不同温度下纳米单晶铜杆拉伸的分子动力学模拟

研究对不同温度下的纳米单晶铜杆的拉伸过程进行仿真模拟。模拟应用了分子动力学方法,所用势函数为镶嵌原子势(EAM),时间积分为Verlet速度算法,对构件的温度控制用速度标定法。对弛豫阶段在不同温度时的能量演化做了详细分析,采用对端面原子直接加力的方法施加外载荷进行拉伸模拟。根据模拟结果,对在不同温度下纳米单晶铜杆的应力-应变关系,温度对纳米单晶铜杆的破坏应力及弹性模量的影响等进行了分析和解释。     

BCC和FCC三维纳米单晶固体的拉伸剪切破坏

建立原子尺度模拟三维立方晶格纳米单晶金属固体力学行为的物理模型,基于修正的镶嵌原子势,采用分子动力学方法分析面心立方晶格(FCC)镍和体心立方晶格(BCC)α-铁三维纳米单晶固体在拉伸和剪切载荷作用下的变形破坏,得到两种不同立方晶格三维纳米单晶固体的力学性能,与实验现象和结果吻合。研究表明晶格结构影响纳米晶固体的拉伸变形机制,FCC纳米单晶固体的拉伸变形以定向滑移为主,拉伸破坏存在短暂屈服阶段,有明显弹性模量软化现象;BCC纳米单晶固体的拉伸变形出现原子堆垛,存在较长屈服阶段,延性高于FCC纳米固体,而弹性模量小于后者。FCC纳米单晶固体的剪切模量小于拉伸模量,剪切强度小于拉伸强度,BCC纳米固体则相反。     

固体推进剂黏弹性参数的确定及细观损伤演化

固体推进剂力学模型参数的准确性对其宏观力学响应预测具有重要的意义,为解耦标定固体推进剂非线性黏弹性模型参数,提出一种基于台阶应力松弛试验的模型参数确定方法。通过台阶应力松弛平衡响应确定固体推进剂弹性部分参数,通过小变形下的应力松弛确定无量纲松弛模量,分析一种固体推进剂力学响应。研究结果表明：固体推进剂在台阶应力松弛及单轴拉伸条件下的力学性能预测结果与试验结果吻合,验证了所提方法的有效性;由于平衡响应包含损伤,采用该方法标定的参数可用于预测含损伤固体推进剂力学响应。在此基础上,提出一种基于推进剂模型参数标定等效黏合剂力学参数的方法,并通过引入基于黏弹性脱湿准则的相界面模型建立代表性体积单元计算模型,实现在宽应变(～100%)范围内推进剂脱湿损伤分析,为推进剂宏观力学性能预测及细观损伤演化分析提供了支撑。     

结构应力对飞机壁板冲击损伤影响的仿真分析

为了明确飞机壁板中存在的结构应力对于冲击损伤的影响,基于ANSYS/LS-DYNA隐式-显式连续求解方法,建立了预加载荷飞机壁板受射弹冲击的动力有限元模型,对存在结构应力的壁板受冲击的损伤响应进行了计算分析,分别比较了壁板在受周向拉伸载荷、压缩载荷和无载荷三种应力条件下以及在不同水平应力条件下受到射弹高速冲击和极限速度冲击的响应情况,结果表明:压缩应力对促进结构的屈曲变形、拉伸应力对增大冲击损伤的孔径和程度影响明显。     

时间-温度-应力等效原理在TATB基PBX拉伸蠕变中的适用性分析

为验证时间-温度-应力原理在TATB基PBX拉伸蠕变中的适用性,实现长期拉伸蠕变变形评估计算,开展了某TATB基PBX恒应力不同温度的常规拉伸蠕变实验和恒温度梯级拉伸蠕变实验,采用陈氏法对梯级加载蠕变曲线进行分解处理,得到恒温度不同应力的拉伸蠕变曲线,基于非线性粘弹性材料的时间-温度-应力等效原理,采用二分法计算程序对各蠕变柔量曲线进行了平移汇集,获得了参考温度和应力（30℃、3.0 MPa）下的温度应力耦合蠕变柔量主曲线和考虑温度和应力的Williams-Landel-Ferry方程参数。结果表明在所分析的温度范围（30～50℃）和应力范围内（1.0～5.5 MPa）,TATB基PBX的拉伸蠕变行为较好地符合时间-温度-应力等效原理描述,可以利用该原理通过高温度高应力的PBX短期拉伸蠕变实验预测其低温低应力的长期拉伸蠕变变形。     

双基固体推进剂药柱本构关系的实验研究

为研究某双基固体推进剂药柱的本构关系,对固体推进剂试件进行了不同温度、不同应力水平条件下的单轴拉伸实验,分析了其力学行为的非线性特性,得到了与应力水平相关的蠕变本构关系和与应变率相关的单向拉伸本构关系.结果表明,固体推进剂药柱力学性能与时间、温度、应力强烈相关.所得到的双基固体推进荆的蠕变本构关系及单向拉伸本构关系与实验结果比较吻合.     

短纤维增强金属基复合材料的热残余应力及其对拉伸和压缩载荷下应力分布的影响

运用空间轴对称有限元方法,研究了短纤维增强金属基复合材料热残余应力的分布及其对拉伸和压缩载荷下应力分布的影响.研究表明,在拉伸和压缩载荷下,热残余应力可导致不对称的应力分布;热残余应力降低拉伸时的应力传递,加强压缩时的应力传递.     

α-Fe和Ni纳米丝单向拉伸过程的分子动力学模拟

基于镶嵌原子法描述金属晶体原子间作用,分别以α-Fe和Ni为例,采用分子动力学方法研究了面心立方晶格(FCC)和体心立方晶格(BCC)纳米金属丝单向拉伸过程的力学行为和性能。分析了纳米尺度下两种典型金属丝的拉伸变形破坏过程和纳米晶体破坏过程中的本构关系,讨论了自由表面对纳米材料力学行为和性能的影响。研究得到两种纳米金属丝的弹性模量、屈服强度和断裂强度。BCC金属纳米丝由于比表面积更大,拉伸屈服阶段比FCC金属更明显,初始应力更高,表面效应对初始弹性模量的软化作用更大。     

稳定变应力作用下疲劳强度可靠性设计方法

稳定变应力作用下机械零件的疲劳强度可靠性设计需要校核零件危险截面处的安全程度和计算可靠度，以检验是否达到设计要求。由于许用极限应力的变化与工作应力的增长规律有关，使计算危险截面处的可靠度比较困难。本文通过研究应力集中、尺寸和表面状态对零件极限应力的影响，以及寿命系数的影响，在应力循环特性为常数情况下，工作点分别位于疲劳区和塑性区时，利用可靠性工程技术，得出了该种情况下疲劳强度可靠度设计方法。     

预渗氢对AlZnMg合金应力腐蚀特点的影响

利用阴极渗氢,TEM、SEM和拉伸应力腐蚀试验法研究了渗氢量对AlZnMg、AlZnMgCr和AlZnMgZr合金应力腐蚀寿命、截面缩减率损失和断口形貌的影响。结果表明,预渗氢能同时降低三种合金的抗应力腐蚀性能,但Zr和Cr能抑制氢对应力腐蚀稳定性的不利影响,当渗氢量足够高时,Zr的抑制作用比Cr大。本文还讨论了氢对应力腐蚀开裂的作用机理。     

超声冲击对7A52铝合金焊接接头力学性能的影响

采用QC23-B型超声冲击设备对7A52铝合金焊接接头进行超声冲击处理,从焊缝表观、焊趾处应变与应力、抗拉强度等方面对经过超声冲击处理前、后的试样进行对比研究。结果表明,经过超声冲击处理的试样,焊缝焊趾处的外表形状更为平滑,焊趾处拉应力转变为压应力。抗拉强度测试表明,冲击后接头平均抗拉强度为271 MPa,与冲击前相比提高了9.7%,且冲击后的焊件部分断裂在焊缝上,验证了超声冲击处理改变接头焊趾处的应力分布,降低应力集中。     

BP神经网络预测铝合金应力松弛量研究

设计2124铝合金单向拉伸时效成形试验(应力松弛试验),研究试验件单向拉伸时,初始应力水平(σ0)、时效温度(T)、保温时间(t)3因素对试验件应力松弛量(p/%)的影响。将试验数据作为训练样本,建立单拉应力松弛试验BP神经网络模型以预测不同工艺条件下的应力松弛量,并通过追加试验数据对该神经网络模型进行检验。检验结果表明:应用该神经网络模型来预测不同因素下试件应力松弛量精度满足试验预期要求。     

金属陶瓷功能梯度热障涂层瞬态热负荷下的破坏分析

本文采用试验分析和热弹性有限元方法研究了用等离子喷涂方法制备的ZrO     

机械合金化和SPS工艺制备超细晶高锰钢

用机械合金化和放电等离子烧结(SPS)工艺制备名义成分为Fe-18Mn-0.6C的高锰钢,对其组织及力学性能进行分析。结果表明:SPS烧结制备的Fe-18Mn-0.6C块体为平均晶粒尺寸为1μm的超细晶单一奥氏体合金钢,晶粒内部存在较多的层错及退火孪晶,还分布着大量的纳米级弥散颗粒。Fe-18Mn-0.6C块体硬度为475HV、抗拉强度为925 MPa,较多的孔隙缺陷导致块体致密度低,仅为96.27%。孔隙与晶粒内部大尺寸颗粒在拉应力作用下易萌生裂纹发生撕裂,造成沿晶脆断,塑性较差。850℃/1 h的热处理能显著改善块体韧性,伸长率由4%升至13%,以脆断为主、韧断为辅的混合断裂模式。     

利用盈利波测量涂层的结合强度

基于探索评价涂层抗拉结合强度方法的目的，考虑到激光冲击法测量涂层的抗拉伸结合强度时应力难于测量的情况，依据一维应力波的线性理论：在杆的一端撞击产生一压应力脉冲，此脉冲传到自由端后将反射为拉应力脉冲，当在杆的自由端有涂层薄膜时这一应力对涂层界面产生拉伸作用，如果这一应力幅值足够大就会将其拉开，以此实现抗拉结合强度测量。文中分析了应力波在涂层界面处产生拉应力的规律，利用Hopkinson压杆技术产生和测量应力脉冲。以此测量了铁基涂层的结合强度，证明了方法的有效性。     

粘结剂含量对热压TATB基PBX残余应力的影响

为了掌握粘结剂含量对高聚物粘结炸药(PBX)残余应力和宏观力学性能的影响规律,采用基于VKα靶的X射线衍射方法测试了F2314粘结剂含量为0~11%热压成型的TATB基PBX残余应力,采用巴西试验方法测试其宏观力学性能,并采用了TATB晶体-粘结剂包裹结构简化模型进行温度单一因素条件的残余应力数值模拟验证。实验结果表明:不含粘结剂的PBX,其残余应力为拉应力;随着PBX中粘结剂含量增加,残余应力逐渐减小,当粘结剂含量超过5%,其拉伸残余应力递减趋势增强;当粘结剂含量由7%增加到9%时,残余应力由拉应力转变为压应力;PBX力学强度随粘结剂含量增加而增强。残余应力模拟结果与实验结果具有相同变化趋势。     

低温切削奥氏体304不锈钢残余应力研究

为了改善奥氏体304不锈钢的加工质量,采用预冷工件低温切削方法切削奥氏体304不锈 钢,研究其残余应力变化情况。通过有限元软件ANSYS分析液氮浸泡工件温度场分布,指导实际预冷工件试验。实施在不同预冷温度下的低温车削试验,使用测力仪器测量切削过程中的切削力,并通过有限元软件DEFORM模拟不同低温条件下的车削过程,利用后处理功能观察车削过程温度分布。研究结果表明：低温切削可以增加切削过程的切削力,同时减少切削过程中工件表层的温度差,使得残余拉应力减小或者残余压应力增大,且温度越低这种效果越明显。     

超声冲击对7A05铝合金焊接接头性能的影响

对7A05铝合金采用双丝MIG焊接工艺得到的焊接接头进行超声冲击处理,并从焊趾处应变与应力、抗拉强度、疲劳寿命和疲劳断口扫描等方面对经过超声冲击处理和未经超声冲击处理的试样进行对比研究。研究结果显示,经过超声冲击处理的试样,焊趾处拉应力减小,抗拉强度增大,平均疲劳寿命变长。疲劳断口扫描显示冲击后材料在断裂前发生明显的塑性变形。