有机玻璃板材高低温力学行为试验研究

摘要在温度为80-130℃、应变率为0.001-0．01／s的范围内通过WDW万能试验机对PMMA板材进行了恒应变率下的单轴拉伸试验。结果表明，PMMA板材力学行为具有明显的温度和应变率效应，玻璃态时其真应力一真应变曲线存在明显的非线性；玻璃化转变区以上时其真应力一真应变曲线近似呈线性关系。     

聚碳酸酯透明板材的高温力学行为实验研究

在温度为175～200℃、应变率为0.001～0.1s-1的范围内通过Meissner新型拉伸流变仪对聚碳酸酯进行了恒应变率下的高温单轴拉伸实验.结果表明:聚碳酸酯的高温力学行为具有明显的温度效应和应变率效应,其真应力-真应变曲线存在明显的非线性.     

有机玻璃在宽温度、宽应变率范围压缩性能实验研究

采用分离式Hopkinson压杆实验装置和材料试验机对有机玻璃(PMMA)进行不同温度和不同应变率的压缩实验研究,获得PMMA在-70~120℃温度范围和10-4/s~103/s应变率范围内应力应变曲线,分析应变率和温度对PMMA屈服应力和屈服应变的影响规律。结果表明:屈服应力随温度降低和应变率升高而增大,屈服应变随温度降低而增加;在不同应变率范围内,屈服应变随应变率增加的变化规律较为复杂。在-70~120℃温度范围和低应变率条件下,屈服应力和应变与温度关系可以用线性方程和带指数函数多项式进行描述,在室温条件和应变率为10-4/s~103/s范围内,屈服应力随对数应变率呈双线性关系增加,而屈服应变与应变率的关系较为复杂。     

5A06-O 铝镁合金板材温热成形本构方程研究

目的提出5A06-O铝镁合金板材在不同温度及应变率条件下的统一本构方程。方法采用CCS-88000电子万能试验机对5A06-O铝镁合金板材进行不同变形温度和应变速率条件下的单向拉伸试验。结果随着温度的升高,流变应力明显下降,同时,应变会显著增加;在常温时,应变速率对流变应力的影响不明显,但当温度高于150℃时,流变应力均随着应变速率的增加而升高。结论提出了在温热条件下描述材料复杂流变曲线本构方程的建模方法-增函数相减法,通过该方法建立的本构方程形式简单,能够反映温度和应变率的影响,实现对复杂流变曲线较为准确的描述。     

Ti-5Mo-5V-1Cr-3Al合金的热压缩变形行为研究EI北大核心CSCD

采用恒应变速率热压缩模拟实验,对Ti-5Mo-5V-1Cr-3A1（简称1Cr）钛合金在应变速率0.001～1s-1、变形温度700～900℃条件下进行研究.结果表明：该材料的流变应力对温度与应变速率敏感：当变形温度为700～800℃时,真应力-真应变曲线呈现动态再结晶单曲线特征;当变形温度为800～900℃时,低应变速率（0.001s-1）的真应力-真应变曲线呈现动态再结晶多应力峰值曲线特征,高应变速率（0.01～1s-1）的真应力-真应变曲线呈现动态回复曲线特征.1Cr合金在等温压缩变形时的流变行为可用包含Zener-Holomon参数的Arrhenius本构方程描述,变形激活能为456kJ/mol.金相结果显示,材料在热压缩过程中的动态行为除了与变形速率、变形温度等加工参数相关外,也与相应温度、变形速率下材料的组织及相结构有关.合金在低应变速率0.001s 1下热压缩变形时,在接近相变点或以上（800～900℃）温度范围内仍呈现动态再结晶行为,这与材料在此阶段发生的应变诱发马氏体转变密切相关,马氏体相的析出促使材料在热变形时趋向于发生动态再结晶行为.     

Al-35Si高硅铝合金热变形行为的研究

采用Gleeble-1500热模拟机对电子封装用Al-35Si高硅铝合金进行了恒温和恒应变速率下的热压缩变形实验,温度范围为370～550℃,应变速率为0.05～0.45s-1,得到了其真应力-真应变曲线.结果表明:在实验范围内,此合金的流变应力随变形温度的升高、应变速率的降低而降低,在不同变形条件下真应力软化机制分别受动态回复和动态再结晶控制,并且应变速率敏感性指数m随温度的升高呈上升趋势.     

Cu-Cr-Zr-Ce合金高温热变形行为研究

Cu-Cr-Zr系合金是一类高强度高导电集成电路用引线框架铜合金。在Gleeble-1500D热模拟实验机上,采用等温压缩实验研究了Cu-Cr-Zr-Ce合金在变形温度为600～800℃、应变速率为0.01～5s-1条件下的流变应力的相互变化规律,测定了其真应力-应变曲线,并利用光学显微镜分析了合金在热压缩过程中的组织演变规律。结果表明,Cu-Cr-Zr-Ce合金的真应力-真应变曲线呈现典型的动态回复特征,其流变应力和峰值应力随变形温度的降低和应变速率的提高而增大;且变形温度越高,应变速率越小,合金越容易发生动态回复和再结晶。在上述实验基础上,基于流变应力、应变速率和温度的相关性,计算出了该合金热压缩变形时的热变形激活能Q,并建立了其等温压缩塑性变形过程的流变应力与变形温度和应变速率之间关系的本构方程。     

ZK60镁合金热压缩变形行为

为了研究ZK60镁合金的热变形行为,采用Gleebe-1500热模拟机在变形温度为423～673K、应变速率为0.001～10s-1条件下对合金进行的热压缩试验.分析合金流变应力与应变速率、变形温度之间的关系,通过引入Z参数建立合金流变应力本构方程,并观察合金变形过程中的显微组织演变.结果表明:变形温度低于473K且应变速率大于0.1s-1时试样发生宏观开裂;在变形温度较高和应变速率较低时,合金真应力-真应变曲线具有动态再结晶特征.随变形温度升高和应变速率的降低流变应力减小,热压缩后的组织中再结晶现象越明显;应变速率越高,再结晶晶粒越细小.     

小变形条件下聚合物本构关系研究

通过两种工程塑料不同温度条件下的准静态和动态压缩试验,研究这两种工程塑料的应力应变特性。同时,为描述所研究聚合物在高温、高应变率下的应力-应变特性,基于Johnson-Cook本构模型,建立一种形式简洁、便于参数拟合的聚合物本构模型。分别利用聚甲醛和密胺树脂在准静态下和高应变率条件下的真应力-真应变曲线,对模型进行参数拟合和标定,结果表明:在高温、高应变率条件下,模型可以预测到5%应变以前的应力-应变关系,与聚合物力学性质符合率良好。     

316LN不锈钢高温拉伸颈缩区塑变行为

为准确测量颈缩发生后的应力-应变行为,本文综合物理实验、有限元模拟和MLR模型的方法确定颈缩区的塑变行为,建立316LN不锈钢高温本构模型.模型中,颈缩前的真应力-真应变呈幂函数关系,颈缩发生后,较低温度时应力随着应变的增加迅速下降,而当较高温度时应力随着应变的增加而缓慢下降,真应力-真应变呈非线性关系.基于MLR模型,修正了颈缩后不同温度、不同应变速率下的真应力-真应变曲线,并将有限元模拟的颈缩区长度与实测值相对比,相对偏差为4.73%.这说明修正后的应力-应变本构模型能够准确地描述316LN的高温塑性行为.     

笼型倍半硅氧烷(POSS)/环氧树脂有机无机杂化材料的热性能

为了提高环氧树脂(EP)的性能,采用具有氨基官能团的笼型倍半硅氧烷(POSS)改性.首先通过POSS与EP发生化学反应,形成有机无机杂化树脂;然后固化杂化树脂,得到POSS/EP有机无机杂化材料.文中研究了杂化树脂的凝胶特性和杂化材料的热性能,包括热变性温度(HDT)、玻璃化转变温度(Tg)和高温热分解性能.研究结果表...     

凝胶浇注结合固相烧结制备具有多级孔结构的碳化硅陶瓷

以Isobam作为胶凝剂, 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为泡沫稳定剂和造孔剂, 结合固相烧结制备出具有多级孔结构的碳化硅陶瓷, 并研究了PMMA添加量、球磨机转速以及烧结温度对多孔陶瓷结构及性能的影响。结果表明: 当球磨机转速为220 r/min、烧结温度为2100℃时, 随着PMMA添加量由5wt%增加到20wt%, 发泡过程受到抑制, 但是泡沫的稳定性增强, 所得多孔陶瓷的气孔率在51.5%~72.8%之间, 压缩强度介于7.9~48.2 MPa之间; 当PMMA加入量为20wt%时, 随着球磨机转速由220 r/min增大到280 r/min, 加剧了浆料的发泡过程, 2100℃烧结所得多孔陶瓷的气孔率逐步增大, 气孔孔径变大; 当球磨机转速为220 r/min, PMMA加入量为20wt%时, 随着烧结温度的升高, 气孔率逐渐降低, 力学性能有所提高。     

温度、应变率对航空PMMA压缩力学性能的影响研究

本文利用INSTRON试验机和分离式Hopkinson压杆测试了航空有机玻璃在试验温度为299K～373K之间,两种准静态应变率(10-3,10-1 1/s)和一种动态应变率(550 1/s)下的压缩力学行为.试验结果表明:在准静态载荷下,随着温度的升高,材料的弹性模量和流动应力减小,在应变率为10-1 1/s时表现出明显的应变软化行为;在高应变率(550 1/s)下,随着温度的升高,材料的流动应力逐渐减小而破坏应变增大,当温度超过333K时也有应变软化现象发生;在相同温度下,随着应变率的升高,材料的流动应力增大,但破坏应变减小.通过观察变形后试样的形貌,可以认为试样内部的微裂纹是应变软化的主要原因.最后,ZWT粘弹性本构模型被用来对试验数据进行拟合,结果表明该模型能够较好地预测这种材料在应变8%以内的力学行为.     

温度对PVA/ECC动态压缩性能影响

为研究不同温度、不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量和不同应变率对高延性纤维增强水泥基复合材料(PVA/ECC)动态压缩性能的影响,采用直径50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB),对高温浸水冷却后的PVA/ECC进行了冲击压缩试验,结果表明：当温度≥250℃,PVA/ECC试件冲击破坏后的整体性变差,应力-应变曲线更趋于扁平,其动态峰值应变提高不明显但动态峰值应力、冲击韧度显著降低,且高温对较大纤维体积掺量PVA/ECC动态峰值应力、冲击韧度的劣化效应更明显;温度≤150℃时,增大PVA纤维体积掺量,PVA/ECC动态峰值应力、峰值应变和冲击韧度均明显提高,但当温度≥250℃时,增大PVA纤维体积掺量,PVA/ECC动态峰值应变增大,而冲击韧度的提高幅度显著降低且动态峰值应力下降;高温水冷后的PVA/ECC仍具有明显的应变率效应,但温度≥150℃后,其抗压强度的应变率敏感性有所降低。     

Mg-9Al-3Si-0.375Sr-0.78Y合金的热变形行为及本构模型

利用Gleeble-3500热模拟试验机对Mg-9Al-3Si-0.375Sr-0.78Y合金试样进行等温恒应变速率压缩实验,研究其在温度250~400℃、应变速率0.001~10s~(-1)条件下的热变形行为。结果表明:在热变形过程中,峰值应力随着应变速率的降低和温度的升高而减小,且峰值应力对应变速率的敏感性随着变形温度的下降而增强。建立了考虑应变的热变形Arrhenius本构模型,模型精度良好,在300,350℃及0.001~10s~(-1)范围内,模型的平均绝对误差分别为1.57%和1.76%;合金的平均变形激活能为183.58k J/mol,平均应变速率敏感指数为0.1616。热变形过程中,α-Mg相呈现明显的动态再结晶特征,β-Mg₁₇Al₁₂相尺寸减小且分布均匀,初生Mg_2Si相较小。在低温(250~300℃)变形时,动态再结晶仅发生在晶界处。在高温(350~400℃)变形时,初生α-Mg晶粒发生了明显的动态再结晶。随着温度的增加和应变速率的降低,再结晶程度提高,再结晶晶粒逐渐长大。     

Characterization and constitutive modeling of stress-relaxation behavior of Poly(methyl methacrylate) (PMMA) across the glass transition temperature

Characterizing the large strain behavior of Poly(methyl methacrylate) (PMMA) across its glass transition temperature is essential for modeling hot embossing. Its mechanical properties vary significantly across the glass transition as well as with strain rate. Several previous models have attempted to capture this behavior with limited success, and none have considered stress relaxation. In this work, stress relaxation experiments are conducted on PMMA at various temperatures spanning the glass transition. The experimental data is then used to develop a new constitutive model. As with earlier models for thermoplastics around the glass transition, the material model consists of two resistances: intermolecular and network. The key advantage of the new model is that the network resistance is represented through an 8-chain hyperelastic model in parallel with a ROuse LInear Entangled POLYmer (Rolie-Poly) element. The structure of the network interactions captures the strain hardening at temperatures less than glass transition and the melt behavior at temperatures greater than glass transition to greatly improve stress relaxation predictions. Strain softening is introduced in the intermolecular branch to predict the stress at small strains. Glass transition is described through temperature dependent material properties. Results have been encouraging for the model’s ability to capture stress relaxation behavior from temperatures 15° below to 25° above glass transition. In addition, it can capture the relaxation behavior at both large and small strains as well as with varying strain rates. This ability to capture stress relaxation suggests it will greatly improve finite element model predictions for hot embossing with PMMA.     

ZK60镁合金型材挤压过程有限元数值模拟

本文运用DEFORM-3D平台对ZK60变形镁合金型材挤压过程进行了数值模拟.分析了变形温度(T=300℃/350℃)、变形速度(V=2、5mm/s)对合金等效应变、等效应力、温度场以及变形载荷的影响规律.结果表明:温度对等效应力影响显著,变形温度从300℃升高到350℃,合金最大等效应力从75MPa降低到55MPa;变形速度对温升影响显著,挤压速度由2mm/s升高到5mm/s,合金最大温升由81℃升高到118℃.确定了ZK60合金在挤压比为25时,适宜的挤压温度为350℃,挤压速度应在5mm/s以下.     

轧制态7A60铝合金的热压缩显微组织及流变行为

对轧制态7A60铝合金在应变速率为0.1~0.01s-1、变形温度为250~350℃条件下热压缩的显微组织特征和流变应力进行实验研究。结果表明:随着应变速率的降低和温度的升高,材料的各向异性减弱,均匀性增强,晶粒发生明显粗化;在热变形的过程中该合金的主要软化机制为动态回复和动态再结晶,峰值应力随应变速率的增加而增大,随温度的升高而降低,在应变速率为0.01s-1时发生了明显的非连续动态再结晶行为。合金热变形的流变应力行为可用双曲正弦函数来表示,其热激活能为438.981kJ/mol。     

一种新型近β型Ti-5.5Mo-6V-7Cr-4Al-2Sn-1Fe合金热变形行为

采用Gleeble-3800型热模拟试验机对一种新型近β型Ti-5.5Mo-6V-7Cr-4Al-2Sn-1Fe(质量分数/%)钛合金进行等温恒应变速率压缩实验。变形温度范围为:655~855℃,应变速率范围为:0.001~10s^-1 ,最大真应变为0.8。根据实验数据,建立了该合金的高温流变应力模型,计算出热变形激活能约为255kJ/mol,并绘制出热加工图。结合热加工图与材料的显微组织分析可知,在高应变速率(1~10s^-1 )条件下变形时,在热加工图上表现为材料的功率耗散值(η)低,为失稳区域,易产生绝热剪切带与局部塑性流动、开裂等现象。在应变速率小于0.01s^-1 和相变点( T β)温度以下(655~755℃)进行热变形时,组织变化主要以动态回复为主;在应变速率小于0.01s^-1 和 T β以上(755~855℃)进行热变形时,组织发生动态再结晶,且随着温度的升高,新产生的再结晶晶粒逐渐长大。在相变点附近(755~770℃),变形速率为0.001~0.003s^-1 区域内变形时,功率耗散值达到最大值,组织发生动态再结晶,该区域为合金热变形的“安全区”。     

近临界水中聚甲基丙烯酸甲酯水解反应动力学

系统测定了近临界水中210℃～290℃下聚甲基丙烯酸甲酯的无催化和醋酸催化下水解反应动力学数据,并采用傅立叶变换红外光谱仪、凝胶色谱仪、热重分析仪对水解产物进行了表征。结果表明,近临界水中聚甲基丙烯酸甲酯水解改性是可行的,通过改变水解工艺条件可获得一系列不同酯基及羧基含量的水解产物;以自催化反应动力学模型对实验数据进行拟合,得到了无催化和1 mol/L醋酸催化条件下聚甲基丙烯酸甲酯水解反应活化能分别为47.3 kJ/mol和34.2 kJ/mol。