激光3D打印制备多孔结构不锈钢的组织及压缩性能研究

采用316L不锈钢粉末基于激光3D打印技术(Laser 3D printing,L3DP)制备多孔结构试样与致密试样,研究其微观组织结构及压缩性能。首先对两种试样进行显微组织分析及显微硬度测量;随后进行压缩试验,获得两种试样工程应力-应变曲线并比较其压缩性能;最后利用有限元数值模拟动态再现两种试样的压缩过程,分析变形过程中金属流动与宏观工程应力-应变曲线的内在联系。结果表明:L3DP成型多孔结构不锈钢部件内部组织具有典型的层带结构,主要由沿不同方向生长的柱状晶构成,晶粒尺寸由中心白亮组织向外逐层递增,各层带成分分布均匀且显微硬度在170~190 HV之间变化;L3DP成型多孔不锈钢部件的屈服强度为380 MPa,压缩弹性模量为23.0 GPa,具有良好强塑性匹配;压缩仿真试验显示多孔结构部件内部孔隙在应力作用下逐渐弯曲,最终由流动金属压合填充,由此导致整体空间体积减小,所以相同工程应力下多孔结构部件的工程应变较大。     

6063铝合金在冲击载荷下的尺寸效应及数值模拟

采用霍普金森压杆(SHPB)在不同冲击压力下对不同尺寸的6063铝合金圆柱试样进行压缩实验。结果表明：在相同压力冲击下,材料的应变率随着试样高径比和横截面的增大而减小。不同尺寸试样在相同的应变率下得到的应力-应变曲线基本吻合。尺寸(直径×高度)为φ8mm×4mm与φ8mm×5mm的试样能获得较广的应变率响应范围。采用ABAQUS有限元软件对铝合金的SHPB动态冲击实验进行了数值模拟,通过二波法计算得到的应力-应变曲线与拟合结果及实验结果吻合较好。     

泡孔微结构对弹性泡沫材料宏观压缩力学性能的影响分析

弹性泡沫材料是一类典型的非均质多孔材料,其宏观力学特性取决于基体材料特性和细观组成。通过构造一系列泡孔规则分布、朝向随机的椭圆形泡孔模型,以及随机分布圆形泡孔模型,采用有限元方法分析了弹性泡沫材料细观变形机制,以及泡孔形状、泡孔分布以及孔隙率等因素对弹性泡沫材料宏观压缩力学性能的影响规律。细观力学模型计算结果表明,弹性泡沫材料的单向压缩应力—应变曲线表现出泡沫材料共有的三阶段变形特性;与椭圆形泡孔模型相比,圆形泡孔模型具有较长的压缩平台段和稳定的力学性能;制备规则分布的球形泡孔结构是弹性泡沫材料微结构设计的优选方案。研究结果可用于指导弹性泡沫微结构设计。     

选区激光熔化Ti-6Al-4V合金在高应变速率下力学性能的有限元模拟

采用选区激光熔化(SLM)技术制备Ti-6Al-4V合金,经真空退火热处理和热等静压处理后,研究了合金准静态和高应变速率(500~3000s^-1)下的力学性能;对双线性材料模型进行标定,将所得到的材料参数应用于霍普金森压缩试验的有限元模拟中,并将模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:经真空退火和热等静压处理后,SLM成形合金的组织为α相和β相,呈网篮组织形貌;与准静态条件下的相比,在高应变速率下SLM成形合金的断后伸长率得到明显提高;模拟得到的归一化真应力-真应变曲线与试验得到的相吻合,平均相对误差为2.5%,其材料参数可用于后续的瞬态冲击仿真分析中。     

卸荷角对斯特封密封性能的影响

利用ABAQUS软件开展卸荷角对斯特封密封性能影响的有限元仿真分析.基于单轴拉伸压缩试验获取橡胶和塑料材料应力-应变曲线定义材料属性,通过建立初步接触、过盈装配、流体压力直接加载3个分析步模拟斯特封真实工作状况,分别得出不同流体压力载荷下有、无卸荷角斯特封的应力应变云图、密封面接触压力分布图等,并计算出抱轴力、摩擦力等...     

混合型泡孔结构硅橡胶泡沫的制备与压缩性能

采用化学发泡的方法制备了开孔-闭孔混合型泡孔结构的硅橡胶泡沫材料,研究了密度对硅橡胶泡沫压缩性能的影响。结果表明:随着材料密度的增加,相同应变所对应的应力增大,应力-应变曲线明显上移,ε_(0.32)随着密度增加而减小,拟合的线性方程为ε_(0.32)=-101.008ρ+84.286,相关系数R=-0.998;压缩应力松弛率随着密度增加而线性增大。     

子弹长度对SHPB测试影响的研究

分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)是广泛用于测试各种工程材料在高应变率下单向压缩应力-应变关系的重要技术.根据一维应力波初等理论,加载在输入杆的压力脉冲与子弹长度有关.文中基于一系列不同长度子弹,以相同速度打击A16061-T6铝合金试样的SHPB实验,采用非线性动力分析程序LS-DYNA3D对实验过程进行三维有限元模拟,得到试样的应力-应变关系.与实验结果对比,两者吻合较好,验证SHPB有限元模型的正确性.模拟结果也表明,子弹长度越长,试样的最大应力和塑性变形越大.     

316LN不锈钢低速率应变下的热变形行为（英文）

目前,对316LN不锈钢在低速率应变下的热变形行为研究很少。本文选用工业316LN不锈钢,通过Gleeble-3800热模拟试验机进行了600~(-1) 100℃温度下,应变速率为3×10~(-3) s~(-1)的热压缩试验,得到了真应力-应变曲线。通过分析真应力-应变曲线和试样的微观组织,得到了如下结论:1 000℃和稍高温度是适于低速率应变下316LN不锈钢加工的温度。     

316LN不锈钢低速率应变下的热变形行为

目前, 对316LN不锈钢在低速率应变下的热变形行为研究很少. 本文选用工业316LN不锈钢, 通过Gleeble-3800热模拟试验机进行了600-1 100 ℃温度下, 应变速率为3×10-3 s-1的热压缩试验, 得到了真应力-应变曲线. 通过分析真应力-应变曲线和试样的微观组织, 得到了如下结论: 1 000 ℃和稍高温度是适于低速率应变下316LN不锈钢加工的温度.     

微塑性成形中的摩擦研究

微塑性成形中由于尺寸微型化出现了"尺度效应",导致了摩擦润滑呈现出不同于传统宏观尺寸的特点,利用"开口和封闭润滑穴"模型解释了微塑性成形中的摩擦问题.结合微压缩实验讨论了流动应力的修正,即消除摩擦力对微压缩的影响.耦合鼓度法和有限元技术对微压缩试验进行了研究,制定了标定曲线,进行了拟合回归,求解了实验中的摩擦因数,修正了流动应力,从而获得真实流动应力-应变曲线,可以为后续的微塑性成形有限元数值模拟提供准确的材料模型.     

粉煤灰漂珠/聚氨酯复合泡沫铝材料压缩性能与本构关系研究

采用压力渗透法制备出了铝基复合泡沫材料,填充材料是以粉煤灰漂珠为主要组分、硬质聚氨酯泡沫为粘结剂的复合泡沫材料.通过准静态实验和分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)动态压缩的方法研究了复合泡沫铝的压缩力学响应,然后建立了动态本构关系.研究表明,复合泡沫铝的压缩应力-应变曲线与其它泡沫材料的应力-应变曲线类似,文中的两种铝基复合泡沫具有应变率效应,复合泡沫铝较密度相近未填充前的泡沫铝基具有更高的压缩强度与能量吸收能力.但由于漂珠尺寸的不同,导致两种复合泡沫铝的动态压缩结果不尽相同,且小颗粒复合泡沫铝在动态冲击下吸能效果最好.在本研究实验的应变率和密度范围内,本文建立的本构模型曲线与实验曲线吻合较好.     

粉煤灰漂珠/聚氨酯复合泡沫铝材料压缩性能与本构关系研究

采用压力渗透法制备出了铝基复合泡沫材料,填充材料是以粉煤灰漂珠为主要组分、硬质聚氨酯泡沫为粘结剂的复合泡沫材料.通过准静态实验和分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)动态压缩的方法研究了复合泡沫铝的压缩力学响应,然后建立了动态本构关系.研究表明,复合泡沫铝的压缩应力-应变曲线与其它泡沫材料的应力-应变曲线类似,文中的两种铝基复合泡沫具有应变率效应,复合泡沫铝较密度相近未填充前的泡沫铝基具有更高的压缩强度与能量吸收能力.但由于漂珠尺寸的不同,导致两种复合泡沫铝的动态压缩结果不尽相同,且小颗粒复合泡沫铝在动态冲击下吸能效果最好.在本研究实验的应变率和密度范围内,本文建立的本构模型曲线与实验曲线吻合较好.     

烧结-脱溶工艺制备多孔铜的压缩行为

利用烧结-脱溶法制备出了多孔铜材料,并通过形貌观察和压缩试验对其孔结构和力学性能进行了表征.结果表明:以工业纯铜粉末和尿素颗粒为原材料,经过压实、烧结和脱溶处理,可获得具有开孔结构、孔隙率60%～80%、孔径100～400 μm的多孔铜.该材料压缩应力与其密度直接相关,与孔径没有明显的关系.随密度增加(即孔隙率下降),压缩屈服强度和流变应力上升;随孔径变化,压缩应力-应变曲线变化不明显.     

基于毫小薄片试样获取材料应变疲劳性能的测试方法

通过现行试验标准难以获取小尺寸的薄片、零部件、薄壁管、焊缝区材料的低周疲劳性能。提出一种基于漏斗薄片毫小试样的应变疲劳试验方法:结合应变能分离函数假设,给出毫小薄片试样获取材料循环应力应变关系的预测模型;借助循环应力应变关系,采用有限元得到毫小薄片试样跨漏斗名义应变幅与漏斗根部真实应变幅之间以及平均应力幅与漏斗根部真实应力幅之间的转换方程,从而给出了基于漏斗薄片小试样的材料代表性体积单元(Representative-volume-element,RVE)疲劳寿命曲线并给出Manson-Coffin寿命模型参数。针对不同材料的有限元验证表明,基于应变能分离函数的材料循环应力应变关系预测模型对不同几何尺寸自相似试样和不同幂律材料均具有良好普适性。完成了316L不锈钢等直圆棒试样和厚度为0.7 mm毫小薄片试样的应变对称变幅低循环试验和多级等幅低循环试验,结果表明,通过新方法预测的薄片材料循环应力应变关系和等直圆棒试样试验结果一致,通过毫小薄片试样获得的疲劳寿命曲线与等直圆棒试样试验结果亦吻合良好。     

三维打印GP1不锈钢动态剪切力学性能研究

采用三维打印设备制备GP1不锈钢扁平帽型剪切试样，利用分离式霍普金森压杆技术加载，结合数字图像相关法开展三维打印GP1不锈钢动态剪切力学性能研究。研究结果表明，动态剪切试验可以获得有效的材料高应变率动态剪切应力剪切应变曲线，三维打印GP1不锈钢剪切加载状态下，应力应变曲线具有一定的应变率效应，动态屈服强度与对数应变率成线性关系，应变率敏感因数为186。     

轮胎胎面胶力学特性的实验研究

利用XJTUDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统和拉伸实验机对废旧轮胎胎面胶进行了拉伸实验,得到了应力-应变曲线和应变云图等结果以进行胎面胶的材料特性表征。使用商业有限元分析软件ABAQUS并分别选用超弹性材料模型Yeoh模型和Mooney-Rivlin模型对实验结果进行拟合,发现Mooney-Rivlin超弹性材料模型的模拟结果与实验结果很吻合。同时得出了Mooney-Rivlin材料模型的参数。     

激光修复TC4钛合金材料动态力学性能

本文针对激光修复TC4钛合金和商用TC4钛合金基材两种试验材料,利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)装置,在室温下对两种材料进行动态压缩试验,得到了两种试样材料的真实应力-应变曲线。结果表明:SHPB试验后,两种试样都有明显的墩粗,并且部分试样破碎;两种试样材料都具有明显的应变率强化效应;另外,通过对比分析两种材料相同应变率下的应力-应变曲线,发现激光修复TC4钛合金的动态力学性能略优于商用TC4钛合金基材。     

激光选区熔化17-4PH不锈钢的动态性能研究

激光选区熔化制造的不锈钢结构及材料的动态性能测试研究是工程结构设计与应用分析的基础。采用液压伺服材料试验机和霍普金森压杆对激光选区熔化17-4PH不锈钢的准静态和动态压缩性能进行研究，分析17-4PH不锈钢本构特性的动态应变率效应。研究结果显示，激光选区熔化17-4PH不锈钢具有应变率强化效应，随应变率增大，流动应力增大，应变率敏感因数为62.598。微观结构分析表明，17-4PH不锈钢发生绝热剪切带破坏。     

基于ABAQUS的变速器试验台架剪切销有限元分析及改进

变速器试验台架剪切销在齿轮出现断齿造成过载冲击时会被快速切断,以保护台架等昂贵设备的安全。针对试验中剪切销频繁断裂的问题,结合材料的应力-应变曲线,采用ABAQUS有限元软件进行应力分析,重新确定剪切销颈部尺寸,经过试验验证得到满足试验台架的剪切销,并提出了改进意见。     

硬质聚氨酯泡沫动态压缩本构模型研究及有限元仿真

硬质聚氨酯泡沫常被用于缓冲吸能结构,为了更好地在动态加载场景中对该材料进行设计及仿真,需要对其动态力学性能及本构模型进行研究。文章对硬质聚氨酯泡沫进行中低应变率下的动态压缩试验,并进一步分析了应变率对材料性能的影响;使用Avalle模型建立了描述材料压缩力学行为的本构模型,在模型中引入应变率项并基于试验数据的量化分析结果对模型进行了修正;在ABAQUS有限元软件中输入修正后的Avalle本构模型数据,对硬质聚氨酯泡沫进行冲击仿真。研究结果表明：硬质聚氨酯泡沫应力-应变响应对应变率具有敏感性,修正后的Avalle模型对多种应变率下的试验数据拟合较好,而基于该模型进行的有限元数值仿真在6 m/s及8 m/s的冲击条件下加速度峰值与试验数据误差分别为4.09%以及12.72%,模型可靠性较高。