specimen strength gradually decreases as the f or σ_p increases. The experimental study illustrates the influence mechanism of the strength weakening effect of high static pre-stress rocks under low-frequency dynamic disturbance, that is, high static pre-stress is the premise and leading factor of rock strength weakening, while low-frequency dynamic disturbance induces rock failure and affects the strength weakening degree.     

单压下多裂隙类岩材料的破坏特征及其影响因素(英文)

在伺服控制单轴加载试验机上,对采用养护前期拔出预埋金属插片方式制作的闭合多裂隙类岩试件进行压缩实验,研究裂隙倾角及裂隙分布密度对裂隙体破坏特征的影响机制。结果表明:裂隙倾角是影响裂隙体破坏模式的主要因素,受裂隙倾角的影响,裂隙尖端微裂纹呈现出不同的发育形态;而裂隙分布密度对裂隙体破坏模式的影响是通过影响裂隙贯通方式实现的。滑动裂纹模型表明:裂隙面上的有效剪力是裂隙面相对错动的驱动力,它是裂隙倾角与裂隙面摩擦因数的函数,这与实验所得结论相吻合。基于相同实验条件下类岩石材料的力学参数,建立了裂隙体的应变软化模型,并对实验结果的可靠性进行了验证。     

孔特性可控的轻质YSZ泡沫陶瓷制备及其力学性能研究

采用颗粒稳定泡沫的方法制备出闭孔结构、孔径均匀分布和轻质的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)泡沫陶瓷。研究烧结温度、表面活性剂种类和固含量对泡沫陶瓷骨架组成、孔特性（包括孔隙率、孔径分布和平均孔径）和压缩强度的影响规律。结果显示,孔隙率处于45-85 %之间时,YSZ泡沫陶瓷的压缩强度与孔隙率之间的关系符合Rice模型;在1450 ℃烧结温度及固含量为32.50 vol%时,采用异丁烯与马来酸酐共聚物分子和阳离子型表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵共稳YSZ湿泡沫制备出的材料综合性能最优,孔隙率为83.7±0.2 %、平均孔径90.1±0.8 μm、压缩强度45.1±1.3 MPa。在相同孔隙率的情况下,YSZ泡沫陶瓷的压缩强度高于大多数已报道的结果。     

闭孔泡沫Zn-22Al在单轴准静态加载下的压缩行为(英文)

通过使用氢化物发泡剂,采用熔体发泡法制备闭孔泡沫Zn-Al合金,在准静态条件下研究其压缩性能。在压缩试样过程中,分析发泡材料的结构,并研究其形态和压缩性能之间的关系。结果表明,应力-应变行为具有典型的闭孔泡沫金属和脆性泡沫金属的特征;在平稳阶段的控制变形机制是脆性破碎;泡沫Zn-22Al合金的抗压强度得到了显著提高,其压缩性能符合Gibson-Ashby模型     

单轴压缩作用下不同高宽比硬岩试样的破坏模式与板裂破坏机理（英文）

为了研究板裂破坏与试件高宽比(H/W)之间的关系以及板裂破坏的发生条件、破坏特征和力学机理,对6组花岗岩试样进行单轴压缩试验。利用应变监测仪和高速摄影仪记录试样的破坏全过程,通过分析应力、应变以及声发射的监测结果确定裂纹的发生和扩展路径。结果表明,H/W的变化可以改变试样的宏观破坏模式。当H/W降低至0.5时,试样破坏模式以板裂破坏为主;板裂破坏发生时试样承载力降低,裂纹拓展方向近似平行于加载方向。此外,发生板裂破坏的试样的裂纹扩展过程和声发射信号均呈典型拉伸破坏特征,表明板裂破坏本质上是一种特殊的拉伸破坏。     

Mechanical properties and rockburst proneness of phyllite under uniaxial compression

To investigate the influence of the bedding angle, β,on the mechanical properties and rockburst proneness, uniaxial compression tests were conducted using cylindrical phyllite specimens with different bedding angles. According to the results, the peak stress, peak strain, cumulative acoustic emission counts, and potential energy of the elastic strain exhibited a U-shaped change trend. With an increase in β from 0° to 90°, the failure mode transformed from tensile splitting failure along the bedding plane to shear slip failure along the weak bedding plane. Finally, the failure mode evolved into a tensile splitting failure across the bedding plane. When β=15°, 30°, and 45°, the phyllite specimens exhibited strong, slight, and moderate rockburst proneness, with strong, slight, and moderate shear slip rockbursts, respectively. When β=0°, 60°, 75°, and 90°, the phyllite specimens had extremely strong rockburst proneness, and an extremely strong strain rockburst occurred.     

单轴拉伸与压缩加载下AZ31镁合金单晶的各向异性塑性行为(英文)

为研究HCP结构单晶在塑性变形中的变形孪晶和塑性各向异性,采用基于晶体塑性本构理论的有限单元法,建立包含滑移与孪生变形机制的晶体塑性本构关系,发展了以应力作为自变量的牛顿-拉普森迭代方法,通过已有文献的试验数据验证模型的有效性,并利用此模型模拟AZ31单晶体在4种(即沿〈2110〉,〈0110〉,〈0001〉和〈0111〉方向)拉伸与压缩变形路径下的塑性变形行为,并获得了相应加载路径下的应力-应变关系曲线。数值计算结果表明,在不同加载路径下该模型可用于预测滑移系或孪生系的活动情况,以及描述孪生变体的活动数量、主要孪生变体和孪生交叉类型。由于机械孪晶具有的极性性质及其在材料非弹性变形中的重要作用,单晶材料表现出显著的各向异性与非对称性。     

单向压缩实验测试大变形冷拉铝棒力学性能

描述了在室温下用单向压缩实验测试大变形条件下冷拉铝棒的力学性能的方法和步骤,求出了大变形条件下的材料常数。实验结果表明:端面不同摩擦条件对试样压缩后的高度应变,开始时影响较大,随着变形程度的增加影响减小;冷拉铝棒在大变形条件下的实际应力-应变曲线,可以较为准确地用指数形式的硬化曲线表示;加载历史对指数硬化规律有较大的影响;端面不同摩擦条件对试件压缩后的鼓出程度影响很大,垫聚乙烯对降低摩擦影响有明显效果;随着变形程度的增加,鼓出程度明显增加,但当变形程度达到一定的值以后,鼓出程度减小。     

Cr含量对WC钢结硬质合金组织及力学性能的影响

过添加不同含量的合金元素Cr制得WC钢结硬质合金,研究Cr含量对WC钢结硬质合金组织和力学性能的影响。结果表明,随着Cr含量的增多,WC晶粒尺寸越来越小,复式碳化物出现异常长大现象,合金孔隙度降低,合金相对密度逐渐上升,合金硬度不断上升后稳定在70 HRC左右,合金的抗弯强度和冲击性能均先上升后下降,在Cr含量为10%左右时综合力学性能最佳。     

Compressive properties and energy absorption characteristics of open-cell nickel foams

Open-cell nickel foams with different relative densities and pre-stretching degrees were subjected to room temperature quasi-static compressive tests to explore their compressive properties. The compressive properties of the nickel foams including yield strength, elastic modulus, energy absorption density and energy absorption efficiency were calculated accurately. The results show that the compressive properties of yield strength, elastic modulus and energy absorption density increase with the increase of relative density of nickel foams. The compressive properties are sensitive to the pre-stretching degree, and the values of yield strength, elastic modulus and energy absorption density decrease with the increase of pre-stretching degree. However, the energy absorption efficiency at the densification strain state exhibits the independence of relative density and pre-stretching degree. The value of energy absorption efficiency reaches its peak when the strain is at the end of the collapse plateau region.     

镍基单晶合金在压缩蠕变期间的组织演化与有限元分析

通过[001]取向镍基单晶合金压缩蠕变性能测试及组织形貌观察,确定出合金经压应力蠕变后的组织结构是γ'相沿平行于应力轴方向形成P-型筏状组织。采用三维应力应变有限元方法计算出立方γ/γ'两相共格界面的Von Mises应力分布,研究了施加应力对应力分布及γ'相定向粗化规律的影响。结果表明,施加压应力可改变立方γ/γ'两相的应力分布,γ'相的定向粗化取向与γ基体通道的Von Mises应力分布密切相关,其中,在施加压应力作用下,立方γ'相的(001)晶面产生较大的Von Mises应力及应变能密度变化是使其发生组织演化的主要原因。并进一步提出压应力蠕变期间,合金中发生元素定向扩散和γ'相定向生长的驱动力。     

Relationship between Compressive Strength and Fractal Dimension of Pore Structure

以粒度为38~150 μm的两种不锈钢粉末（不规则形状和球形）为原料制备了不同孔隙度的金属多孔材料,将其在真空炉中于1250℃进行烧结,保温时间为2 h。然后利用阿基米德定律和计算机控制万能力学试验机分别测试烧结试样的孔隙度与压缩强度,采用金相显微镜观察烧结试样的微观组织,最后利用分形理论计算孔结构分形维数,并分析了孔隙度、压缩强度与分形维数的关系。结果表明：分形维数随着孔隙度的增加而逐渐增大。另外,分形维数与孔隙度之间满足玻耳兹曼模型,而压缩强度与分形维数满足指数模型     

单压下有序多裂隙脆性材料破坏机制及其简化模型

采用试件养护前期拔出预埋插片形成预制裂隙的方法制作多裂隙脆性材料试件,并在伺服控制单轴加载系统上对其进行加载试验。基于单压下脆性材料局部破损的应变软化机理建立裂隙体数值模型,对比试验与数值计算结果分析有序多裂隙脆性材料破坏机制及其影响因素。结果表明:除裂隙倾角及其几何排布外,裂隙在试件中的相对分布位置也影响裂隙体的破坏特征,且影响程度与裂隙面上有效剪切力大小有关,有效剪切力越大,则影响越显著。试验与数值计算结果显示:多裂隙试件中存在一组优势破坏面,与和裂隙走向相一致的试件斜对角线重合,裂隙分布在优势破坏面上或附近时,其尖端发育微裂纹的机率大于远离优势破坏面位置裂隙。结合有序多裂隙试件破坏特征及数值模型单元屈服状态,提出2种近置裂隙尖端裂纹发育简化模型,并结合本试验结果验证了简化模型的可行性。     

轻质MgAlSnZnCu高熵合金的微观组织和力学性能

为了提高阻隔层的稳定性,研究采用电磁感应加热方法,在覆盖剂和氩气保护作用下制备MgAlSnZnCu系列轻质高熵合金。使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS)对合金的铸造组织、退火组织和物相进行了表征和分析,同时采用显微硬度测试方法对其硬度进行了研究。结果表明,铸态MgAlSnZnCu合金组织由(AlMgZnCu)-FCC相和Mg₂Sn相组成,Mg₂Sn相的形态为2~6 μm粒状和不规则块状。Mg的含量由22%降低到12%,其合金的硬度由277 HV0.2增加到326 HV0.2,抗压强度由223 MPa增加到237 MPa。Sn和Zn含量降低后组织中出现了针状和片状的杂质相,且硬度值分散度较大,在450 ℃保温6 h的退火工艺条件下,组织中的杂质相出现明显的积聚长大的趋势。力学性能测试显示退火对抗压强度和硬度的影响不大,MgAlSnZnCu系列合金在450 ℃的条件下能保持较好的热稳定性。     

添加合金化元素对铸态Mg-Sn-Ca合金的显微组织和力学性能的影响

在铸态Mg-Sn-Ca （TX系列）合金中添加不同含量的Sn、Ca、Al、Si和Zn等合金化元素,研究其在25~250°C温度范围内的压缩强度和显微组织变化。当合金中Sn/Ca质量比到达2.5时,在晶界处有Mg2Ca相生成;而当Sn/Ca质量比为3时,合金基体中只有CaMgSn相存在。当Sn/Ca质量比在2.5以上时,合金的压缩强度随着温度的升高而降低,在100~1750°C保持基本不变,这主要是由于生成的Mg2Ca相的强化作用所致。然而,当Sn/Ca质量比为3时,合金的强度较低,且随着温度的升高而下降更快。在这些合金中,Mg-3Sn-2Ca合金的强度最高。向其中添加0.4%Al会导致其强度增加,然而同时添加Si会导致强度下降。同样地,添加Zn也能够提高合金的强度,而同时添加Al会导致强度下降。导致合金强度变化的原因与合金中生成的各种金属间化合物有关。     

定向凝固NiAl-Mo过共晶合金组织演变及性能

采用液态金属高温度梯度定向凝固装置制备了NiAl-16Mo(at.%)过共晶合金,研究了生长速率对合金组织演变及性能的影响。在生长速率为12~300μm/s范围内,该合金的凝固组织为初生Mo枝晶与NiAl/Mo纤维共晶的混合组织。随生长速率增加,初生Mo枝晶的体积分数由12μm/s的7.21%增加到 300μm/s的11.42%,Mo枝晶尺度和间距同时随之减小。性能测试结果表明,室温断裂韧性和高温强度随生长速率增加而降低,同时对合金强韧化机理进行了探讨。     

添加NH4HCO3对多孔Ti-10%Mg复合材料的孔隙特征和压缩性能的影响（英文）

添加碳酸氢铵粉末,采用冶金法制备多孔钛-镁复合材料,并对多孔复合材料的性能进行综合考察。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对孔隙特性和压缩性能进行表征。结果表明,通过调节碳酸氢铵的加入量可以控制该多孔材料的孔隙率;碳酸氢铵对多孔Ti-10%Mg的微观结构和相组成没有影响;多孔材料的开孔率和抗压强度随着碳酸氢铵的添加量和粒径的变化而变化。当碳酸氢铵添加量为25%(质量分数)时,得到孔隙率约50%的多孔材料的抗压强度与抗压模量与人骨的相似。     

双道次热压缩条件下403Nb钢再结晶与组织演变

为给403Nb马氏体热强钢热连轧组织性能预报积累数据,用Gleeble-3500热模拟试验机对403Nb进行了双道次热压缩试验.热压缩试验进行的温度为950～1150℃,应变速率为0.01～10 s-1,道次间隔时间(ISDT)为1～300 s.研究了变形参数,如温度,应变速率和道次间隔时间对静态再结晶和组织的影响,结果表明:第一道次的峰值应力随应变速率的增加而增加,但第二道次的峰值应力随着变形温度的降低和道次间隔时间的缩短而增加;当变形温度一定时,应变速率的增加可以提高静态再结晶率;静态再结晶率随着道次间隔时间的增加先增后降.403Nb在道次间隔时间为100 s时,静态再结晶率最高.     

Texture development and hardening characteristics of steel sheets under plane-strain compression

Crystallographic texture development and hardening characteristics of a hot-rolled, low-carbon steel sheet due to cold rolling were investigated by idealizing the cold rolling process as plane-strain compression. The starting anisotropy of the test material was characterized by examination of the grain structure by optical microscopy and the preferred crystal orientation distribution by x-ray diffraction. Various heat treatments were used in an effort to remove the initial deformation texture resulting from hot rolling. The plastic anisotropy of the starting material was investigated with tensile tests on samples with the tensile axis parallel, 45°, and perpendicular to the rolling direction. The grain structure after plane-strain compression was studied by optical microscopy, and the new deformation texture was characterized by x-ray diffraction pole figures. These figures are compared with the theoretical pole figures produced from a Taylor-like polycrystal model based on a pencil-glide slip system. The uniaxial tensile stress-strain curve and the plane-strain, compressive stress-strain curve of the sheet were used to calibrate the material parameters in the model. The experimental pole figures were consistent with the findings in the theoretical study. The experimental and theoretical results suggest that the initial texture due to hot rolling was insignificant as compared with the texture induced by large strains under plane-strain compression.