中高应变率和不同温度下离子型中间膜的拉伸力学性能及本构关系

为系统研究中高应变率和不同温度下离子型中间膜的拉伸力学性能,进行了1 s-1～800 s-1和-40℃～60℃下的系列动态拉伸试验.基于试验结果,确定了离子型中间膜的关键力学参数,并着重分析了温度和应变率的影响:随着应变率的升高和温度的降低,离子型中间膜的初始弹性模量、屈服强度和抗拉强度均普遍提高,但极限应变有所降低....     

应变率和温度对耐碱玻璃纤维织物增强水泥基复合材料弯曲力学行为的影响

为研究不同应变率和温度下耐碱玻璃织物增强水泥基复合材料的弯曲力学行为,采用美特斯(MTS)万能试验机和INSTRON落锤冲击系统对其试样分别进行室温(25℃)下准静态三点弯曲(应变率为3.33×10-5 s-1)和不同应变率(4、8、12、16和18s-1)及温度(-50、0、25、50和100℃)下的动态三点弯曲试验,静态和动态三点弯曲试验采用一套弯曲夹具。同时考虑了增强织物层数对其弯曲力学性能的影响。试验结果表明:室温下,随应变率的增加,弯曲强度提高,弯曲峰值应变和韧性先减小后增大,弯曲模量先增大后减小;应变率为12s-1时,随着温度的升高,弯曲强度、弯曲模量和韧性整体上减小,弯曲峰值应变变化不明显;纤维织物为六层时,对混凝土的增韧效果较明显。应变率、温度和织物层数均能对试样的弯曲性能产生较大影响。     

黄麻纤维束力学性能的尺寸和应变率效应

为了探究黄麻纤维束的尺寸效应和应变率敏感性,利用C43电子式万能试验机和CEAST 9340落锤试验冲击系统分别在静动载条件下对黄麻纤维束进行测试,获得了杨氏模量、强度、峰值应变和韧性随标距和应变率的变化关系静载试验在1/600s-1应变率条件下进行,测试了6组不同标距(25、50、100、150、200和300mm)的试件;动载试验以应变率为变量,在4组不同的应变率(40、80、120和160s-1)条件下进行了测试,试件标距均为25mm。测试结果表明:随着试件标距增大,杨氏模量初始增大,当标距大于100mm时趋于稳定;强度、峰值应变和韧性均减小。随着应变率增大,杨氏模量和强度均增大;峰值应变初始减小后趋于稳定;韧性先减小后增大。鉴于植物纤维束材料较大的性能离散性,采用Weibull分布对试验数据进行拟合,获得了黄麻纤维束强度在不同试验条件(标距和应变率)下的分布规律。     

标距和应变率对Kevlar49单束拉伸力学性能的影响

为探究Kevlar 49单束的尺寸效应及应变率敏感性, 首先, 利用MTS万能试验机对不同标距(25、50、100、150、200和300 mm)的Kevlar 49单束进行了准静态(应变率为1/600 s-1)拉伸测试; 然后, 利用Instron落锤冲击系统对标距为25 mm的试样进行了动态(应变率为40~160 s-1)拉伸测试; 最后, 利用Weibull模型进行统计分析, 量化了不同标距和应变率下Kevlar 49单束拉伸强度的随机变化程度。结果表明: Kevlar 49单束的拉伸力学性能与标距和应变率有相关性; 拉伸强度随标距的增加而减小, 但随应变率的增加而增大; 峰值应变和韧性均随标距和应变率的增加而减小; 提取的Weibull参数可用于数值模拟及工程应用。      

5CrMnMo应变率和温度相关力学性能实验研究

在较大的温度(25℃-537℃)和应变率(10-4s-1-10-2s-1)范围内对5CrMnMo进行了拉伸实验,获得了相应的应力应变曲线.试验结果表明在室温和试验的应变率范围内(10-4s-1-10-2s-1),5CrMnMo的力学性能是应变率无关的.随着温度的升高,出现了模量E、屈服强度σs和抗拉强度σb的应变率强化效应和温度弱化效应;还出现了加工硬化倾向减小的机制和蠕变效应增大机制,且温度越高这两种机制越强,应变率越高这两种机制越弱.在这两种机制作用下,温度越高失稳应变εb越小,断后伸长率δ50越大;但应变率越高δ50越小.当试验温度较高且应变率较低时,伴随有马氏体板条向拉伸方向偏转的细观特征.     

计及温度与应变率效应的超高分子量聚乙烯纤维束的拉伸力学性能

文中针对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维束在计及温度(-60～80℃)和应变率(1×10^-5～3.3×10^-2s^-1)的25种工况下,基于轴向拉伸实验数据,研究了UHMWPE纤维束力学性能的温度和应变率效应及其破坏模式。结果表明,UHMWPE纤维束的力学性能具有一定的应变率和温度效应,但后者具备更为强大的影响力,其使UHMWPE纤维束在温度高于50℃时强度产生显著下降;此外,低温在提升UHMWPE纤维束拉伸强度的同时也会削弱其力学性能的应变率效应,在-40～-60℃范围内,UHMWPE纤维束拉伸强度和失效应变基本不受应变率影响。在UHMWPE纤维束的损伤破坏模式研究中发现,在脆-韧性转变存在的温度区间内(25～80℃),转变发生的临界应变率与温度之间具有密切联系,温度每升高约30℃,临界应变率就会提升1个量级。     

高强高模聚乙烯纤维力学性能的应变率和温度效应

利用MTS810材料试验机、旋转盘式杆-杆型冲击拉伸装置和温度控制箱,在温度20℃~110℃、应变率为0.001/s~700/s范围内,对高强高模聚乙烯纤维束进行了准静态和高应变率冲击拉伸实验,得到了不同温度、不同应变率时纤维束的应力-应变曲线。结果表明:高强高模聚乙烯纤维束的初始弹性模量具有应变率和温度相关的特性,随应变率提高而增加,随温度提高而下降;在常温下,破坏应力从准静态到动态,具有明显的应变率相关性,随应变率提高而增加,但在20℃~110℃范围内、高应变率下,对应变率变化不敏感;失稳应变也具有应变率和温度相关的特性,随应变率提高而减小,随温度提高而增大。在高应变率下,断裂应变能密度主要由初始弹性模量和失稳应变共同决定,受温度效应和应变率效应的综合影响。     

化工用TA2高温拉伸力学性能研究

对工业纯钛TA2在高温(300~900℃)情况下的拉伸力学性能进行实验研究。通过对比分析300℃(1s-1、0.1s-1、0.01s-1)和800℃(0.05s-1、0.1s-1、0.5s-1)时TA2在不同应变速率下的真应力-真应变曲线,发现随着应变速率的增大,最大抗拉强度增强,弹性模量呈现上升趋势,且800℃时的上升趋势更明显。此外,通过对应变速率为0.1s-1时TA2在300~900℃区间内的真应力-真应变曲线进行分析,发现随着温度的升高,其最大抗拉强度和弹性模量均呈现衰减的趋势,且在500~600℃时出现大幅下降趋势。     

应变速率对AZ91D镁合金力学行为影响

本文通过静态拉伸试验机和高应变速率冲击拉伸试验装置,对AZ91D压铸镁合金分别进行了不同应变率下(10-4、10-2、300和1400s-1)拉伸力学性能的试验,获得了各应变速率下完整的应力-应变曲线.并通过扫描电镜对其拉伸断口进行分析.试验结果表明,其屈服应力(σs)、拉伸强度(σb)随着应变速率的增加而增加,失稳应变(εb)则随着应变速率的增加而有所减小;而弹性模量则对应变率不敏感.采用John-son-Cook材料模型描述AZ91D镁合金应变速率相关的应力应变本构模型,其拟合结果和实验结果基本相吻合.扫描电镜断口分析结果表明,动态和静态的断裂方式基本相同,都是以准解理断裂特征为主,局部区域伴有解理断裂;存在典型的缩松断裂形貌.     

碳/环氧树脂复合材料应变率效应的实验研究

选择两种铺设方式( _S和 _S)的T300/Epoxy(炭纤维/环氧树脂)层合板, 利用MTS试验机以及Hopkinson拉伸杆分别对其进行了准静态拉伸试验(应变率为10-5~10-4 s-1)、 中应变率拉伸试验(应变率为100 ~101s-1)和高速冲击拉伸试验(应变率为102~104s-1)。静态、 动态实验的试件形状及尺寸均相同。获得了不同应变率加载条件下T300/Epoxy的应力-应变曲线。基于所获得的应力-应变曲线, 讨论了应变率对炭纤维增强复合材料力学性能的影响。研究结果表明: 复合材料T300/Epoxy是应变率相关的材料; 层合板的铺设方向对其应变率效应有着显著的影响; 随着应变率的增加, 材料的强度及弹性模量有较大程度的提高, 但破坏应变有所降低。通过对试验结果的数据拟合, 提出了材料应变率相关的动态本构模型。      

热压缩过程中2205双相不锈钢的组织演变和软化机制

在不同变形温度和应变速率条件下对2205双相不锈钢进行高温压缩实验,研究了变形温度、应变速率和变形量对其显微组织中铁素体和奥氏体两相的影响,分析了高温变形软化机制。结果表明：随着变形温度的提高这种钢的峰值应力及其对应的应变逐渐减小。随着变形温度从850℃提高到950℃,2205双相不锈钢显微组织中的铁素体向奥氏体的转变占主导地位;变形温度高于950℃时,随着变形温度的提高铁素体与奥氏体之间的强度水平之差逐渐减小,显微组织中的奥氏体向铁素体的转变占主导地位。在本文的热变形条件下2205双相不锈钢的显微组织中铁素体呈现出与奥氏体不同的软化机制,铁素体的软化机制为动态回复和动态再结晶,而奥氏体因层错能较低其软化只能通过有限程度的动态回复进行。     

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。     

7B04包铝复合板热变形行为及其对组织演变的影响

利用热模拟实验研究7B04包铝复合板在变形温度为380~450℃和应变速率为0.1~30 s^-1的热压缩性能,结果表明:随着真应变的增加,热加工图失稳区逐渐向高应变速率区域扩展。最适宜的热加工区域为:温度380~410℃,应变速率5~30 s^-1。采用EBSD技术对变形后的组织进行表征,结果表明:随着温度的增加和应变速率的降低,再结晶晶粒趋向于晶界平直化及晶界取向差逐渐增加的方向演变。包铝层在变形过程中主要发生连续动态再结晶,而7B04基体中同时存在不连续动态再结晶、连续动态再结晶(含几何动态再结晶)。材料最佳的热变形温度为410℃和应变速率10 s^-1,此时7B04基体和包铝层的晶粒尺寸均保持在较小的范围内。     

TB6钛合金β区变形的动态再结晶动力学

使用圆柱形TB6钛合金试样在Thermecmaster-Z型热模拟试验机上进行热模拟压缩实验(变形温度为825~1100℃,应变速率为0.001~1 s^-1)。对采集的流变数据进行加工硬化率处理,确定动态再结晶体积分数,研究了TB6钛合金β区变形的动态再结晶动力学。结果表明,流变应力随着变形温度的降低或应变速率的提高而增大,流变曲线呈现出动态再结晶类型的特征。随着应变速率的降低和变形温度的提高,动态再结晶的体积分数和晶粒尺寸增大。在变形温度高于950℃、应变速率低于0.001 s^-1条件下,动态再结晶的晶粒严重粗化。动态再结晶动力学曲线经历缓慢增加—快速增加—缓慢增加三个阶段,呈现出典型的“S”型特征。确定了动态再结晶的体积分数达到50%时的应变,建立了TB6钛合金的动态再结晶动力学模型。     

二维C/SiC复合材料准静态和动态拉伸力学性能

采用分离式Hopkinson拉杆装置和电子万能试验机研究了二维C/SiC复合材料在4种应变率（0.001、0.010、90.000和350.000 s-1）下的拉伸力学性能,计算并验证了动态试验中的应力平衡状态;采用SEM分析了复合材料在不同应变率下的破坏断口和失效机制;建立了复合材料包含损伤和应变率相关的本构方程。结果表明:二维C/SiC复合材料的应力-应变曲线都表现出非线性的特征。随着应变率的增加,二维C/SiC复合材料的拉伸强度从204 MPa增加到270 MPa,增加了33%,这表明复合材料的拉伸强度具有较强的应变率敏感性。复合材料在准静态和动态加载下表现出不同的破坏模式是由材料内部界面行为的应变率效应造成的。      

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。     

Statistical Tensile Strength for High Strain Rate of Aramid and UHMWPE Fibers

Technora,madefromaramidfibersandsome whatsimilartothecommonlyknowKevlar,and Ultrahighlyorientedhighmolecularweightpolyeth ylene UHMWPEfibersarealloftenusedinflexible armourapplicationsandhencesubjectedtohighrates ofloading.Theutilizationoftheirreinforcedcom positesarmourincertainballisticapplicationsisin creasinglypreferredoverconventionalrigidmetalar moursystemsbecauseofitssuperiorstrength to weightratioandflexibility.Todate,thedesignand developmentofsuchfabricarmoursystemshave largelybeen…     

Molecular dynamic simulations of uniaxial tension at nanoscale of semiconductor materials for micro-electro-mechanical systems (MEMS) applications

Molecular dynamic (MD) simulations of uniaxial tension at nanoscale were conducted on two semiconductor materials, namely, silicon (Si) and germanium (Ge) to determine their mechanical properties and investigate the nature of deformation under applied load at nanolevel. A general form of Tersoff-type, three-body potential was used for the interaction between the Si atoms and between the Ge atoms in the simulations. Both, Si and Ge were found to exhibit a linear elastic behavior followed by a nonlinear increase in stress in the plastic region up to the ultimate tensile stress (instead of catastrophic brittle fracture soon after the elastic limit, which is typical of most nominally brittle materials at macrolevel). Further loading beyond the ultimate tensile stress resulted in catastrophic failure of these materials by a ductile fracture mode, namely, slip at 45° to the loading direction. The strain at failure was found to be much higher than the corresponding values at macroscale possibly due to the higher loading rates used. Based on the simulation results, the Young's modulii of Si and Ge in the [100] direction were determined to be 130 and 103 GPa, respectively, and the ultimate strengths, 25 and 20 GPa, respectively, at 500 m s⁻¹. These results are in reasonable agreement with the experimental and simulation results reported in the literature. The effect of strain rate via the rate of loading (10–500 m s⁻¹, where 1 m s⁻¹ corresponds to 10⁻² Å ps⁻¹) on the nature of deformation and the measured properties were also investigated. As the rate of loading (or the strain rate) decreases, the stress–strain curves more or less overlap up to the ultimate strength with a slight decrease in the ultimate tensile stress but a significant decrease in the value of strain at failure or strain at ultimate tensile stress.