基于GISSMO损伤模型的高强度钢碰撞失效行为研究

为了研究不同失效模型对碰撞仿真结果的影响,以期准确描述材料的失效行为。以船用高强度钢EH36为研究对象,设计2个温度下不同应力状态的材料拉伸试验,得到其不同温度下的力学性能、载荷和位移数据,将试验结果与拉伸仿真联合,反求出广义增量应力状态依赖损伤模型(GISSMO)的参数;构建冰体与船体板架的碰撞仿真,对比不考虑失效,考虑V-M失效准则以及GISSMO损伤模型的仿真结果。结果表明,考虑GISSMO损伤模型相比于V-M失效准则,碰撞力峰值和板架吸能情况都有所减小。由于GISSMO损伤模型考虑了不同应力三轴度对材料失效的影响,所获得的损伤形态更接近于真实情况,因此GISSMO损伤模型能较好预测EH36钢材的变形及失效行为。

深海静水压力对环氧涂层/907A低合金钢体系失效行为的影响

目的探究深海静水压力作为单一因素影响涂层/金属体系的失效过程。方法在深海环境模拟实验装置中开展环氧涂层/907A低合金钢体系的浸泡实验,从电化学阻抗谱、涂层湿附着力、涂层微观形貌及其化学结构等方面分析涂层的失效机理。结果当静水压力为0.1 MPa和15 MPa时,涂层阻抗值分别下降至3.83×10^(6)Ω·cm^(2)和6.28×104Ω·cm^(2),涂层湿附着力分别下降至2.76 MPa和2.31 MPa。在不同静水压力下,水在涂层中的前期扩散形式均符合Fick扩散定律,而涂层下水的扩散系数从1.05×10^(-9) cm^(2)/s增加至2.39×10^(-9) cm^(2)/s。随着静水压力的升高,环氧涂层表面的孔隙以及裂纹不断发展并出现了鼓泡。在静水压力为0.1 MPa条件下腐蚀产物以γ-FeOOH为主,静水压力升高后腐蚀产物Fe_(3)O_(4)含量明显增加,除锈后的腐蚀坑直径由15μm增加至25μm。结论高静水压力可以加速腐蚀性介质向涂层内部以及涂层/金属界面的渗透,涂层湿附着力迅速下降,涂层失效更加严重。高静水压力能够促进腐蚀产物中高电化学活性Fe_(3)O_(4)的生成。此外,静水压力下涂层失效的主要原因是物理结构受到破坏。

微铸锻增材制造TC4-DT合金的高温力学性能与断裂失效行为

研究了微铸锻增材制造TC4-DT合金的高温力学性能与断裂失效行为。通过X射线衍射、光学显微镜和扫描电子显微镜观察了微铸锻增材制造TC4-DT合金在平行沉积扫描方向与平行沉积增高方向的相组成与显微结构,测试了不同温度(500、600和700℃)TC4-DT合金的高温力学性能,观察了不同测试温度的拉伸断口形貌并分析了其断裂失效行为。结果表明:微铸锻增材制造TC4-DT合金主要物相为α相,平行和垂直于沉积方向的显微结构主要是网篮状组织和片层α组织,未观察到明显的各向异性。随温度升高,TC4-DT合金的强度降低,断裂行为由穿晶断裂向沿晶断裂转变。材料失效行为的主要影响因素包括高温下晶粒的长大、晶界的软化、气孔的长大与聚集。

基于深度学习的复合材料开孔板拉伸失效行为预测

为研究复合材料开孔板在拉伸载荷下的失效行为,基于开孔板的拉伸试验建立了高精度的有限元仿真模型,并批量生成了拉伸载荷-位移曲线的数据集。提出了一种双长短时记忆(Long short-term memory,LSTM)神经网络模型用于预测载荷-位移曲线,其中第1个LSTM模型进行输入特征的提取,第2个LSTM模型直接给出载荷-位移曲线的预测。结果表明:这一模型能够高效、准确地预测开孔板的拉伸载荷-位移曲线,在测试集上的决定系数R2可以达到0.9755,关键特征如初始刚度E0的预测误差仅为1.85%,极限载荷Fmax的预测误差仅为2.16%。

铝合金挤压型材的拉伸失效行为研究

为了研究挤压速度、预热温度、挤压角度等对铝合金性能的影响,通过熔炼、差压铸造、挤压制备出铝合金型材,用万能试验机完成双向拉伸试验,用扫描电子显微镜观察显微组织,分析差压铸造铝合金经挤压后的拉伸失效行为。结果表明:双向拉伸后,铝合金型材出现较严重的变形,挤压角度为90°时,铝合金挤压型材不易拉断;挤压速度为1.5 mm/s时拉伸损伤概率更低;预热温度为250℃时拉伸后韧窝更密集,不易脆性断裂。

金属复合板断裂失效行为研究进展

介绍了金属复合板断裂失效行为、表征方法及断裂失效行为影响因素的研究进展,主要分析了复层性能、界面性能、基层与复层材料性能差异、组成层厚度及复合过程中产生的残余应力等对复合板断裂失效行为的影响规律,并对金属复合板断裂失效行为研究方向进行了展望。

火灾影响下立式储罐失效行为分析

为研究着火储罐失效行为,采用火灾动力学-传热-结构响应多物理场耦合方式,开展了着火立式储罐罐壁热辐射分布、温度分布规律及模型,屈曲失效等行为分析。结果表明,着火立式储罐首先在液面上部发生屈曲变形,对于5000 m^(3)/10000 m^(3)汽柴油立式储罐,屈曲临界温度在300~500℃之间,屈曲失效时间在30~70 s之间;立式储罐尺寸增加,屈曲临界温度明显降低,屈曲失效时间也显著降低。屈曲导致立式储罐罐壁凹凸不平,冷却不均,火灾难以扑灭,建议强化液面附近的罐壁冷却保护。

基于细观损伤模型的起重机械用低合金钢失效行为预测

在起重机械(特别是对于长期使用后材质性能发生显著劣化的起重机械或已产生低周疲劳裂纹的起重机械)使用事故中,整机倾覆和折断事故占据了80%,故预测其服役工况下的极限承载能力是实现起重机械延寿的关键。Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)模型是宏、微观相结合的方法,具有坚实的物理背景,但由于其8个强耦合参数难以确定,故工程应用很少。文中针对起重机械常用低合金钢Q345材料GTN模型中每一类参数的物理特性,探索了1套运用微观观测+损伤演化监测+胞元力学响应分析+有限元试错的材料参数多联去耦策略,仅依赖少量实验和有限元分析即确定了唯一1组GTN参数,并将其成功应用于多裂纹平板的失效行为预测。该研究成果能够用于起重机械材质参数的快速标定,为起重机械复杂受力下承载能力评估提供理论与方法指导。

实海浸泡条件下聚氨酯涂层的失效行为

目的在青岛市小麦岛试验站开展实海浸泡试验,探究聚氨酯涂层在实际服役过程中的失效行为。方法选用TS55-80聚氨酯涂层/Q235碳钢体系为试验样品,开展实海浸泡试验。从聚氨酯涂层的表面形貌、失光率、色差、涂层附着力、化学结构及涂层热稳定性等角度对聚氨酯涂层的失效行为进行研究。结果在实海浸泡条件下,聚氨酯涂层表面会出现明显的鼓泡和裂纹等缺陷,在浸泡6个月后的涂层表面可以观察到明显的腐蚀产物。随着浸泡时间的延长,涂层的化学结构发生了明显变化,涂层的热稳定性显著降低。在浸泡12个月后,聚氨酯涂层的失光率为69.9%,属于严重失光;涂层的色差达到3.20,属于轻微变色,涂层的附着力降至0.82 MPa,涂层与金属基体的结合强度大幅下降;聚氨酯涂层的阻抗值降至2.81×10^(3)Ω·cm^(2),说明涂层的防护性能基本丧失。结论在实海浸泡条件下,聚氨酯涂层中颜料颗粒的脱落会造成涂层表面孔隙数量的增加,这会加速海水中水和氧气等腐蚀性介质的渗透过程,使得涂层/金属界面处的电化学反应快速进行,导致涂层的防护性能快速下降。此外,聚氨酯链中氨基甲酸酯键的水解是造成聚氨酯涂层发生降解的主要原因。

连铸结晶器表面防护涂层失效行为的研究进展

连铸结晶器承担着高温钢液高速振动拉坯过程中的冷却、导热、抗磨损、铸坯表面高精度成型等重要任务,是连铸生产线最关键的核心器件。本文结合结晶器表面防护涂层在国内钢厂的工程应用实践,综述了结晶器铜板表面电镀合金层和热喷涂涂层的优缺点、发展趋势以及实际工况服役后结晶器表面不同部位的主要失效形式和形成机制,为优化设计不同区域涂层成分与相应性能提供依据。同时详细介绍了项目组开展的热喷涂/真空扩散复合技术在国内主要钢厂的服役效果和应用优势。最后指出热喷涂技术将逐步取代电镀技术,成为结晶器表面防护的核心技术,并且高熵及中熵合金涂层具有巨大的应用潜力。

TP2铜管坯水平连铸用石墨结晶器功能失效行为研究

针对TP2铜管坯水平连铸用石墨结晶器进液孔堵塞导致的功能性失效问题,研究了堵塞石墨结晶器进液孔的白色粉末物质的化学成分、来源及形成机理,采用X射线衍射(XRD)、X射线荧光、差热分析、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)等检测手段进行系统性分析。研究结果表明,堵塞石墨结晶器进液孔的白色粉末的组成以SiO_(2)为主,主要来源于炉衬耐火材料。随着铜液中氧含量的增加,铜熔体中的Cu_(2)O和CuO分别与炉衬中的SiO_(2)形成低熔点混合物,后经石墨结晶器冷却析出;低熔点混合物密度小,黏附在结晶器内壁,随着低熔点混合物的累积,最终导致进液孔完全堵塞。根据石墨结晶器的失效机理,对阴极电解铜、木炭和鳞片石墨等原材料及辅料采取烘干等方法,降低其携带的水分,以及加强炉内密封,减少铜液的保温时间等措施,可以降低铜液中的氧含量,减少氧化物粉末的产生,避免结晶器进液孔堵塞,从而防止结晶器功能失效。

金属/复合材料混合连接结构高温承载特性与失效行为研究

针对3种不同搭接板厚度的铝合金和碳纤维增强树脂(Carbon fiber reinforced polymers,CFRP)复合材料三钉螺栓连接结构,分别进行了常温(25℃)和高温(150℃)环境下的准静态拉伸力学性能测试。同时建立有限元三维模型,结合Hashin失效准则和渐进损伤准则进行数值模拟分析,获得了结构的高温承载特性与损伤演化规律。研究结果表明,对于D_(1)、D_(2)、D_(3)这3种不同铝合金厚度的连接结构,在150℃时的极限载荷试验值相对25℃分别降低6.63%、13.07%、8.48%,且常温环境下3种结构破坏模式分别为铝合金拉伸断裂、复合材料挤压失效、复合材料拉伸断裂,而在150℃高温环境下,3种结构损伤模式都为复合材料孔边的挤压剪切失效。

防腐蚀涂层失效行为研究进展

论述了导致防腐蚀涂层失效的影响因素和微观机制 ,侧重于水体环境下涂层的失效过程 .回顾近十年关于涂层起泡、湿附着力和腐蚀性离子在涂层中的传输行为 3方面所取得的进展和尚未解决的问题 。

多冲接触载荷下不锈钢零件激光表面熔覆层组织及其失效行为

采用 5kW大功率激光器在不锈钢基材上熔覆Co基合金 ,制取的涂层质量优于传统的电弧、火焰堆焊以及等离子喷焊工艺制取的涂层。对氮肥生产线上甲胺泵中的进排液组合阀多冲接触表面进行激光熔覆 ,成功地实现了传统工艺难以完成的涂层强化工艺。上线应用证明其抗多冲接触载荷的能力明显增强。承受多冲接触载荷的表面强化涂层质量与强化工艺、基体和涂层材料、涂层厚度等有关。涂层厚度应根据多冲接触载荷的性质、应力大小、基体等情况来决定 ,太薄的涂层会造成或加剧涂层开裂、塌陷等失效行为。

挤压态Mg-Gd-Y镁合金动态压缩力学性能与失效行为

为了研究镁合金在高应变速率下的动态变形行为及失效机制,采用分离式霍布金森压杆(SHPB)装置在室温下对挤压态Mg-Gd-Y镁合金进行动态压缩实验,并利用金相和扫描电子显微镜对冲击后的试样进行显微分析,探讨了Mg-Gd-Y镁合金沿挤压方向(ED)、横向(TD)及法向(ND)的动态压缩力学性能和失效行为与塑性变形方式。结果表明:在动态压缩载荷下,挤压态Mg-Gd-Y镁合金沿ED、TD、ND 3个方向表现出连续屈服的变形特征,随应变速率的提高,具有正应变速率强化效应,动态压缩力学性能无明显的各向异性,ED方向的动态压缩性能略优于其他两个方向的;挤压态Mg-Gd-Y镁合金在动态压缩载荷下的断口形貌呈韧脆混合的准解理断裂特征,对载荷方向不敏感;挤压态Mg-Gd-Y镁合金在动态压缩载荷下的变形方式为孪生和滑移共同作用机制,并伴随动态再结晶现象。

20SiMn钢冲蚀和空蚀的失效行为研究

用CMS 12 0旋臂式真空冲蚀试验机和KS 6 0振动空蚀磁致伸缩仪对 2 0SiMn钢 90°攻角冲蚀和空蚀进行了试验研究 .结果表明 :2 0SiMn钢冲蚀分为孕育期、增重期和稳定期 3个阶段 ;空蚀由孕育期、急剧上升期、衰减期和稳定期 4个阶段组成 ;冲蚀、空蚀裂纹主要沿晶界萌生和扩展 ,失效机制是因局部微区机械力作用造成沿晶断裂和晶内蚀坑 ;晶粒脱落是空蚀的重要失效方式之一 .

电子封装微纳连接技术及失效行为研究进展

微纳连接技术是电子封装中的关键技术,近年来,随着电子产品逐渐小型化、轻量化的方向发展,各种先进的微纳连接层出不穷,但仍缺少系统的归纳及总结.文中对引线键合技术,熔化微连接技术、软钎焊技术、纳米焊膏烧结技术、导电胶连接技术、表面活化键合技术及新兴的纳米连接技术等具有代表性的微纳连接技术进行了综述,并针对软钎焊焊点在热载荷、电载荷、机械载荷及多物理场耦合作用下微互连的失效行为研究进行了总结.结果表明,未来的微纳连接技术将朝向互连尺寸更加微小,互连方法逐渐智能化,互连材料更加绿色,互连焊点更可靠的方向发展.软钎焊互连焊点的失效行为分析也将逐渐从单一热场、电场载荷的研究拓展至热—电—力多物理场耦合载荷,与实际工况更加贴合,随着如同步辐射,三维X射线等先进表征技术的不断发展,失效行为及机制的研究也将更加精准.

轧制AZ31镁合金板材(4mm)动态压缩性能与失效行为

为了研究轧制AZ31镁合金板材（4mm）在高应变速率下的动态力学性能和失效行为,采用分离式霍普金森压杆装置（SHPB）在室温下应变速率为500～2600s^-1范围内对其进行了动态压缩实验,并利用金相显微镜（OM）和扫描电镜（SM）对冲击后的试样进行了显微分析。探讨了轧制AZ31镁合金板材沿轧制方向（RD）、横向（TD）和法向（ND）的动态压缩性能和失效行为。结果表明：轧制AZ31镁合金4mm板材动态压缩性能存在各向异性。沿RD和TD方向压缩的动态性能相同,沿ND方向压缩的动态断裂强度最大。AZ31镁合金4mm板材的动态压缩断裂机制为解理断裂。变形机制为沿RD和TD方向高速压缩时,{10^-12}〈11^-20〉拉伸孪晶参与变形;沿ND方向高速压缩时,{10^-11}〈11^-20〉压缩孪晶参与变形。

飞机外部IMR21纳米复合涂层在典型加速腐蚀环境中的腐蚀失效行为

目的研究IMR纳米复合涂层对飞机外部结构件的防护性能。方法对比考察典型加速腐蚀环境条件下,飞机外部结构模拟件表面聚氨酯面漆涂层和IMR21纳米复合涂层的腐蚀失效行为。结果在经过2个阶段各8个周期的加速腐蚀后,模拟件涂层表面均出现了鼓包、开裂、剥落等现象,而且涂层在第二阶段的腐蚀程度略重于第一阶段。与聚氨酯面漆涂层相比,IMR21纳米复合涂层的腐蚀失效程度要低很多,说明该纳米复合涂层具有优良的抗环境腐蚀性能。结论可考虑在飞机结构制造、大修以及外场维护中采用IMR21纳米复合涂层进行表面防腐涂装处理。

高应变速率下Mg-Gd-Y镁合金动态拉伸性能与失效行为

为了研究Mg—Gd—Y镁合金在高应变速率下的动态拉伸性能及失效机制，采用分离式Hopkinson拉杆（SHTB）装置在室温下且应变速率为1400～3000S。范围内对其进行了动态拉伸实验，并利用光学显微镜和扫描电子显微镜对动态拉伸后的镁合金试样进行了分析．结果表明，在动态拉伸载荷作用下，Mg—Gd—Y镁合金沿ED方向呈现连续屈服现象．应变速率增大后，Mg—Gd—Y镁合金具有正应变速率效应．在动态拉伸载荷作用下，Mg-Gd-Y镁合金的断口形貌呈解理断裂特征，镁合金的变形方式为孪生和滑移，且滑移为主要变形方式．