铜铝复层板成形极限图研究

为了评价铜铝复层板成形性能,采用Hosford高阶屈服准则和M-K理论推导复层板的成形极限应变表达式,通过理论计算得到铜铝复层板的成形极限图,利用胀形试验分析热处理工艺及接触方式铜铝复层板成形极限的影响,采用扫描电子显微镜对界面与断口形貌进行观察分析.研究结果表明:理论计算结果与试验结果吻合较好,铜在外侧复层板成形极限高于铝在外侧时的成形极限,热处理工艺对提高复层板的成形极限具有重要的作用,复层板两侧金属发生断裂的同时,界面产生部分脱离.     

机械与材料力学性能的三维全场变形与应变快速检测研究

提出并实现了一种基于工业摄影测量和数字图像的相关法,通过多种工业相机拍摄的多幅二维序列图像,快速解算出被测物体的三维坐标、变形和应变数据的方法。该方法解决了大型复杂工件生产现场快速检测难题,达到国际先进水平,可用于中小型工件和微纳米尺度工件的相关检测,以及材料性能分析,也可满足低速到高速的振动冲击和模态分析要求。在机械、材料力学等多个行业和多个学科的应用表明,该方法具有适用面广、三维全场检测、快速灵活方便的优点,取得了显著的经济和社会效益。     

基于数字散斑应变测量法的薄板各向异性力学性能研究

系统地说明了采用数字散斑相关法研究薄板各向异性的实验方法和数据处理方法,进而对SPCC钢板和AA6061铝板的各向异性及其演化规律进行了研究。结果表明:散斑应变测量法是一种获取薄板力学性能的有效手段,其最大优点在于能够获得变形过程中的整体应变场,这是研究复杂加载条件下材料力学性能的关键;对于SPCC钢板,其流动应力的各向异性并不严重,但全量和增量形式的Lankford系数(r值和r′值)均表现出了明显的各向异性,且其值随着变形的增加而逐渐降低,这与传统的采用引伸计进行应变测量时只能获得恒定的Lankford系数不同;对于AA6061铝板,其流动应力和r值的各向异性均不明显,但与轧制方向成不同角度试样的伸长率表现出了明显的差异,并且流动应力的加工硬化速率和r′值在拉伸真实应变处于0.15～0.20时出现了剧烈的波动;随着变形的增加,两种薄板应变的各向异性都逐渐增强,SPCC钢板增强得更为明显。     

超大变形应变测量方法的研究

针对具有超大应变的新材料在航空航天技术中的应用,传统的应变片因其固有的测量原理已不能满足需求,提出一种基于数字图像的测量方法对超大应变材料进行精确测量。对塑料试件进行单向拉伸应变测量,结果显示该方法能实时、动态、全场地测量大于500%的应变分布,该方法为全场超大应变材料的测量提供一种有效手段,对材料性能测试具有重要的意义。     

基于SPM与DIC技术的应变场测量改进方法

微纳米尺度下的应力/应变测量方法是实验力学研究的重要方向之一.现有的许多研究忽略了待测试件表面的散斑图质量、系统随机误差、计算流程等因素对最终的应变场测量精度的影响.围绕基于扫描探针显微镜的数据图像相关技术实现过程,提出科学的评估准则、优化位移场计算方法.实验结果表明,所提出的应变场计算方法在精度控制方面的性能得到显著...     

碳纤维/铝复层材料的组织和力学性能

在1060系铝基体表面镀镍碳纤维作为增强体,进行真空热压扩散制备出碳纤维/铝复层材料。研究了制备工艺参数(加热温度、保温时间、压力大小)和碳纤维体积分数对碳纤维/铝复层材料的微观组织、界面结合、性能强度和断口形貌的影响。结果表明：碳纤维与铝基体界面结合良好,镀镍层与铝基体在碳纤维附近反应生成的Al₃Ni阻止了铝基体与碳纤维之间生成脆性相Al₄C。随着碳纤维体积分数的提高,材料的抗弯强度先提高后降低。     

非接触数字图像相关应变测量的仿真与实验研究

数字图像相关法测量全场位移和应变是一种新的实验力学方法.该测量算法中相关函数和子区大小的选择是影响最终应变测量精度的重要因素.本文采用已知应变变形的仿真散斑图,研究了测量算法中主要相关函数和子区大小在正常光照与高斯不均匀光照条件下,对应变测量精度的影响.得出了不同测量要求下,可选择的相关函数和最佳计算窗口.通过实验验证与分析了此算法的测量精度.研究结果表明,数字图像处理技术测量应变的测试精度满足基本要求.     

基于图像相关法测量板料无载荷动静应变的研究

提出了一种利用数字图像相关法和单目视觉技术相结合的方法,实现了对板料进行全场平面应变测量。研究了基于数字图像相关法计算应变的算法,通过实验测量板料在无载荷工况下的静态和动态形变,实验结果表明采用数字图像相关法测量静态应变,最大平均误差0．004mm/50mm,动态应变最大平均误差0．015mm/50mm,此实验方法揭示了单目视觉技术对测量应变精度影响的规律,验证了数字图像相关法测量应变的可行性。     

FTO/ITO复层导电薄膜的研究

采用溶胶凝胶法与溶液水解法分别制备ITO、FTO以及FTO/ITO复层导电膜,利用分光光度仪测量在可见光范围内的透光率,用四探针法精确测量薄膜的电阻率,通过扫描电镜观测薄膜的表面形态,微观颗粒形貌以及薄膜的厚度。实验表明,用SnCl4.5H2OI、n(NO3)3.4.5H2O、NH4F作为主要原料,通过溶胶凝胶法和溶液水解法可制备出低电阻率,高透光性的FTO/ITO复合导电薄膜。     

预应变对铝基体中复合的TiNi合金丝马氏体逆相变的影响

采用示差扫描热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微分析(SEM)等方法,研究了预应变对铝基体中复合的TiNi形状记忆合金丝的马氏体逆相变的影响.结果表明,预应变的TiNi丝发生两种逆相变,一种是热致马氏体(TIM)的逆相变,另一种是应力诱发马氏体(SIM)的逆相变.预应变样品的TIM逆相变的起始温度与未预应变样品的基本相同.SIM逆相变的起始温度随预应变的增大而升高.TIM和SIM逆相变的分数随预应变的增大而减少.     

热扩散制备高导电性铜/铝双金属复层材料及界面组织性能调控研究

目的 采用热扩散方法制备Cu/Al双金属复层材料,研究热扩散下界面生成的物相种类及工艺参数对界面物相厚度的影响,以期获得兼具力学性能和良好导电性的Cu/Al双金属复层材料.方法 在温度区间为550～570℃、压力为28 MPa和保温扩散时间为20～40 min的工艺条件下,用真空热压烧结炉对1 mm厚的Al箔和7.68...     

预应变和时效2091Al-Li合金的组织与性能

应用透射电镜研究了2091 Al-Li 合金T_6,T_8不同时效处理后的显微组织,并讨论了不同组织对性能的影响。指出在两种处理中δ′相和晶界无析出区(PFZ)的长大均与时效时间的1/3次方成正比,而预应变加速了它们的生长。另外预应变促使 S′、T_1相形核,使其均匀细小地分布在 Al基体和晶界附近δ′的无析出区中,从而使合金在较短时间达到更高的强度峰值。在 T_648小时处理的合金中观察到 T_2相,通过衍射,高分辨象确定为五次对称准晶相。     

中低应变率下闭孔泡沫铝动态力学性能研究

为探索闭孔泡沫铝的动态力学性能与吸能特性,基于万能材料试验机和高速液压伺服材料试验机在常温下分别对闭孔泡沫铝在准静态和中应变率下(0.001~100s^-1)的动态力学性能进行了测试,分析了不同应变率、不同相对密度和不同泡沫铝基体特性下闭孔泡沫铝的应力应变曲线特征和吸能特性变化。研究结果表明:中低应变率下的纯铝基体泡沫铝并不具备应变率效应,高脆性、相对密度较小的泡沫铝具备更好的吸能特性,塑性和脆性基体泡沫铝变形带分别呈现“V”形和“X”形,脆性基体泡沫铝同样不具备应变率效应。     

瓦楞形复层结构多孔铝过滤材料的制备、界面结构与性能

为实现常高温(200～250℃)工业烟气中微细固态颗粒的过滤,采用粉末增塑温压、伪半固态热压方法,制备了瓦楞形复层结构多孔铝过滤材料,并对其界面结构、性能(力学、过滤、常高温抗氧化)进行了研究。结果表明,瓦楞形复层结构的过滤层、支撑层孔径分别为20～25μm、40～45μm (A),以及1～10μm、19～48μm (B),孔隙率为50%～55%,层间微观形貌无明显分界,过滤层和支撑层实现了无缝连接,与胶合双层多孔铝平板相比,复层结构多孔铝平板屈服强度提高了31.58%。压差1.0～1.5 kPa时,两种瓦楞形复层结构多孔铝过滤材料的透气系数及过滤效率分别为(1.14～1.23) m³/(h·kPa·m²)、86%,以及(0.95～1.13) m³/(h·kPa·m²)、90%。瓦楞形复层结构多孔铝过滤材料250℃下的氧化速率为0.00735 mg/(cm²·h),氧化64 h后氧化膜停止生长,生成的Al₂O₃增大了孔壁、孔径由20～...     

基于界面影响区特征的铜/铝复合板损伤行为研究

目的 基于Cohesive–GTN模型建立考虑了界面影响区的铜/铝复合板有限元损伤模型,研究铜/铝复合板塑性变形的损伤演化行为,精细化分析金属层状复合板的损伤机理。方法 采用拉伸试验机、显微硬度计、EDS能谱仪、扫描电镜等测试手段,结合试验模拟,将获取的参数输入ABAQUS有限元软件中并对模拟结果进行研究分析。结果 基于试验法确定了界面区的宽度约为3 μm,铜侧界面影响区宽度约为50 μm,铝侧界面影响区宽度约为100 μm。当塑性变形量逐步增加时,铜层材料较早发生损伤断裂,之后铝层进入集中失稳阶段,主裂纹贯穿铝层直至复合板材料整体发生断裂。此外,各异质层材料内部孔洞的体积分数不断增大,达到材料失效时的孔洞体积分数,材料发生损伤失效。结论 基于Cohesive–GTN模型建立考虑了界面影响区的铜/铝层状复合板有限元损伤模型,并结合试验验证了模型的合理性和可靠性。在考虑了界面影响区的基础上,研究了铜/铝复合板塑性变形损伤演化行为,揭示了铜/铝复合板塑性变形损伤机制,为后续金属复合板的损伤分析提供更为精细化的建模方法。     

铝/石墨复合材料的制备及其电化学性能研究

铝作为负极材料其理论容量较高,但铝在充放电过程中会出现严重的体积膨胀,导致循环性能差。为克服铝体积膨胀严重的缺点,采用简单的球磨法成功制备出铝/石墨复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对复合材料的结构和形貌进行分析。电化学性能测试表明,铝/石墨复合材料首次放电比容量高达1004mAh/g,循环15次后容量保持在300mAh/g。铝/石墨复合材料拥有较高的放电比容量和较好的循环性能,在锂离子电池负极材料中具有潜在的应用价值。     

铜/铝极耳超声波焊接响应曲面优化分析

采用响应曲面法,设计锂电池铜/铝极耳异质金属超声波焊接试验,使用逐步回归法筛选出对响应值影响显著的因子,建立多元非线性回归数学模型。采用SEM、EDS、XRD、3D景深显微分析及显微硬度仪研究最优参数下铜/铝焊接接头的微观组织形貌、相结构、景深及硬度的变化规律,理解其连接机理和金属间化合物(IMCs)生成机制。结果表明:各工艺参数对拉剪力的影响有着非常复杂的交互作用,最优参数下连接界面实现无缺陷完全结合;高应变率加快了连接界面析出厚度约8μm的Cu_9Al_4、CuAl和CuAl_2IMCs相层;塑性变形在整个薄板厚度间传播,剧烈塑性变形促进了位错增殖,形成了由纳米晶和非晶相组成的过渡层;工件连接强度取决于机械互锁、纳米晶和非晶相过渡层与互扩散的综合作用。     

时效对平面接触型铜/铝设备线夹组织结构及性能的影响

采用超声波浸锡-铅合金钎焊技术制备平面接触型铜/铝设备线夹。通过150℃长时间保温(直至720h)的人工时效,研究线夹在高温运行条件下的显微组织结构变化及其对线夹结合性能、电学性能产生的影响。结果表明:时效导致线夹铜板与锡-铅合金钎料界面间形成由Cu6Sn5和Cu3Sn构成的金属间化合物(IMC)层,同时在IMC层前沿的锡-铅钎料中形成富铅层。时效过程中,IMC层遵守抛物线生长规律,生长系数k=3.5×10-17 m2/s。随着时效的进行,线夹的剪切强度持续降低,时效720℃后,剪切强度下降近20%。线夹的断裂机制也由沿钎料内部的韧性断裂向沿富铅层的脆性断裂转变;同时线夹的电阻率也明显升高。     

纯钼薄板温热条件下的各向异性及本构建模研究

目的研究交叉轧制纯钼薄板温热条件下的各向异性和本构关系。方法对纯钼薄板进行不同温度及方向下的拉伸实验,根据各向异性的特征并基于Hu2003屈服准则,以修正的Johnson-Cook模型对屈服准则的参数进行识别,建立考虑温度和应变的屈服准则。结果退火后的纯钼薄板具有一定的面内各向异性和显著的厚向异性,面内各向异性随温度升高而减弱,厚向异性对温度不敏感;加入温度变量的Hu2003屈服准则对不同温度下的屈服面描述较为准确,室温及100℃时屈服面减小速率较大,温度高于300℃时,屈服面减小速率减小并趋于稳定,屈服面形状并未发生明显扭曲变形;屈服面随应变增加未出现较为明显的扭曲强化现象。结论对钼板各向异性和本构关系的研究可用于指导钼板件冲压成形。