气相二氧化硅分散性对剪切增稠液体稳态流变学性能的影响

以直径12nm的气相二氧化硅(SiO₂)作为分散相,以聚乙二醇(PEG 400)作为分散介质,通过控制超声处理时间制备具有不同分散程度的剪切增稠液(STF),其中SiO₂质量分数分别为20%及25%。通过动态力学分析采用流变仪测试STF的稳态流变学性能。重点研究SiO₂分散性对STF稳态流变性能的影响。结果表明：STF的剪切增稠性能表现为黏度随着剪切速率的提高呈现先稀化后增稠的现象;随着超声处理时间的延长,气相SiO₂的分散及分布更加均匀,对临界剪切速率和峰值黏度有一定变化,进一步对临界剪切速率和峰值黏度进行优化,临界剪切速率可以达到3.49s^-1,峰值黏度可以达到1058.9Pa·s。     

含铝凝胶燃料的流变特性研究

在庚烷/硝酸异丙酯混合体系中加入不同粒径的无机纳米凝胶剂,实现燃料凝胶化;并在部分样品中添加纳米铝粉,制得一系列凝胶燃料;以此来研究凝胶剂粒径和铝粉含量对凝胶燃料流变性能的影响规律。采用激光共聚焦显微镜、比重杯和氧弹量热仪测试凝胶燃料的微观形貌、密度与燃烧热;利用流变仪测试凝胶燃料的剪切变稀性、蠕变性以及非线性黏弹性等流变性能。结果表明:凝胶化的燃料具有更高的密度和体积燃烧热;大粒径凝胶剂体系的假塑性更明显,网络强度更大,但内部结构易碎;铝粉的加入破坏了絮凝体网络的连续性,增强了凝胶燃料的塑性,降低了蠕变恢复能力,但会提升凝胶燃料的整体强度。添加质量分数20%的铝粉后,凝胶燃料的零切黏度η₀提高了6倍,储能模量G′₀ 提高了3倍,蠕变恢复能力r_c 下降了33%。     

γ辐照及热退火对光热折变玻璃光学性能的影响

对光热折变(Photo-thermal-refractive, PTR)玻璃在总剂量分别为0.35、1、10及100 kGy的γ射线下辐照,并进行热退火处理,采用吸收光谱、光致发光光谱及EPR电子顺磁共振谱研究了光热折变玻璃在γ射线辐照下的辐照机理。研究结果表明,γ辐照后的PTR玻璃在可见波段的吸收主要由银原子Ag⁰、银分子簇Ag₂、银分子簇Ag₃、银纳米颗粒Ag_m⁰及非桥氧空穴中心H_C1及HC₂引起;在不同剂量γ射线辐照下,玻璃基质中的变价离子(Ag⁺、Ce³⁺)价态先发生变化,同时玻璃基质中的非桥氧键发生电离,形成了非桥氧空穴型缺陷中心HC₁、HC₂。进一步增加辐照剂量,产生了银的分子簇Ag₂和Ag₃;同时玻璃基质中非桥氧空穴中心HC₂的浓度增大,导致在639 nm附近的吸收增强...     

新型奥氏体耐热钢CHDG-A的动态再结晶行为及其动力学模型

进行新型奥氏体耐热钢(CHDG-A)的热压缩实验,研究了在900~1100℃、应变速率为0.01-10 s^-1条件下这种钢的热变形特征。结果表明:随着变形温度的提高或应变速率的降低这种钢的流变应力显著降低。基于Arrhenius模型构建了这种材料的本构方程,得到CHDG-A热变形激活能Q为515.618 kJ/mol。微观组织分析结果表明,动态再结晶(DRX)是该材料在实验热变形条件下最主要的软化方式,DRX形核主要通过晶界弓出,变形温度的升高和应变速率降低均有利于再结晶形核。基于真应力-应变曲线求得动态再结晶用Z参数表示的峰值和临界值(σ_p、ε_p、σ_c和ε_c),并确定了ε_c/ε_p,σ_c/σ_p的比值分别为0.52和0.98。同时,还基于Avrami方程建立了CHDG-A的DRX动力学模型。     

含椭圆叶片状SiO2/聚乙烯醇渗透汽化复合膜的制备与性能

如何制备含形貌可控且高度分散无机纳米颗粒的高性能复合分离膜,是当前膜分离领域的研究热点和难点。本文采用溶胶-凝胶和溶液刮涂法将聚乙烯醇（PVA）、马来酸（MA）和SiO₂三者交联制备得到混合基质膜。通过SEM、FTIR、XRD对SiO₂/交联PVA混合基质膜进行结构表征,在50℃下对97wt%乙醇水溶液进行渗透汽化性能测试。结果表明,含椭圆叶片状SiO₂聚集体的SiO₂/交联PVA混合基质膜,椭圆叶片状SiO₂纳米颗粒聚集体可作为表面预筛选层,且在基体内高度分散,能够同时增加对醇水溶液的渗透通量和选择性。对97wt%乙醇水溶液的渗透通量和选择性分别高达0.072 kg·m^-2·h^-1和12 301。分离性能提高的原因可能是由于该混合基质膜具有表面预筛功能和更致密的网络结构。该结果将促进纳米SiO₂/PVA复合材料的研究及该类材料在分离领域的应用。     

纳米多晶铝压缩塑性力学行为分子动力学研究

目的 研究纳米多晶铝在不同温度与应变速率下的力学响应与塑性变形行为以及不同变形条件下的塑性力学行为。方法 通过ATOMSK软件构建了晶粒取向随机的纳米多晶铝模型,利用LAMMPS软件在300～700 K温度以及1×10⁹、5×10⁹、1×10¹⁰、1×10¹¹ s^-1应变速率下完成了纳米多晶铝的压缩模拟,借助后处理OVITO软件对模拟结果进行了分析。结果 随温度的升高,晶界原子所占比例增大,纳米多晶铝的弹性模量逐渐下降,在压缩过程中总位错密度随温度的升高而增大。随着应变速率的增大,材料硬化速率增加,纳米多晶铝表现出更高的屈服强度。当应变速率较低时,位错大量存在于小晶粒之中,且中央大晶粒相较于初始位置旋转了20°。当应变速率达到1×10¹¹ s^-1时,材料的硬化速率极大提高,且在晶粒内部出现了孪晶。在塑性变形过程中,1/6<112>(不全位错)的数量最多,在位错运动中占主导地位。结论 温度升高导致材料弹性模量降低,这主要是由...     

新型铝奥氏体耐热合金的高温塑性变形行为和热力工性能

新型含铝奥氏体耐热合金(AFA)进行压缩热模拟试验,使用OM和EBSD等手段研究了这种合金在950~1150℃和0.01~5 s^-1条件下的微观组织演变、建立了基于动态材料模型热加工图、分析了变形参数对合金加工性能的影响并按照不同区域组织变形的特征构建了合金的热变形机理图。结果表明：新型AFA合金的高温流变应力受到变形温度和应变速率的显著影响。在变形温度为950~1150℃和应变速率为0.18~10 s^-1条件下,这种合金易发生流变失稳。在变形温度为1050~1120℃、应变速率0.01~0.1 s^-1和变形温度1120~1150℃、应变速率10^-0.5~10^-1.5 s^-1这两个区间,这种合金发生完全动态再结晶行为且其再结晶晶粒均匀细小,功率耗散因子η达到峰值45%。新型AFA合金的热加工艺,应该优先选择再结晶区域。     

TC2钛合金的高温热变形行为

对TC2钛合金的高温变形行为进行了有限元模拟和热压缩实验研究,使用有限元自洽模型模拟提高流动应力曲线修正精度,分析材料的应力应变曲线特征,得到其高温流动本构方程和激活能,并进行了光学显微镜观察研究其微观组织演变规律,发现在高温低应变速率下α相的球化程度较高。绘制出TC2钛合金的功率耗散图和热加工图,结合应变速率敏感系数m研究了受m值控制的不同变形机制,最终确定了TC2钛合金的最佳加工窗口：(I)760~825℃、0.007~0.024 s^-1;(II)850~900℃、0.018~0.37 s^-1;(III)900~950℃、1~10 s^-1,在此区间功率耗散因子较大,在材料变形过程中发生充分动态再结晶,试样的微观组织呈细小等轴状。     

电子束冷床熔炼TC4钛合金的热变形行为

使用Gleeble-3800热模拟实验机进行一系列热模拟压缩实验,研究了电子束冷床熔炼TC4钛合金在变形温度为850℃~1100℃、应变速率为0.01 s^-1~10 s^-1条件下的热变形行为。根据真应力-真应变曲线分析变形参数对流变应力的影响,分别建立电子束冷床熔炼TC4钛合金在(α+β)两相区和β单相区的Arrhenius本构模型,绘制了基于动态材料模型的热加工图。结果表明：流变应力随着温度的提高和应变速率的增大而降低;(α+β)两相区的热变形激活能Q=746.334 kJ/mol,β单相区的热变形激活能Q=177.841 kJ/mol;用相关系数法和相对平均误差分析了模型的误差,相关系数R²=0.995,相对平均误差AARE=5.04%。这些结果表明,所建立的模型较为准确,可准确预测其热变形流变应力;合金的最佳加工区域为：变形温度1000~1100℃、应变速率0.01~0.1 s^-1。     

锻态TB6钛合金β相区压缩变形行为和动态再结晶

使用圆柱形试样在Thermecmaster-Z型热模拟试验机上进行锻态TB6钛合金β相区的热压缩实验(变形温度950~1100℃,应变速率0.001~1 s^-1),研究了合金的高温压缩变形和动态再结晶行为。结果表明,这种合金在β相区的变形激活能为246.7 kJ/mol,其热变形机制是动态再结晶,动态再结晶新晶粒的主要形核机制是弓弯形核。当应变速率为0.01~0.1 s^-1、变形温度为<1000℃时动态再结晶的发展比较充分,变形组织明显细化;当变形温度高于1000℃、应变速率低于0.001 s^-1时,动态再结晶的晶粒明显粗化。在动态再结晶的晶粒尺寸D与Z参数之间存在着相关性,其函数关系为D=6.44×10²·Z^-0.1628。     

中等应变率下单向玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的剪切本构关系

采用真空辅助成型工艺制备单向玻璃纤维增强环氧树脂基的[±45°]_8s复合材料试样,通过专用试验设备开展恒定应变率下的面内剪切性能研究,应变率范围为3×10^-4~128.4 s^-1。以Khan-Huang本构关系模型表达形式为基础,考虑应变率效应,建立了一种单向玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料在中等应变率下的剪切本构模型,通过最小二乘法和遗传算法获得了最优本构参数。结果表明,单向玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的剪切性能具有应变率敏感性,剪切强度随着应变率的提高逐渐增大,在128.4s^-1时极限强度提高了35.5%。建立的本构关系模型能够准确反映剪切性能与应变率的关系,可用于中等应变率条件下的剪切性能预测。     

18.5%Cr高Mn型节镍双相不锈钢大变形热压缩的组织和再结晶行为

使用热模拟试验机在1123~1423 K/0.01~10 s^-1变形条件下对18.5%对Cr高Mn节镍型双相不锈钢进行了变形量为70%的大变形热压缩,研究其在热变形过程中两相的亚结构特征和软化机理。结果表明,在0.01~0.1 s^-1/1123~1223 K范围的热压缩软化以铁素体相的再结晶为主,而在0.1 s^-1/1323~1423 K和10 s^-1/1223 K范围的热压缩软化以奥氏体相的再结晶为主。在变形温度为1223 K、应变速率由0.01 s^-1增大到10 s^-1的条件下铁素体相内的位错缠结向胞状结构演化并出现位错线,奥氏体相内的亚结构则转变为细小的再结晶晶粒。应变速率为0.1 s^-1、变形温度由1123 K提高到1323 K时铁素体相内的位错增加,变形晶粒向胞状组织演化而奥氏体相内的位错减少,由回复组织转变为再结晶组织。根据热变形方程计算出表观应力指数n=7.13,热变形激活能Q=514.29 kJ/mol,并建立了Z参数关系本构方程。根据加工硬化率得到再结晶临界条件,并确定了Z参数与再结晶临界条件的关系。对热加工图的分析结果表明,随着变形量的增大失稳区逐渐减小,最佳加工区域为1348~1423 K/1~10 s^-1,功率耗散系数大于0.4。     

新型Al-Zn-Mg-Sc-Er-Zr合金的热变形行为EI北大核心CSCD

采用Gleeble-3800热模拟机研究Al-8.9Zn-1.3Mg-0.1Sc-0.1Er-0.1Zr铝合金的热变形行为,构建温度380~440℃、应变速率0.01~10 s^(-1)区间内合金的热加工图,使用X射线衍射(XRD)、选区电子衍射(SAED)与能谱(EDS)对合金中存在的物相进行分析,并使用金相显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)观察合金热变形后的微观组织。结果表明:合金的最佳热加工工艺参数区间为:400℃相似文献   

微观组织演变对细晶Mg-Y-Nd合金超塑性性能的影响

在初始应变速率为2×10^-2~4×10^-4 s^-1,温度为683~758 K的条件下,对用水下搅拌摩擦加工制备的细晶Mg-Y-Nd合金进行高温拉伸实验,研究了微观组织演变对其超塑性性能的影响。结果表明:因为具有细小均匀的微观组织和良好的热稳定性,Mg-Y-Nd合金在733 K和3×10^-3 s^-1初始应变速率下表现出最大的伸长率(967%),在758 K和2×10^-2 s^-1条件下表现出最优的高应变速率超塑性(900%)。在高温下暴露时间过长导致α-Mg晶粒和第二相颗粒显著长大,使试样的伸长率明显降低;因为第二相颗粒与镁基体之间有良好的变形协调性,在相界处不会产生明显的应力集中,裂纹主要在晶界生成。     

复合纳米材料对混凝土动态力学性能的影响

制备了掺量为0.2%(以水泥质量为基准)的纳米Fe₂O₃(NF)、复掺纳米Fe₂O₃和纳米CaCO₃ 2种纳米材料(NFC)以及复掺纳米Fe₂O₃、纳米CaCO₃和纳米SiO₂ 3种纳米材料(NFCS)的混凝土,之后采用直径100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置测试了养护龄期为28 d的3种混凝土在不同平均应变率等级下的动力特性并与普通混凝土(PC)进行对比研究。结果表明:准静态载荷下,复合纳米材料的掺入可有效调高混凝土的抗压强度;冲击载荷作用下,中低水平平均应变率时, NFC动态抗压强度最高, 80 s-1时NFC比PC高31.6%,高水平平均应变率下NF动态抗压强度具有优势,在125 s-1时, NF比PC高16%;NF在冲击载荷作用下峰值应变具有显著优势,具有良好的变形性能;以比能量吸收作为韧性评价指标,在平均应变率为75 s-1和125 s-1时, NF比PC增幅达到66.6%和75.7%。通过SEM照片分析,纳米Fe₂O₃颗粒增大了水泥石密实度,进而改善了NF的强度和韧性;由压汞试验分析,纳米CaCO₃颗粒在混凝土中,改善了水泥石孔隙结构。      

动态拉伸载荷下应变率和温度对Kevlar 49芳纶纤维布增强环氧树脂复合材料力学性能的影响

为研究Kevlar 49芳纶纤维布增强环氧树脂复合材料在中等应变率和不同温度耦合作用下的力学响应和断裂行为,首先,利用MTS液压伺服高速机在不同初始应变率(25、50、100、200 s-1)和温度(-25、0、25、50、100℃)下对芳纶纤维增强复合材料(AFRP)进行单向动态拉伸测试;然后,采用Weibull分析模型量化了拉伸强度在不同应变率和温度下的离散程度。结果表明:在相同温度(25℃)下,随着应变率的增加,弹性模量和拉伸强度均先增大(初始应变率介于25~50 s-1范围内)后减小(初始应变率介于50~200 s-1范围内),极限应变则呈现出相反的变化趋势,而韧性随应变率的变化幅度不大;在相同初始应变率(25 s-1)下,与在25℃下的情况相比,温度的升高或降低均会造成弹性模量的降低,在温度为100℃时,极限应变显著增加,而拉伸强度和韧性均不会随温度的变化而发生明显改变。对AFRP断裂形态进行的对比分析表明不同试验条件下AFRP的断裂形态基本相同,均呈现出较为平整的断裂面。所得结论可为AFRP在极端载荷和环境作用下的理论研究和应用提供依据。      

Pressure-shear impact and the dynamic viscoplastic response of metals

Pressure-shear plate impact experiments are used to investigate the viscoplastic response of metals at shear strain rates ranging from 10⁵ s⁻¹ to 10⁷ s⁻¹. Flat specimens with thicknesses between 300 μm and 3 μm are sandwiched between two hard, parallel plates that are inclined relative to their direction of approach. Nominal stresses and strains in the specimens are determined from elastic wave profiles monitored at the rear surface of one of the hard plates. Results are reviewed for two fcc metals: commercially pure aluminum and an aluminum alloy. New results are presented for bcc high purity iron, a high strength steel alloy and vapor deposited aluminum. For commercially pure aluminum the flow stress increases strongly with strain rate as strain rate increases from 10⁴ s⁻¹ to 10⁵ s⁻¹. At strain rates above 10⁵ s⁻¹ the flow stress, based on results for thin vapor-deposited aluminum specimens, increases strongly, but less than linearly, with increasing strain rate until it saturates at strain rates between 10⁶ s⁻¹ and 10⁷ s⁻¹. Preliminary results for high purity alpha-iron indicate that the flow stress increases smoothly over eleven decades of strain rate, and faster than logarithmically for strain rates from 10² s⁻¹ to greater than 10⁶ s⁻¹. In contrast, for a high strength steel alloy the flow stress depends only weakly on the strain rate, even at strain rates at high as 10⁵ s⁻¹. Such contrasting behavior is attributed to differences in the relative importance of viscous glide and thermal activation as rate controlling mechanisms for dislocation motion in the various metals. Numerical studies indicate that experiments performed at the highest strain rates on the thinnest specimens are not adiabatic, thus requiring a full thermal-mechanical analysis in order to interpret the data.