Mg_(8)Sn_(4-x)M_(x)结构稳定性与弹性常数的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的CASTEP软件构建Mg_(8)Sn_(4-x)M_(x)(M=Al、Cu;x=0、1或2)晶体结构模型,采用第一性原理计算其晶格常数、结构稳定性和弹性常数,并分析不同量的M原子固溶于Mg_(2)Sn后体系的电子特性、弹性性能和本征硬度.计算结果表明,M原子能自发固溶于Mg_(2)Sn相,且所得Mg_(8)Sn_(4-x)M_(x)(x=1或2)晶体结构均可稳定存在;当2个M原子固溶于Mg_(2)Sn时,使其晶体结构由立方晶系转变为四方晶系.态密度分析表明,M原子固溶后体系原子存在明显轨道杂化现象,表现出较强的共价键,增加M原子固溶量不会改变各原子对态密度的贡献规律,但会提高该原子对电子对态密度的贡献度.弹性性能和本征硬度分析表明:Mg_(2)Sn中固溶M原子后,体系力学性能仍稳定,增加M原子固溶量,体系硬度逐渐降低,韧塑性不断提高,即M原子固溶量增加能提升体系的韧塑性.

材料弹性常数关系推导在材料力学教学中的应用研究

弹性模量、剪切模量和泊松比等弹性常数是材料力学和弹性力学中重要的知识点,也是后续力学课程学习的基础。各向同性线弹性材料只有两个独立的弹性常数,因此其弹性模量、剪切模量和泊松比之间具有直接关联关系。在力学基础教学中充分利用这一关系的不同推导方法,可将相关力学知识串联融合,加深学生的理解,同时也可拓展教师授课的深度和广度。鉴于此,本文分别梳理了在单向拉伸应力状态、纯剪切应力状态和一般应力状态下各向同性材料弹性常数之间关系的多种推导方法,并揭示了该关系式实质上是各向同性线弹性体弹性完全对称性的反映,以丰富教学素材,培养学生举一反三的创新实践能力。

基于线性接触模型的颗粒材料细–宏观弹性常数相关关系研究

细观参数的正确选取是离散元模拟成功的关键,然而,目前细观参数的选取具有一定的人为性和不确定性,导致分析结果的不可比性。利用颗粒材料单元体宏观力学参数和颗粒细观参数间的相关性,通过室内三轴试验的PFC3D模拟和结果的回归分析,基于线性接触模型建立了颗粒材料初始杨氏模量、初始泊松比等宏观弹性常数与颗粒法向刚度、颗粒刚度比等细观弹性常数间的经验公式。研究结果表明:对于线性接触模型,颗粒材料的初始杨氏模量和剪切模量约与围压的1/10次方成正比,并约与颗粒粒径的0.9次方成反比。初始泊松比则约与颗粒刚度比的1/14次方成正比,而与颗粒粒径几乎无关。常见砂土的颗粒刚度比为2.0～20.7。

缝纫层合板的本构关系研究(I)——缝纫单层板有效弹性常数分析

建立了缝纫单层板的有效弹性常数分析模型。通过考虑缝纫引起的铺层纤维的面内弯曲和非均匀分布 ,分析了缝纫参数 (如缝纫行距、针距和缝线半径 )对等效弹性常数的影响。结果表明 ,当缝纫方向垂直于铺层纤维方向时 ,随缝纫行距的减小或缝线半径的增大 ,纵向模量逐渐下降 ,而横向模量和剪切模量则逐渐提高 ;

基于弯曲法的AFM微悬臂梁弹性常数标定技术

原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)在微纳米尺度力学测量领域有着广泛应用,其微悬臂梁探针的弹性常数是直接影响测量结果准确性的关键因素之一。弯曲法是标定微悬臂梁弹性常数的一类重要方法,基于弯曲标定原理提出了一种新的技术实现方案,并研制了相应的标定系统。借助精密运动定位台使微悬臂梁接触超精密天平并产生弯曲,分别以天平和光杠杆机构同步测得接触力和梁的弯曲量,再根据胡克定律直接算得弹性常数。利用所研制的系统对多种型号的微悬臂梁进行了标定,实验结果表明该系统具有良好的准确性和重复性,测量相对标准差小于5%。

电测法测试结构用重组竹弹性常数的研究

利用电测法对结构用重组竹12个弹性常数进行了测定,并对变异较大的3个泊松比进行了修正,验证了电测法在重组竹弹性常数测定中的适用性,最后将重组竹和几种木材的弹性常数进行了对比。结果表明,重组竹弹性模量关系为EL〉ER〉ET,各弹性常数变异系数在12.723%~28.944%范围内波动;经验证,12个弹性常数满足正交各向异性模型的限制条件,但由于材料的非均质性导致修正后的泊松比理论值和实测值误差稍大;重组竹弹性常数比普通木材的弹性常数大。

密肋复合墙板等效弹性常数计算方法研究

为了解决密肋复合墙板材性复杂 ,弹性常数不易确定的问题 ,通过对墙板构造的分析 ,按照截面上混凝土含量不变的原则 ,经二次单向纤维加强 ,将密肋复合墙板等效为正交各向异性的纤维加强复合材料 ,建立了墙板的复合材料力学模型 ,提出了墙板弹性常数的理论计算公式 ,在此基础上进一步将等效墙板简化为各向同性模型 ,提出实用弹性常数计算方法 。

小试件材料弹性常数超声测量系统的研制

本文针对小试件块体纳米材料力学性能测试的特殊需求,设计开发了一套小试件材料弹性常数超声精密测量系统。系统由线聚焦PVDF探头、四轴精密运动平台、NI PXI总线嵌入式控制器、超声脉冲产生/接收仪以及数字记忆示波器组成。系统基于声学显微镜技术,利用同时测定纵波和漏表面波波速来表征材料的弹性常数等,既适用于各向同性材料,又适用于各向异性材料。试验结果表明本测量系统工作良好,能够满足试验要求,为进一步评价小试件纳米材料制备工艺和表征纳米材料的力学性能奠定了基础。

一种含特定微裂纹缺陷三维编织复合材料弹性常数预报方法

本文将细观力学的Eshelby和Mori-Tanaka理论与刚度体平均化方法相结合,对含圆币型基体微裂纹的三维编织复合材料弹性常数进行了理论预报,分析了纤维体积含量、微裂纹密度、编织特征参数变化的影响,与文献[3]的实验结果进行了比较。

一种改进的C-V方法对向列相液晶弹性常数k_(11)、k_(33)测量的理论研究

提出了一种更为准确的测量向列相液晶展曲、弯曲弹性常数的C-V方法。以正性液晶材料为例,当沿面排列的液晶分子预倾角不为零时,阈值电压值不易确定,k11的确定必定存在误差,而以前报道并未考虑到此问题。文章针对此问题给出了在强锚定条件下,预倾角不为零时C-V的关系式,并提出了通过曲线拟合来同时确定弹性常数k11、k33的方法。此方法对弹性常数的测量更为准确,液晶盒的制作要求降低,且测试简单、易操作。

小试件材料弹性常数超声测量方法的研究

介绍了针对小试件材料力学性能测试的特殊需求而设计的超声精密测量系统和测试方法,并进行了实验验证.系统基于声学显微镜技术,利用超声波线聚焦PVDF探头,通过同时测定纵波和漏表面波波速来表征材料的弹性常数等.对不同材料的小试件弹性常数进行了测量,测量结果与常规实验结果和理论值相吻合,表明该方法可行,结果可靠.误差分析结果表明本测试系统及测试方法具有较高的测量精度,泊松比和杨氏模量的测量误差均小于3%,能够满足工程及科学研究的要求.此外,该系统不仅适用于各向同性材料,而且适用于各向异性材料,为进一步评价块体纳米材料制备工艺和表征纳米材料的力学性能奠定了基础.

小尺寸材料弹性常数超声测量系统的研制及其应用

提出一种小尺寸材料弹性常数测量的新方法———利用线聚焦超声传感器和超声浸水技术同时测定纵波和漏表面波的波速,求得材料的弹性常数。基于PXI-8186嵌入式控制器构建了小尺寸材料弹性常数测控系统,利用LabVIEW软件平台开发了小尺寸材料弹性常数自动测量软件。实验结果表明,该方法可以实现小尺寸材料弹性常数的测量,测量结果具有很好的重复性。

用有限元分析和DICM确定纸浆模塑材料弹性常数的逆问题

用有限元法分析纸浆模塑包装结构,需要事先确定纸浆模塑材料的弹性常数。基于纸浆模塑薄壁圆锥筒的压缩试验,讨论了可以利用有限元分析和数字相关测量方法(D ICM)来识别纸浆模塑材料弹性常数的逆问题。

应用数字图像相关方法测试航空复合材料的弹性常数

通过数字图像相关方法对三种航空复合材料的弹性常数进行了测试。通过对DICM理论分析,依据ASTM标准提出合理的测试方案使得DICM的应变测试精度达到25με,满足航空复合材料测试要求。同时应用DICM和电测法对比测试了三种不同航空复合材料的弹性常数,实验结果表明这两种方法得到的实验结果相对误差较小,应力-应变曲线基本重合,DICM能够很好地反映航空复合材料的应变响应和精确测试其弹性常数。

白桦材12个弹性常数的研究

该文结合木材的正交各向异性特征论述了木材的柔度系数与其工程弹性常数的关系 ,并采用电测法测试了白桦木材的 1 2个弹性常数 .试验结果表明 ,木材作为多孔性材料 ,粘贴应变片时 ,涂胶量不能过多或过少 .涂胶量过多则胶层太厚影响应变片性能 ;过少则粘贴不牢 ,不能准确传递应变 .木材作为正交各向异性材料 ,弹性常数间存在一定的相互联系 ,满足马克斯韦尔定理 ,该试验测定的试验数据基本满足这些联系 .从数据结果的检测来看 ,白桦弹性常数的测量是准确可靠的 ,证明电测法这一测试手段可行 .就剪切弹性模量的测试结果看 ,抗弯弹性模量的倒数与高和跨度之比的平方的线性回归相关系数较高 ,均大于 0 95 .

一种非接触式测定材料弹性常数的新方法

提出一种非接触式测定材料弹性常数的新方法———通过测量由激光脉冲轰击试件表面产生的纵波和表面波速度，求得材料弹性常数．这种方法具有非接触性，适用于高温、有毒等环境下（或在线）的测量．所得的结果表明，该方法为特殊环境下弹性常数的非接触测量提供了一种行之有效的方法．

蜂窝夹层结构等效弹性常数的多步三维均匀化数值计算分析

基于三维均匀化方法并结合有限元技术,计算三维蜂窝夹层板的等效弹性常数。首先把三维蜂窝夹芯看成由实体与空洞两相材料组成的复合材料结构,建立单胞有限元模型,计算宏观等效弹性常数,通过与其它计算方法相比较,验证了三维均匀化方法的有效性;在此基础上考虑上下面板,运用直接、二次及多步均匀化方法计算三维蜂窝夹层板的整体等效弹性常数,并与工程计算方法比较,结果表明三维均匀化方法的可靠性。

基于均匀化理论的管板有效弹性常数的研究

根据多尺度均匀化理论建立了管板有效弹性常数研究的有限元计算模型 ,在弹性平面状态下 ,计算结果与ASME规范中采用的有效弹性常数进行了比较 ,其相对误差在 0 .2 % ,然后对管板中胀接管子的加强作用进行了研究 ,得到了管板有效弹性常数与胀接管子在孔间带效率为 0 .4时的变化曲线。计算结果表明 。

两种类型裂隙介质的弹性常数分析

作者在 Hudson关于裂隙介质假设的条件下 ,分析了含随机取向裂隙介质和两组取向裂隙介质的弹性常数矩阵。结果表明 :含随机取向的裂隙介质等效于各向同性介质 ,含两组取向的裂隙介质为各向异性介质 。

建筑膜材料双轴向拉伸弹性常数的估算方法

以机织物增强建筑膜材料为对象,研究了通过单轴向拉伸试验来获取双轴向拉伸弹性常数的方法。根据膜材料双轴向拉伸弹性模量的确定方法,以二维正交各向异性材料的本构关系为基础,以膜材料经纬向拉伸应力比为设定加载参数,导出了机织膜材料单轴向和双轴向拉伸弹性模量之间的关系,提出了采用单轴向拉伸弹性常数估算建筑膜材料双轴向拉伸弹性常数的方法。通过参考文献中对GF/PTFE和PVDF1202T膜材料拉伸试验的测试结果,验证研究所提出方法的适用性。结果表明,在工程实践中利用单轴向拉伸试验来获得膜材料双轴向拉伸弹性模量是可行的。