考虑颗粒团聚影响的聚合物基复合材料温度相关性拉伸断裂强度理论表征模型

聚合物基复合材料在不同温度下的拉伸断裂强度一直是人们关注的焦点,颗粒作为一种常见增强相可以显著提高聚合物基复合材料的拉伸断裂强度。然而,随着颗粒体积分数的增加,颗粒将会发生团聚现象,从而影响增强效果。针对颗粒增强聚合物基复合材料,通过计及颗粒团聚的影响,以及材料热物理性能随温度的演化,建立了一个考虑团聚影响的温度相关性拉伸断裂强度理论表征模型。模型得到了实验数据的良好验证。研究成果为定量表征不同颗粒含量、不同温度下复合材料的拉伸断裂强度提供了一种有效途径,加深了对不同温度下团聚现象对复合材料力学性能影响的认识。

界面强度对混凝土拉伸断裂影响的数值模拟

采用数字图像的处理手段表征混凝土的三相(基质、骨料、界面过渡区)细观结构,获取混凝土界面过渡区的形状与分布,并引入到原有材料破坏过程分析(MFPA2D)系统中,建立了能反映混凝土真实细观结构的数值模型,并应用该模型模拟了界面强度对混凝土拉伸断裂过程的影响.研究表明,当界面过渡区强度较低时,混凝土的断裂过程表现为界面过渡区中萌生的局部裂纹相互作用、桥接贯通的过程;界面强度与抗拉强度之间存在非线性关系,界面强度的提高增大了混凝土的延性,导致单轴拉伸荷载作用下混凝土试件的宏观断裂模式由单一贯通裂纹向多条非贯通裂纹过渡;模拟结果与试验结果比较吻合.

混凝土拉伸断裂过程及尺寸效应的数值模拟

混凝土结构的尺寸效应是近几十年来一个十分重要的研究领域。应用材料破坏过程分析软件MFPA2D,把混凝土视为水泥沙浆、骨料及两者间的粘结带构成的三相复合材料,对不同尺寸混凝土单边裂纹紧凑拉伸试样的断裂过程及其强度的尺寸效应进行了数值模拟。数值模拟结果与Bazˇant提出的尺度效应律表现出较好的一致性。

一种含Re单晶高温合金的拉伸断裂行为

研究了Re对单晶高温合金拉伸、持久性能的影响及含Re单晶的拉伸断裂特征。拉伸性能试样采用[001]取向单晶制备,应力轴方向平行于单晶[001]取向,采用扫描电镜观察断口形貌。实验结果表明:Re的加入降低了单晶短时拉伸延伸率,但能提高单晶的高温持久断裂延伸率;含Re单晶室温拉伸表现为滑移开裂特征;高温拉伸断裂失效机制为变形不均匀的蠕变断裂;高温持久断口表现为典型的塑性断裂特征,变形均匀。

钢制试件拉伸断裂及疲劳开裂声发射特征分析

设计钢制试件拉伸断裂和疲劳开裂两种损伤过程的声发射监测试验,对采集到的声发射信号进行参数分析,结合红外热成像检测结果,研究声发射信号特征参数与试验过程中试件力学行为之间的相关性。研究结果表明：拉伸断裂和疲劳开裂过程中试件声发射信号的能量、振铃计数、幅值等声发射信号特征参数能够很好地表征试件损伤过程的力学性能演化规律;试件出现损伤时所发出的声发射信号能量幅值主要分布在65-80 dB;声发射技术用于工程结构的健康监测是可行和有效的。

界面金属间化合物对铜基Sn-3.0Ag-0.5Cu焊点拉伸断裂性能的影响

研究了Cu／Sn-3．0Ag-0．5Cu／Cu焊点在（150±1）℃时效温度下，0～1000h不同时间时效后焊点的拉伸断裂性能以及界面金属间化合物（IMC）的组织形态和成分。结果表明：随着时效时间的延长，焊点拉伸强度降低，拉伸断裂主要发生于Solder／IMC界面或／和IMC／IMC界面，而且断口形貌逐渐由韧窝状断口为主向解理型脆性断口转变。SEM研究发现，时效过程中界面IMC不断长大、增厚并呈针状或块状从Cu／Solder界面向焊点心部生长，时效1000h的焊点中IMC分层明显。半焊点结构为Cu／Cu3Sn／Cu6Sn5/Solder，同时，在靠近铜基体的IMC中有Kirkendall空洞存在。

粉末高温合金FGH96中的原始粉末颗粒边界及其对合金拉伸断裂行为的影响

采用等离子电极旋转雾化法和热等静压法(hot isostatic press,HIP)分别制备FGH96粉末与合金,对原始及高温(1 150℃)预热处理后的FGH96粉末表面析出相以及HIPed FGH96合金的原始粉末颗粒边界(prior particleboundary,简称PPB)进行分析,进而研究PPB对合金室温和750℃拉伸断裂行为的影响。研究发现:原始粉末表面无明显析出相,1 150℃预热处理后粉末表面有块状MC和细小氧化物分布;热等静压法制备的FGH96合金及其热处理后,PPB析出相主要由颗粒和块状的金属碳化物MC及富Zr的氧化物颗粒组成;该合金经过固溶和时效处理后,颗粒状MC部分溶解而块状MC长大,PPB碳化物的尺寸分布由单峰分布转变为双峰分布;常温拉伸时微孔在PPB上形成并扩展,合金沿PPB断裂;750℃拉伸时,合金强度与塑性较常温下明显降低,部分M23C6在晶界析出,块状和颗粒状碳化物部分溶解,为M23C6提供碳源,合金断口呈现沿晶和沿PPB混合断裂的形貌。

木材微观构造与拉伸断裂的关系

利用环境扫描电子显微镜(ESEM)结合微力学拉伸装置,对木材受微力学拉伸时的断裂过程进行实时监测,通过对断裂影像和应力曲线的分析,得出了导管、纺锤形木射线、早晚材边界、木纤维、管胞、木射线、及细胞壁上的纹孔与木材拉伸断裂的关系。导管、纺锤形木射线和早晚材边界对裂纹扩展起到阻挡的作用,在轴向力作用下木射线的破坏主要是胞间层的撕裂,纹孔常常保持完整的形态,裂纹顺着纹孔边缘扩展。

喷气涡流纺纱线拉伸断裂强力预测模型构建与验证

为更好理解喷气涡流纺纱线结构对纱线强力的影响机制,实现纱线结构优化设计,首先在观察与分析喷气涡流纺纱线结构基础上,构建了喷气涡流纺纱线的几何结构模型;阐述了喷气涡流纺纱线内纤维的受力情况,以此得出喷气涡流纺纱线拉伸断裂强力的数学模型;通过对喷气涡流纺纱线拉伸断裂强力预测值与实测值的比较进行模型验证。研究结果表明:纱线强力预测模型对纱线拉伸断裂强力的预测结果与实测值较接近,同时,纱线中毛羽纤维造成的纱线半径计算的误差会影响到模型预测结果的精确性。

富Nd第二相颗粒对钛合金拉伸断裂方式的影响

通过薄片试样原位拉伸和圆棒拉伸实验研究了富Nd第二相颗粒的早期脆性断裂对一种近α型钛合金断裂行为的影响。结果表明 ,随颗粒体积分数的增加 ,合金的拉伸强度有所降低 ,但合金的塑性得到改善。富Nd第二相颗粒的早期脆性断裂不会导致材料的脆性断裂倾向 。

镍基单晶高温合金的拉伸断裂行为

对[001]、[011]和[111]取向的镍基单晶高温合金的不同取向的弹性模量及硬度做了表征,并分析了[011]和[111]取向的单晶在室温和1070℃的拉伸断口形貌。研究结果表明:合金的弹性模量及拉伸断裂存在各向异性。室温下,[011]取向试样拉伸断裂变形不均匀,断面为椭圆形;[111]取向的试样断裂面为圆形,没有发生颈缩。[011]、[111]取向断口均由裂纹源区、扩展区及瞬断区组成。室温下,合金的拉伸断口为剪切型韧性断裂;高温下,合金的拉伸断口为微孔聚集型韧性断裂。

含裂纹金属拉伸断裂过程的热像检测方法

在含裂纹的A3钢试件拉伸断裂过程中,采用红外热像仪监测其拉伸断裂行为,并基于热像序列计算出裂纹扩展中的热耗散速率;跟踪裂纹前端最高温度点,测量出裂纹扩展长度。根据热力学理论讨论了温度变化与构件力学行为之间的联系。研究结果表明,裂纹试件在拉伸断裂过程中的温度曲线包括5个阶段:扩展前平稳阶段、波动升温阶段、稳定升温阶段、失效前迅速升温阶段和失效后降温阶段。温度的变化描述了构件的力学行为,揭示了构件的损伤规律。

掺砾黏土拉伸断裂细观特性研究

掺砾黏土在高心墙堆石坝工程中的应用越来越广泛,其拉伸断裂特性对心墙的安全至关重要。将掺砾黏土视作四相复合材料,基于图像处理和随机投放建立了考虑真实砾石形态的细观数值模型,结合物理试验的结果验证了其有效性,并分析了掺砾黏土拉伸断裂的宏细观特性。应力位移曲线的宏观非线性是细观非均质性的体现,砾石的掺入大幅减低了抗拉强度,但提高了峰后抗拉性能;土石界面是微裂缝发展的源头,拉伸断裂是一个微裂缝萌生、扩展以至汇集形成宏观裂缝的过程;拉伸断裂发生在一个区域,即断裂过程区,该区域的形成与砾石的随机分布有关。最后,采用数值试验分析了随机砾石投放和掺砾量对掺砾黏土宏细观力学行为的影响。

焊点尺寸对微焊点拉伸断裂强度的影响

采用基于动态力学分析仪（DMA）的精密拉伸试验与ANSYS有限元数值模拟方法研究了“铜引线／Sn-3．0Ag-0．5Cu钎料膳同引线”三明治结构微焊点（直径均为200μm，高度为75-225μm）的拉伸断裂行为。结果表明：微焊点直径不变而高度为225，175，125和75μm时，其拉伸断裂强度分别为79．8，82．8，92．5与104．6MPa，即焊点尺寸（高度）减小会导致拉伸断裂强度增大，同时微焊点最终断裂位置由焊点中部向钎科似同引线的界面处转移。

第二相对Ti-25V-15Cr-2Al-0.2C-x(x=0,2%Mo,2%Nb,02%Si)合金拉伸断裂行为的影响

研究了第二相对Ti 2 5V 15Cr 2Al 0 .2C x (x=0 ,2 %Mo,2 %Nb ,0 .2 %Si)阻燃β钛合金拉伸断裂行为的影响。结果表明 ,β晶界上析出的α相增加了合金发生沿晶断裂的趋势 ,特别是热暴露后形成的连续晶界α膜是导致合金脆性沿晶断裂的主要原因。虽然粗大的碳化物颗粒是合金中的裂纹源之一 ,但细小、弥散分布的碳化物却能显著降低合金发生脆性沿晶断裂的趋势 。

岩石紧凑拉伸断裂过程及其尺寸效应的三维数值模拟

采用最近开发的三维岩石破裂过程分析软件RFPA3D模拟单边裂纹紧凑拉伸断裂过程。试验中五个不同尺寸的岩样具有相同的力学性质参数分布,模拟结果得到了裂纹扩展中的应力场、位移场和声发射的空间分布以及单边裂纹扩展贯通的过程。单边裂纹拉伸断裂的路径是一个复杂的空间三维曲面,三维裂纹比二维裂纹更为复杂。分析了岩石试样的峰值强度和试样尺寸之间的关系。随着岩样尺寸的增加,峰值强度逐渐减小,并且延性破坏特征更加明显,模拟结果满足岩石的尺寸效应规律。最后模拟了三组不同均匀性的试样拉伸破坏过程,结果表明细观上的非均匀性对岩石尺寸效应有很大影响,随着非均匀性的增加,岩石宏观强度随之提高,即使在均匀材料中一样存在尺寸效应。

延性材料动态拉伸断裂早期连通过程的逾渗描述

借鉴逾渗理论,提出了新的应力松弛函数,简称PR函数(Percolation-Release Func-tion),用以描述断裂发生前由于微孔洞连通而引起的快速应力松弛过程,具有较为明确的物理意义。通过其与损伤度函数模型进行耦合,对无氧铜和45钢平板撞击层裂进行了数值模拟。结果表明:数值计算不仅有效地再现了界面的应力历史和自由面速度历史,而且再现了靶中的损伤分布;新的逾渗松弛函数具有较好的适用性。

Ti-7Al和TiC界面拉伸断裂机制的分子动力学模拟

采用分子动力学与EAM势函数结合的方法研究了α-Ti中Al原子不同固溶取代模型对其能量和力学性能的影响,并通过混合势函数探究了Ti-7Al与Ti C界面原子尺度的拉伸变形过程和断裂机制。结果表明:当Al原子取代α-Ti中能量较低的原子时,其单晶屈服强度增加较大;当Al原子取代能量较高的原子时,单晶屈服强度增加较小,同时在α-Ti(Al)拉伸变形过程中发现了孪晶变形。在Ti-7Al和TiC界面处进行拉伸变形的过程中,随着应变的增加,α-Ti(Al)中产生大量1/3<1100>位错线,并表现出一定取向性,然后扩展、增殖并聚集,直至界面断裂,断裂位置在Ti-7Al与TiC界面的Ti-7Al一侧,说明Ti-7Al和TiC界面结合强度较好。

高铁含量挤压铸造铝铜合金中富铁相演变及对拉伸断裂行为的影响

采用拉伸性能测试、扫描电镜、透射电镜、深腐蚀、定量金相等技术手段研究了不同Fe含量的挤压铸造铝铜合金中富铁相演变规律及对合金拉伸断裂行为的影响。结果表明:随着Fe含量的增大,合金力学性能急剧下降,这主要是由于针状富铁相逐渐增多,富铁相体积分数的增多及尺寸的增大,同时铝基体里面的强化相减少。汉字状的α-Fe和Al6(Fe Mn)对高铁含量的合金性能危害性不大,这主要是由于汉字状的α-Fe和Al6(Fe Mn)中的枝晶臂与铝基体的界面结合能力更强,同时阻碍拉伸过程中裂纹扩展。而粗大针片状的β-Fe和Al3(Fe Mn)在拉伸过程中容易导致应力集中,成为裂纹的起源,同时在合金凝固过程中阻碍补缩通道形成铸造缺陷,从而恶化合金力学性能。挤压压力可以减少针状富铁相,并使针状富铁相高径比增大,同时细化富铁相尺寸。所有这些因素都能够减少富铁相本身开裂的趋势,同时增大富铁相与铝基体界面的结合力,从而提升合金力学性能。

PP/POE/BaSO_4共混体系界面相互作用表征与拉伸断裂形态研究

设计了三种具有不同界面相互作用的 PP/ POE/ Ba SO4 三元复合体系 ,SEM观察和 DSC分析证明三元复合体系中形成了两种形态结构 ,即完全分离结构与核壳包覆结构。采用拉伸屈服强度定量表征了界面相互作用的强弱 ,研究了界面相互作用对三元复合体系拉伸断裂形态的影响。研究结果表明 ,体系的界面相互作用对其拉伸屈服强度和断裂伸长率有明显影响。