原位Al_(3)Ti颗粒增强Al-7Si合金纳米压入应变率敏感性

采用纳米压入方法研究了原位Al_(3)Ti颗粒增强Al-7Si合金室温压入应变率敏感性。控制压入应变率加载达到最大预设压入深度,基于连续刚度测量原理,研究不同加载应变率下压入硬度。结果表明,Sr元素添加将原位Al_(3)Ti颗粒增强铝合金中共晶Si相修饰为短纤维状。不同于铝合金基材,颗粒增强铝合金压入硬度表现出应变率敏感性。T6热处理后,共晶Si相球化为颗粒状,材料微观组织均匀性增强,压入应变率敏感性不明显。深冷处理后α-Al晶粒细化,共晶Si相尺寸进一步减小,材料应变率敏感性提高。

应变率敏感性对船体结构碰撞性能的影响

采用 Cowper- Symonds本构关系 ,运用非线性动态响应分析程序 MSC/DYTRAN对某集装箱船双层舷侧结构的碰撞进行了系列计算 ,研究了材料应变率敏感性对船体结构碰撞性能的影响 .结果表明 ,在 2 m/s以上的碰撞速度下 ,应变率敏感性使船用钢材的屈服应力提高了近 50 % ,而内壳破裂时双层舷侧结构的吸能几乎提高 1倍 ,但碰撞中构件的损伤模式和失效次序却没有改变 .因此 ,在将屈服应力适当增加后 。

再生混凝土力学性能的应变率敏感性数值模拟

基于九骨料模型再生混凝土建立了有限元模型,研究了再生混凝土力学性能的应变率敏感性以及细观相材料应变率敏感性对其的影响,并讨论了再生粗骨料取代率和新、老砂浆强度对再生混凝土应变率敏感性的影响.结果表明,该有限元模型能较好地模拟再生混凝土力学性能的应变率敏感性;再生混凝土峰值应力和弹性模量随着应变率的增大近乎线性增大,且弹性模量呈现更加均匀的增长趋势;相比骨料和界面过渡区,砂浆的应变率敏感性对再生混凝土整体应变率敏感性起主导作用;再生粗骨料取代率增大或新、老砂浆强度降低时,再生混凝土的弹性模量应变率敏感性增大,但它们对再生混凝土峰值应力应变率敏感性的影响有所不同.

CA砂浆力学性能的应变率敏感性及本构关系

为研究水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)力学性能的应变率敏感性,采用微机控制电子万能试验机进行了CA砂浆在不同应变率下的应力-应变压缩试验.结果表明,CA砂浆的力学性能随着应变率的增大而增大,裂纹扩展速度的限制、侧向变形的惯性作用及沥青网络结构的横向约束导致了CA砂浆力学性能的应变率敏感性.文中还建立了CA砂浆的应变率本构关系,该本构关系能够精确模拟CA砂浆的峰值强度与弹性模量,整个变形过程中的拟合结果与试验结果的复相关系数均大于0.93.通过对应变率本构关系的敏感性分析可知,应变率越高,CA砂浆的韧性和应变率敏感性越低.

微纳米晶金属的应变率敏感性及应变硬化行为分析

基于亚微米、纳米晶粒组织塑性变形过程中多种变形机制(位错机制、扩散机制及晶界滑动机制)共存,建立了理论模型,用于定量研究亚微米、纳米晶粒组织的塑性变形行为.以铜为模型材料,计算分析了晶粒尺度、应变率以及温度对亚微米、纳米晶粒组织塑性变形行为的影响.结果表明:相比粗晶铜,亚微米晶铜表现出明显的应变率敏感性,并且应变率敏感系数随晶粒尺度及变形速率的减小而增大;同时,增大变形速率或降低变形温度都能提高材料的应变硬化能力,延缓颈缩发生,进而提高材料的延性.计算分析结果与实验报道吻合.

含硅橡胶的泡沫铝应变率敏感性研究

用渗流法向开孔泡沫铝中充填硅橡的方法获得含硅橡胶的泡沫铝材料,并在Hopkinson压杆实验装置上对含硅橡胶的泡沫铝进行动态压缩实验,研究这种材料的动态压缩力学行为及应变率敏感性。结果表明,含硅橡胶的泡沫铝压缩应力-应变曲线具有两阶段变形特征,即弹性段和塑性平台段,与不含硅橡胶的泡沫铝相比,这种材料具有更高的应变率敏感性,随着应变率的提高,其屈服强度和流动应力均显著升高。

纳米压入法研究无铅焊料应变率敏感性

采用纳米压入法对Sn-3.0Ag-0.5Cu、Sn-0.7Cu及Sn-3.5Ag无铅焊料的室温应变率敏感性进行研究。相同压深下,压入载荷随着加载应变率的提高而增大;3种焊料的接触刚度均随压深近似线性增加,不同应变率下弹性模量基本不变;硬度随着应变率的增加而增大,表明了无铅焊料的塑性应变率强化性。保载阶段蠕变位移随加载段应变率的增加而增大,蠕变应变率先急剧下降然后趋于稳定。通过系统研究应变率对3种常用无铅焊料力学性能的影响,为评价无铅焊点的服役可靠性提供参考。

应力作用下NiTi形状记忆合金微结构演化的相场模拟及其本征应变率敏感性

基于Ginzburg-Landau动力学控制方程建立了NiTi形状记忆合金非等温相场模型,实现了对NiTi合金内应力诱导马氏体相变的数值模拟。同时将晶界能密度引入系统局部自由能密度,从而考虑多晶系统中晶界的重要作用。数值计算了单晶和多晶NiTi形状记忆合金在单轴机械载荷作用下微结构的动态演化过程和宏观力学行为,并重点研究了晶粒尺寸为60 nm的NiTi纳米多晶在低应变率下(0.000 5~15 s-1)力学行为的本征应变率敏感性。研究结果表明,单晶NiTi合金系统高温拉伸-卸载过程中马氏体相变均匀发生,未形成奥氏体-马氏体界面。而纳米多晶系统在加载阶段出现了马氏体带的形成-扩展现象,在卸载阶段出现了马氏体带的收缩-消失现象。相同外载作用过程中,NiTi单晶系统的宏观应力-应变曲线具有更大的滞回环面积,拥有更优的超弹性变形能力。计算结果显示,在中低应变率下纳米晶NiTi形状记忆合金应力-应变关系表现出较明显的应变率相关性,应变率升高导致材料相变应力提升。这一应变率相关性主要源于相场模型中外加载荷速率与马氏体空间演化速度的相互竞争关系。

基于多尺度分析的FCC金属应变率敏感性研究

采用位错理论和分子动力学模拟研究了金属原子性质对其宏观应变率敏感性的影响。依据位错运动的Orowan关系,认为金属中位错速度对应力的依赖关系是此研究的关键,并分析提出研究金属原子性质与应变率敏感性关系的分析方法。构建了一个中等规模的二维分子动力学模型,应用此模型对单个位错在FCC金属中的运动进行模拟。综合位错理论分析和分子动力学模拟结果得出结论:影响金属应变率敏感性的原子性质是其原子量而不是其原子势。依据此结论分析得到的FCC金属应变率敏感性排序与试验结果相符。

316L不锈钢不同取向压痕应变率敏感性研究

本研究探讨了不同取向对激光选区熔化(SLM)成形316L不锈钢力学性能的影响.使用纳米压痕测试系统对SLM成形316L不锈钢扫描平面方向和叠加成形方向两个取向的试样进行测试,并通过相关计算得出了材料在这两个方向的弹性模量、硬度、应变率敏感性指数等力学参数.实验结果表明,扫描平面方向的弹性模量和叠加成形方向的弹性模量基本相同;在相同的压入应变率下,扫描平面方向的硬度大于叠加成形方向的硬度;而对于不同的压入应变率,在高应变率下的压痕硬度相对较大;随着压入深度的增加,硬度逐渐减小并趋于稳定值.此外,本研究分析了不同压入应变率下硬度和应变率敏感性指数m的压痕尺寸效应,并得到与尺寸无关的硬度和应变率敏感性指数m.最后,通过引入扫描平面方向准静态宏观压缩工况下的应变率敏感性指数m加以验证本研究的合理性,揭示了SLM成形316L不锈钢在不同取向上应变率敏感性的差异,进而为研究准静态宏观压缩下叠加成形方向的应变率敏感性提供了支撑.

应变率敏感性对船体结构碰撞性能的影响

近年来,船体结构的使用性能在不断优化。目前在船体结构各方面性能的研究过程中,碰撞性能是保证船体结构具有更高安全性的重要组成因素,而船体结构的碰撞性能受应变率敏感性的影响相对较大,因此,对应变率敏感性进行相应的探究,并且明确应变率敏感性对船体结构碰撞性能的影响,可以在一定程度上提升船体结构碰撞性能,进而保证船体在运行和使用过程中,具有更高的安全性能和稳定性能。通过采取相应措施,为我国船舶行业的发展奠定良好的基础,同时也为船体结构中碰撞性能的提升给予一定的理论数据支持。基于此,本文通过分析应变率敏感性和船体结构碰撞性能,探究前者对后者的影响。

Cu/Ni和Cu/Nb纳米多层膜的应变率敏感性

为研究调制周期和界面结构对纳米多层膜应变率敏感性的影响,采用电子束蒸发镀膜技术在Si基片上制备了不同周期(Λ=4 nm,12 nm,20 nm)的Cu/Ni纳米多层膜,采用磁控溅射技术在Si基片上制备了不同周期(Λ=5 nm,10 nm,20 nm)的Cu/Nb纳米多层膜。在真空条件下,对Cu/Ni纳米多层膜进行了温度分别为200和400℃、时间4 h的退火处理,对Cu/Nb纳米多层膜进行了温度分别为200、400和600℃,时间为4 h的退火处理。采用XRD和TEM表征了Cu/Ni和Cu/Nb纳米多层膜的结构,采用纳米压痕仪获取了不同加载应变率(0.005、0.01、0.05和0.2 s^(-1))下纳米多层膜的硬度。结果表明,应变率敏感性受到界面结构和晶粒尺寸的影响,非共格界面密度提高以及晶粒尺寸变大均可导致应变率敏感性下降。当周期变大时,Cu/Ni纳米多层膜的非共格界面密度提高,晶粒尺寸变大,应变率敏感性指数m减小;当周期变大时,Cu/Nb纳米多层膜的非共格界面密度下降,晶粒尺寸变大,m基本不变。随退火温度上升,Cu/Ni和Cu/Nb纳米多层膜应变率敏感性大体上呈现下降趋势,这是由退火过程中非共格界面密度上升和晶粒长大共同引起的。

考虑地震应变率效应的木材三维弹塑性损伤本构模型及其数值实现

木结构在服役过程中可能遭遇地震作用,木材表现出明显的地震应变率敏感性,需要建立考虑地震应变率效应的木材非线性本构模型。文章系统梳理已有研究中木材在不同地震应变率水平、不同纹理方向的试验结果,分析其不同纹理方向考虑应变率影响的强度与弹性模量绝对值统计规律性,建立木材考虑地震应变率效应的强度与弹性模量地震应变率影响系数表征模型。在此基础上,基于连续介质损伤力学建立考虑地震应变率效应的木材三维弹塑性损伤本构模型,编写相应的UMAT子程序,并将其嵌入ABAQUS有限元软件中。采用所建立的弹塑性损伤本构模型对木材进行顺纹与横纹受压加载模拟,模型结果与试验结果吻合较好,验证了所建本构模型及UMAT子程序的正确性。研究成果可为木结构的抗震分析与评估提供更符合实际的本构模型支持。

热处理对TC21合金力学性能及应变率敏感性的影响

采用万能材料试验机和分离式Hopkinson压杆,分别对不同热处理制度下的TC21合金试样进行测试,研究热处理对TC21合金静态、动态力学性能及其应变率敏感性的影响.结果表明,在准静态下,1#双态组织塑性最好,强度较低;2#三态组织的塑性相对较好,强度也有所增强;3#网篮组织的强度较高,但塑性较差;4#固溶时效组织的强度与3#相当,且具有更好的塑性.在高应变率下,1#表现出最大的应变,但流变应力最低;2#流变应力相对较高,但断裂应变更小;3#流变应力最高,断裂应变最小;4#流变应力与3#相当,但应变稍大.4种组织在高应变率下都表现出应变率敏感性,高低依次为4#>3#>2#>1#.

高温高应变率加载下Ti-5553钛合金动态力学性能研究

钛合金是遥感类航天器推进系统重要的结构支撑材料,面对空间碎片日益增多的威胁,探究新型钛合金材料的动态力学性能是航天器空间防护的重要技术之一。本文利用高温分离式霍普金森杆(SHPB)对新型Ti-5553钛合金的等轴组织(R1)和双态组织(R2)材料进行动态力学测试,测试温度分别设定为200℃、400℃和600℃,应变率为1200s^(-1)和2500s^(-1)。试验结果表明:在高温高应变率加载条件下,Ti-5553钛合金双态与等轴组织,随着温度的升高,流变应力均下降,而应变变化不明显,即2种组织高温动态压缩力学行为相似;环境温度低于200℃时,双态组织的温度敏感性高于等轴组织,而塑性吸收功小于等轴组织,表现出较高的绝热敏感性;环境温度高于200℃时,等轴组织的温度敏感性高于双态组织,而塑性吸收功小于双态组织,表现出较高的绝热敏感性;Ti-5553钛合金2种组织均在高温高应变率下发生了剪切破坏,靠近剪切带的α相沿着剪切方向被拉长细化。本文获取的新型Ti-5553钛合金动态力学规律可为航天器空间防护结构设计提供基础数据。

超细晶CoCrMnFeNi高熵合金的变形行为及应变速率敏感性

采用低温冷轧及短时间退火制备了具有超细晶结构的CoCrMnFeNi高熵合金。通过准静态拉伸,研究了材料在77~573K的变形行为和应变率敏感性。结果表明,加工的材料在77 K具有优异的综合力学性能。随着实验温度由298 K提高到473 K,超细晶材料的强度增加,塑性降低。超细晶高熵合金的应变速率敏感系数明显低于粗晶的,并在298~473K急剧降低。

2219铝合金动态压缩下应变率敏感性行为

为了研究2219铝合金的应变率敏感性行为,采用分离式霍普金森冲击压杆装置(SHPB)对2种热处理状态(T4态和T6态)2219铝合金进行了动态压缩实验,并利用金相显微镜(OM)和X射线衍射(XRD)仪对压缩后的试样进行了显微分析。结果表明:2种热处理状态下材料应变率超过2000 s^(-1)时,材料的流动应力显著下降,即出现显著的应变率软化行为。基于应变率敏感性行为随真实应变及应变率的二维等高线图,发现在高应变量、高应变率条件下材料表现出负应变率敏感性行为,流动应力随着应变量与应变率的提升而下降。通过理论计算及微观组织表征,发现温升软化和变形带导致的软化作用,是材料在高应变量、高应变率表现出负应变率敏感性行为的重要原因。

应变率敏感性对微孔洞统计演化规律的影响

讨论了在高应力三轴度情况下材料中微孔洞演化的统计规律.根据幂次粘性基体材料中微孔洞长大的动力学方程和孔洞演化所满足的数目平衡原理,得到了动载条件下微孔洞数密度分布随时间的演化规律,考察了基体材料的率敏感程度对微孔洞统计演化行为的影响.对率敏感程度不同的金属材料的微孔洞演化特性进行了对比和讨论,所得的理论数据能定性地与实验观测结果相一致.

DP780钢应变率敏感特性研究及本构方程的建立

通过在0.01、0.1、1、10、100 s-1应变速率下得到的DP780材料的应力-应变曲线,对DP780材料的应变速率敏感性进行了相关研究,分析了其在不同应变速率下的断口形貌:在低应变速率下,断口出现明显的颈缩现象;在高应变速率下,断口平整,断裂面与拉伸方向约呈60°角,颈缩现象不明显。依据动态应力-应变曲线,建立了DP780材料的Cowper-Symonds本构方程,模拟得到的应力-应变曲线可以很好地与动态拉伸得到的应力-应变曲线吻合,所建立的材料本构方程具有工程应用价值。

不锈钢材料高温、高应变率下动态力学性能的试验研究

利用带有加热装置和同步组装系统的高温Hopkinson压杆系统对某不锈钢材料在温度20～800℃时,应变率103～104s-1下的动态压缩力学性能进行了测试,得到了材料在不同温度和应变率耦合作用下的真实应力-应变曲线。对比准静态结果,考察了材料流动应力的温度和应变率敏感性,并根据热激活位错运动理论对其内在机理进行了解释和探讨。试验表明,材料具有显著的热软化和应变率强化效应;且高温时,材料的温度敏感性、应变率敏感性均显著增加。