基于电场敏感的智能水凝胶研究进展

<正>一、前言水凝胶以水为分散介质,具有一定的含水量和灵活性~([1])。在外界环境下受到如温度~([2])、酸碱度(pH值)~([3])、磁场~([4])、电~([5])、光~([6])、力的某种刺激时,能够发生自身形态可逆变化的水凝胶称为智能水凝胶。由于智能水凝胶在外部刺激时会发生突跃式变化,即体积相转变,因此在灵敏传感领域具有     

变形高温合金缺口试样循环蠕变断裂寿命研究

本文就GH33、GH37和GH49三种变形高温合金在不同试验应力下的光滑试样的静蠕变、循环蠕变和缺口试样的静蠕变、循环蠕变断裂寿命进行了研究。分析了缺口、循环和应力因索对寿命的作用和相对重要性。探讨了缺口循环蠕变断裂寿命增减的实质。研究表明,在缺口循环蠕变条件下,其宏观力学现象比较复杂,既不能简单地把其断裂寿命的增减看作是循环强化或软化,也不能以材料在静蠕变条件下的缺口敏感性指标来评估在循环蠕变条件下无缺口敏感性。     

基于温度-应力耦合作用的岩石时效蠕变模型

基于岩石变形与热力学基本理论,建立了温度-应力耦合作用下脆性岩石时效蠕变损伤模型。根据此模型,在有限元数值软件COMSOL的基础上进行二次开发,考虑岩石介质的非均匀性,并以最大拉应力准则以及摩尔库仑准则为岩石单元的破坏准则,给出了温度-应力耦合作用下岩石时效蠕变损伤模型的数值求解方法。并结合室内实验结果验证了该模型方法的可行性和合理性。数值模拟结果表明该模型能准确描述不同温度条件下花岗岩典型蠕变全过程三个阶段,即初始蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段。数值模拟也表明声发射累计数和岩石轴向应变的演化趋势整体上具有一致性,且在初始蠕变阶段和加速蠕变阶段出现较多的声发射现象。     

Mg-11Gd-2Y-1.5Ag-0.5Zr合金的高温蠕变行为

本工作研究了Mg-11Gd-2Y-1.5Ag-0.5Zr合金在225～275℃/110～150 MPa条件下的高温蠕变行为和组织演变.结果表明:合金在225℃/110～150 MPa蠕变状态下,蠕变应力指数n=3.4,蠕变机制为位错滑移机制;在250℃/110～150 MPa蠕变状态下,蠕变应力指数n=4.7,蠕变机制为位错滑移机制;在275℃/110～130 MPa蠕变状态下,蠕变应力指数n=5.8,蠕变机制为位错滑移机制;在275℃/130～150 MPa蠕变状态下,蠕变应力指数n=10.5,幂律蠕变定律失效,蠕变机制较为复杂.根据蠕变激活能Q值对蠕变机制的分析结果与蠕变激活能n值分析结论基本一致.合金在同一温度下,晶粒尺寸随着应力的增大而增大;在同一应力下,晶粒尺寸随着温度的升高而减小.在本研究中,110～150 MPa的高应力范围内,合金在250℃以下有着良好的抗蠕变性能.     

11.5CrNbTi和15Cr0.5MoNbTi超纯铁素体不锈钢的循环蠕变行为

对11.5CrNbTi和15Cr0.5MoNbTi超纯铁素体不锈钢进行650℃应力控制循环蠕变实验,研究了最大外加应力处引入的保持时间对铁素体不锈钢的循环蠕变变形和断裂行为的影响。结果表明:保持时间的延长使这两种不锈钢的最小循环蠕变速率增大,循环蠕变寿命和循环断裂周次减少。在相同的条件下,15Cr0.5MoNbTi不锈钢的循环蠕变抗力优于11.5CrNbTi不锈钢。这两种不锈钢的循环蠕变断裂模式均为穿晶断裂,随着保持时间的延长断口表面的蠕变孔洞增多,蠕变损伤作用增强。这两种不锈钢循环蠕变后的微观组织均为亚晶,位错的滑移和交滑移是循环蠕变的主要变形机制。     

循环频率对SiCw／6061Al复合材料高温循环蠕变的影响

在测试应力范围内，SiCW／6061Al复合材料在196℃显示循环蠕变加速而在350℃显示循环蠕变减速在0～0.5Hz范围内，随着频率的增加，温度较低时循环蠕变应力指数增加而激活能降低，温度较高时应力指数与激活能同时增加当频率增加到1Hz时则偏离上述趋势     

高温合金在高温阶式应力循环下的断裂寿命与微观结构

本文研究了三种变形高温合金在高温阶式应力循环条件下的力学行为和断口金相特征。经试验表明,应力阶式循环普遍降低合金的静蠕变断裂寿命,但不同的合金具有不同的抗阶式应力循环的能力。本研究提出了计算阶式应力循环损伤蠕变断裂寿命比率的方法。金相分析表明,应力阶式循环使静蠕变损伤机理复杂化,并使断口金相特征更明显更个性化。     

原位微米/纳米TiC颗粒弥散强化304不锈钢的高温蠕变特性

以304SS不锈钢为母合金采用原位合成工艺制备微米/纳米TiC颗粒弥散强化304不锈钢(TiC-304SS强化钢),研究了强化钢和母合金的高温蠕变性能。结果表明：原位生成的TiC颗粒大多呈多边形,在母合金中均匀分布且与其良好结合。TiC颗粒的加入对强化钢的母合金晶粒有明显的细化作用。在700/100 MPa蠕变条件下母合金304SS蠕变后晶粒明显长大,且沿应力方向拉长。而TiC颗粒的加入抑制了母合金晶粒的长大,阻止了蠕变变形。显微组织和蠕变性能的结果表明,在强化钢和母合金的蠕变过程中位错的运动符合位错攀移机制。但是与304SS母合金相比,TiC颗粒的加入提高了TiC-304SS强化钢的蠕变表观应力指数和蠕变激活能。门槛应力、载荷传递和微结构的增强,是TiC-304SS强化钢的蠕变增强特征。     

管道支吊架管夹变形原因

某电厂主蒸汽管道支吊架D9型管夹发生变形.采用化学成分分析及有限元分析等方法对管夹的变形原因进行了分析.结果表明:该管夹在运行状态下的最大拉应力达到124 MPa,位于管夹折弯角外表面.最大拉应力超过了材料的许用应力值,加速了管夹在高温状态下的蠕变速率,蠕变变形不断累积使得管夹两端变形上翘明显.     

非线性粘弹性高分子材料长期蠕变行为的加速测试技术

时间-温度-应力等效原理是时间-温度等效原理的延伸,可用于材料力学行为的加速表征,通过短期实验来预测材料的长期力学性能。针对PMMA试件在不同温度、不同应力水平条件下的蠕变实验,分析PMMA蠕变行为的非线性特性。本文应用时间-温度-应力等效原理,得到相应的温度移位因子、应力移位因子和温度-应力联合移位因子,构建了参考温度和参考应力水平条件下的蠕变柔量主曲线。理论和数值计算表明,较高温度和应力水平下的PMMA短期蠕变实验可用于预测其在较低温度和应力水平下的长期蠕变行为。     

3003铝合金蠕变行为与本构方程

研究了3003铝合金冷轧变形后再结晶组织控制和175~250℃、外加应力25~50 MPa条件下3003铝合金的蠕变行为。采用弹性模量归一化应力幂律蠕变本构方程,对实验数据进行线性拟合,建立了能够较好描述稳态蠕变速率与应力、温度三者之间关系的本构方程。结果表明:采用350℃和600℃的两步再结晶退火,可获得有利于提高合金蠕变性能的长条状再结晶组织;温度越高,应力增加对稳态蠕变速率增加的贡献越大;不同温度下3003铝合金的蠕变机制不同,175℃时,应力指数n=3.5,蠕变主要由位错滑移控制;在200~250℃范围内,n处于5.1~8.6之间,蠕变主要由位错攀移控制。     

浅析CFRP在轨道交通领域的应用

正一、概述为解决交通拥堵、环境污染等城市化进程遇到的困难,我国现处于轨道交通建设的重要时期,现已成为全球最大的城市轨道交通市场,减轻重量、节能降耗已成为新时代轨道交通的发展趋势~([1])。因此,进行轨道交通轻量化的设计与研究,具有广阔的市场前景及经济效益,同时也带动了新材料的发展空间~([2])。     

基于纳米压痕测试的超细晶Si_2N_2O-Si_3N_4陶瓷室温蠕变特性

目的陶瓷材料由于其固有硬脆性,难以利用传统单轴拉伸与压缩实验测试其蠕变性能,而纳米压痕测试技术对试样形状尺寸没有特殊要求,因此利用纳米压痕测试技术研究Si2N2O-Si3N4超细晶陶瓷的室温蠕变性能。方法针对1600,1650,1700℃条件下烧结制备的Si2N2O-Si3N4超细晶陶瓷,采用纳米压痕技术测试材料在最大载荷分别为5000,6000和7000μN条件下的载荷-位移曲线,并通过拟合计算获得了3种材料室温蠕变应力指数。结果 3种材料均呈现明显的加载效应。结论研究表明,在相同载荷下,压入深度和蠕变位移都随着材料烧结温度的升高而增大,且相同材料的蠕变应力指数,随着保压载荷的增大而减小。对比分析发现,在1600℃条件下烧结制备的Si2N2O-Si3N4超细晶陶瓷,晶粒细小均匀,晶界数多,室温下表现出较强的蠕变性能。     

GH132合金的循环蠕变

研究了ＧＨ１３２（Ｆｅ－２５Ｎｉ－１５Ｃｒ基）合金在７７３Ｋ，应力幅８６２ＭＰａ和９２３Ｋ，应力幅５１０ＭＰａ实验条件下循环蠕变行为，实验结果表明，在两种实验条件下随着循环周期的缩短，断裂寿命延长而包迹稳态蠕变速率减小，断裂指数和归一化处理后近似地满足线性损伤规律，根据扫描电镜和透射电镜观察，对该合金的循环蠕变行为进行了分析。     

应力水平和纤维角度对CGF/PP复合材料蠕变行为的影响及其Burgers模型参数的数值预测

采用DMA的Creep模式分别测试了短时间内（15 min）聚丙烯（PP）在不同应力水平和温度下的单向拉伸蠕变行为,长时间内（10 h）连续玻璃纤维增强聚丙烯（CGF/PP）复合材料单层板在不同应力水平和不同纤维角度上的拉伸蠕变行为。利用Burgers黏弹性模型拟合了蠕变测试数据,构建了相关参数与应力水平和纤维角度的依赖性。结果表明:PP和CGF/PP单层板的蠕变柔量均随应力增大而显著增加,稳态蠕变速率也随之增加,蠕变模量保留率明显下降,PP基体的黏弹性主要决定了CGF/PP单层板在低应力水平下的蠕变行为; 30%应力水平下,偏轴拉伸的纤维角度在0°~90°范围内存在拉-剪耦合效应,在45°时最为显著,此时稳态蠕变速率和蠕变变形量最大;利用四元件Burgers黏弹性模型拟合各条件下蠕变曲线得到的数值模型与实验数据具有较好的相关性,相关系数达到0.99,从得到的数值模型可知相关模型参数存在明显的应力和角度依赖关系;利用模型参数的数值拟合公式分别预测10 MPa应力下0°纤维方向的蠕变曲线及45°纤维方向上30%应力水平的偏轴蠕变曲线均与实验曲线一致,表明本文得到的数值模型的可靠性。      

沥青砂粘弹塑蠕变损伤本构模型实验研究

针对沥青砂的非线性材料特性,结合连续损伤力学理论,对传统Burgers模型进行改造,提出了粘弹塑蠕变损伤本构模型,通过对不同实验条件下沥青砂单轴蠕变试验结果的非线性拟合,获得模型参数,然后利用模型进行预测分析,得到了不同应力水平与环境温度下的蠕变曲线和损伤演化曲线,通过比较发现该文模型能够更合理地反映沥青砂加速蠕变的非线性特征,而且蠕变过程中损伤演化的速度受蠕变时间、应力水平与环境温度的影响很大。     

AZ31镁合金棒材循环扭转变形及其对力学性能的影响

在室温条件下,对AZ31镁合金挤压棒材进行循环扭转变形,测试了扭转变形过程的力学性能以及变形后的微观组织和织构特征,并对扭转变形对镁合金棒材的力学性能影响进行了分析。结果表明:镁合金棒材在循环扭转过程中得到了严格对称的应力-应变滞回线,并且随着循环周期的增加,由于加工硬化和内部微裂纹扩展的共同影响,应力-应变滞回线上的应力峰值呈现先增加后减小的特征。在最大扭转角分别为60°和90°条件下,应力峰值出现在第四周期。镁合金棒材扭转变形后的晶粒中出现大量的拉伸孪晶带,孪晶启动使晶粒的 C 轴转向棒材轴线方向。镁合金棒材扭转变形后的力学性能测试结果显示,循环扭转变形明显提高了镁合金棒材压缩变形的屈服强度,其值由扭转前的约100MPa最大提高至约200MPa。     

氧化锆氧化铝复合材料的显微结构和裂纹

近年来,氧化锆增靱的氧化铝材料(ZTA)因其强度和靱性都得到改善而引起广泛重视。对于 ZTA 材料的增靭性能通常认为有二种机理:材料中四方相氧化锆受应力后产生应力诱导相变;已相变的单斜相氧化锆在其周围产生微裂纹增靱~([1])。因此认为最佳的 ZTA 材料是单斜相和四方相氧化锆的混合体~([2]),其目的是利用不同增靱机理来使材料增靱。我们曾研究团聚体氧化锆对陶瓷材料靱性的影响~([3])。     

P92钢蠕变-疲劳交互作用下的裂纹扩展行为EI北大核心CSCD

在630℃下,对P92钢进行应力控制下的蠕变-疲劳交互作用实验,研究P92钢高温蠕变-疲劳交互作用下的裂纹扩展行为,并结合断口形貌分析蠕变-疲劳裂纹扩展的机理以及a-N曲线的转折点含义。结果表明:P92钢在蠕变-疲劳交互作用下的断裂属于蠕变韧性断裂,应该用(C_t)_(avg)作为裂纹扩展的断裂参量;P92钢在蠕变-疲劳交互条件下,试样的断口主要表现为蠕变孔洞以及微裂纹。此外,发现a-lg(N_i/N_f)曲线以及(da-dN)-N曲线中的拐点,分别对应蠕变-疲劳裂纹萌生区向扩展区转变周次以及扩展区向瞬断区转变的周次。     

用非晶晶化法制备纳米合金

纳米晶体是近年来发展起来的一种超细晶粒(1—50nm)材料~([1])。由于晶粒极小,因而晶界比例增大,当晶粒尺寸为5nm 时,晶界的原子数与晶粒内部相当。对晶界结构的初步研究表明~([2]),纳米晶材料具有特殊的界面结构—类气态结构,由此可以推断,这种材料可能具有一系列特殊的物理、化学、力学和电磁学性能。正因为如此,纳米晶材料的制备、结构和性能研究已成为当前极为活跃的一个新领域。