分形维数与含MnS超高强度钢断裂韧性的关系研究

应用分形理论研究含MnS的超高强度钢D6AC的分形及其分形维数的测量方法,得出试样的韧性与分形维数DH成正比关系,即韧性随分形维数的增大而增加.揭示了断口分形维数与材料性能之间的内在联系,为分形理论在材料领的应用提供了有益的帮助.     

复合材料断口分形维数的测定

探讨了ＳｉＣ晶须增强Ａｌ和碳纤维增强ＳｉＣ复合材料断口的分形特征,分别用小岛法和垂直截面法测定了断口的分形维数。实验表明,这两类复合材料的断口具有典型的分形特征,小岛法测得Ｃｆ／ＳｉＣ复合材料断口的分形维数为１．３１２;垂直截面法测得ＳｉＣＷ／Ａｌ复合材料断口的分形维数为１．０９９,表明可以用分形维数来定量表征复合材料的断口形貌     

钨合金动态拉伸断口的分形维数

用ＧＹＣ－５０冲击拉伸试验机对粉末冶金钨合金进行不同加载速率的动态拉伸实验，用二次电子法测量动态拉伸试样断口的分形维数，发现分形维数值与动态拉伸断裂能之间有良好的线性关系。     

砂轮约束磨粒喷射精密光整加工外圆表面分形维数的研究

应用分形维数与Ra、Rq及支撑长度率的关系对磨削表面和磨粒喷射精密光整加工表面进行研究。试验在MB1332A外圆磨床上完成,加工试样为Ra=0.6 μm左右的45#钢,加工表面形貌和微观几何参数用扫描电子显微镜(SEM)和Micromesvre 2表面轮廓仪测量。试验结果表明：分形维数与Rq呈线性关系可以较好的评价机械加工表面微观形貌的几何结构,以弥补传统的粗糙度评定参数的不足;分形维数值D与支承长度率曲线的变化规律一致,在研究表面接触和磨损中,可用分形维数代替支承长度率曲线。     

差压铸造ZL205A合金的组织及性能研究

采用差压铸造工艺制备ZL205A合金试样,对其进行力学性能、金相组织和断口形貌等测试分析。结果表明,该试样的抗拉强度495 MPa和伸长率12%均高于用低压铸造和重力铸造法制备的,且合金内部组织细化、无缩孔和疏松等铸造缺陷,拉伸试样断口呈韧性断裂。     

建筑用常温6063铝合金纵向拉伸研究

以Al-Mg-Si系6063铝合金(T5)为研究对象,用万能试验机在温度为24℃下进行6063铝合金纵向拉伸试验,用扫描电镜进行断口形貌分析。结果表明:不同纵向拉伸角度试样最小截面上正应力与剪应力分布不同,0°及30°纵向拉伸正应力较大,剪应力几乎不存在,试样由于正应力形成裂纹与扩展;45°纵向拉伸正应力与剪应力均较大,试样由于剪应力形成裂纹;60°及90°纵向拉伸剪应力较大,正应力几乎不存在,试样由于剪应力形成裂纹与扩展。6063铝合金试样屈服强度与断裂强度随拉伸速度增大而增大,断裂应变随拉伸速度增大而减小,抗拉强度不受拉伸速度影响;随着三轴应力度不断降低,断口形貌越来越光滑。45°和90°断口形貌呈相反走势,韧窝轮廓凸向也相反。     

00Cr17Ni14 Mo2不锈钢高温抗氢脆性能研究

利用光学显微镜、电子显微镜、俄歇电子谱 /二次离子质谱表面分析仪等结合拉伸实验 ,研究了0 0Cr17Ni14Mo2奥氏体不锈钢及其电子束焊缝在 6 5 0℃充氘后组织、微区成分变化与性能的关系 ,以及拉伸应力与氘分布的关系。结果表明 ,高温气相充氘后 ,0 0Cr17Ni14Mo2奥氏体不锈钢及其电子束焊缝抗氢脆性能较明显下降。晶界、孪晶界析出大量的碳化物 ,但拉伸断口形貌并未呈沿晶断裂 ;晶界上未发现S、P等痕量元素的偏聚 ,却产生了富Cr、Mo而贫Ni层 ,这表明晶界成分的变化减弱了晶界析出物对氢脆的影响。电子束焊缝塑性下降 ,拉伸时从该处断裂。拉伸静水应力梯度分布导致氘在拉伸试样断口处富集     

超声冲击对铝合金MIG焊接接头超高周疲劳性能的影响

通过超声疲劳试验和超声冲击试验,探究A7N01P-T4铝合金焊接接头未冲击和冲击后疲劳试样超高周疲劳性能,利用高分辨扫描电镜对失效断口进行观察。结果表明:冲击后试样超高周疲劳寿命相对于未冲击试样有显著提高,两条曲线均连续下降,当循环周次为2×106周时,未冲击试样疲劳强度为69.30 MPa,冲击后试样疲劳强度为97.72 MPa,提高了41.0%;未冲击试样疲劳裂纹从焊趾表面萌生,冲击后试样焊趾处表层组织得到强化,裂纹从焊趾转移至焊缝表面萌生;两组扩展区形貌均主要以穿晶断裂为主,伴随大量的撕裂棱,局部观察到沿晶形貌,为典型的解离断裂特征,瞬断区观察到大小不同的韧窝,为韧性断裂特征。     

战斗部壳体爆炸破片体/线分形维数研究

为研究爆炸瞬时情况下金属壳体破碎形成破片的形状特征规律,设计了壳体爆炸破碎形成破片回收试验,来研究瞬时破碎条件下破片分布及内在关系。通过借鉴体/线分形维数测定数学模型,并应用MATLAB软件中数学算法对描述破片质量或大小分布特征的体分形维数D₃以及描述破片迎风面投影轮廓特征的线分形维数D₁进行了计算。研究结果表明：爆炸条件下壳体破碎形成破片质量分布和形貌特征均满足统计自相似性,可以用分形维数来表征;计算获得破片平均体分形维数为2.385 9,平均线分形维数为1.298 7,二者之间满足D₃+2D₁=5.     

带有幂次内聚断裂模型的韧性碎裂

固体在受到冲击载荷作用时常常会断裂成多个碎片(碎裂),对冲击碎裂过程的研究对工程防护和国防军事具有重要意义。影响碎片尺寸的关键参数包括加载速率、材料强度和韧性、断裂形态等因素。采用非线性的幂次内聚力模型来描述材料的断裂过程，分析断裂和卸载波传播的耦合过程，给出断口完全断裂时间、卸载波传播距离及碎片平均尺度的解析表达；采用有限元数值模拟不同损伤断裂路径下的韧性碎裂过程，得到断口形貌和破碎产生碎片的平均尺寸。研究结果表明：随着幂次指数k的减小，卸载波的传播距离单调增加，产生碎片的平均尺寸也增加，并且碎片断口变形更大；在诸多可能的非线性损伤演化路径中，存在一种断口位置以最快速卸载方式的损伤断裂模型，该模型对应于幂次指数k=0.5的情况，更接近刻画断口区的断裂发展过程。     

坦克履带板疲劳裂纹分形维数随裂纹扩展的变化规律

ZGMn13是主战坦克履带板材料,研究其断裂性能对提高坦克的战技水平意义重大。本文用扫描电镜( SEM)对有疲劳裂纹试件按确定位置进行拍照,经编程处理后得到裂纹轮廓线,采用垂直剖面法测量其分形维数,通过研究分形维数随裂纹扩展的变化规律,最终确定在每个试件疲劳裂纹的中间位置其分形维数最大。     

一种基于分形的RDX感度计算方法

火炸药的感度一般通过其表面形貌和分子结构来计算,但火炸药微粒的表面形貌极不规则,分子结构复杂多样,采用此种方法计算感度复杂度高,且结果不稳定。为解决该问题,本研究以分形理论为基础,结合图像处理技术对两种不同制备方法的RDX表面粗糙度进行了定量分析,并将感度的试验测试结果与表面分维数进行了对比。结果表明,分形维数越大,其表面越粗糙,RDX的感度在一定程度上随着其表面分维数的增大而增大。     

40CrMnSiB钢圆柱壳体膨胀断裂中间状态回收试验研究

针对回火温度条件对金属圆柱壳体膨胀断裂动态过程的影响问题,设计了冻结回收试验,用于回收处于膨胀断裂状态的金属壳体断裂形貌。以200 ℃、350 ℃、500 ℃和600 ℃ 4种回火温度处理下的40CrMnSiB钢为研究对象,通过冻结回收试验获得了4种回火温度状态下壳体断裂中间状态,分析了不同回火温度对壳体断裂、裂纹萌生、扩展及分布的影响,揭示了回火温度对40CrMnSiB钢圆柱壳体宏观断裂特性的影响规律。研究结果表明：随着回火温度从200 ℃上升到600 ℃,初期受动态塑性及断裂韧性改善的影响,壳体的断裂相关参量变化明显,后期材料动态强度减小造成的影响更突出,断裂相关参量基本不变;在500 ℃回火状态下的壳体断裂应变最大,相对于200 ℃回火状态提高了48.1%.     

RDX的分形生长探索

采用溶剂挥发法,在玻璃基底上制备出具有分形结构特征的RDX晶体,利用扫描电子显微镜(SEM)表征样品的形貌,初步研究了RDX溶液浓度及表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵对RDX分形结构的影响,并对RDX分形结构的形成机理进行初步分析.结果表明,借助玻璃基底上的非平衡结晶过程,可实现RDX的多种分形生长;当RDX浓度较低时形成具有明显主干与分枝的分形结构,浓度较高时形成无规分权的分形结构;表面活性剂对RDX分形结构影响较大.     

耐高温对位芳纶纸基材料增强工艺的研究

对位芳纶纸基材料因其分子链刚性结构以及纤维表面化学惰性导致其力学性能较差,即使通过环氧树脂增强,其综合性能仍然不能达到航空航天等耐高温结构材料的要求。为了获得优异力学性能和耐高温性能的纸基材料,高强,高模及耐高温树脂聚酰亚胺作为增强树脂被采用,而其制品的力学性能受到成型加工工艺的影响。采用100℃预固化,250℃,20MPa热压成型的工艺将获得最佳力学性能,其裂断长达到8350m。通过DSC及TGA分析,其玻璃化转变温度及初始分解温度分别为275、550℃,有望作为航空航天等领域耐高温结构材料使用。     

18Ni（1 700 MPa）型马氏体时效钢时效工艺研究

研究不同时效温度和时间对820 ℃×1 h固溶处理后的18Ni马氏体时效钢硬度的影响规律。研究了480 ℃时效3h和4 h的拉伸性能,并利用金相显微镜、扫描电镜对时效后的组织和断口进行观察分析。结果表明：当时效温度较低（460 ℃）,时效3 h达到峰值的98%左右;在较高温度（520 ℃）时效,10 min左右即可达到该水平;最优时效工艺为480 ℃×3 h;两种时效工艺下的断口有明显的延伸和缩颈,中心存在大量韧窝,为典型的韧性断裂。     

水悬浮工艺温度对HMX基PBX形貌及安全性能的影响

以Viton-A为粘结剂,通过溶液-水悬浮工艺制备HMX基PBX,重点研究了温度对HMX基PBX形貌及安全性能的影响。利用扫描电镜、XRD、DSC和撞击感度测试等方法对不同温度下制备的PBX进行性能表征。结果表明:当制备温度为60℃时,可以得到形貌完好的晶体颗粒,包覆前后HMX晶型结构没有发生变化,高聚物粘结炸药热安定性有明显提高,撞击感度特性落高H50由原来的20.88cm提高到57.2cm,安全性能有较大幅度的提高。本研究表明水悬浮法制备HMX基PBX的最佳包覆温度为60℃。