不同取向下单晶铁纳米线拉伸行为的模拟研究

本文利用分子动力学模拟的方法研究了不同取向、尺寸和温度因素对单晶体心立方铁纳米线的拉伸变形行为的影响.铁纳米线轴向初始取向分别为<001>、<110>、<111>、<102>、<112>,模拟了不同温度(10~700 K)和不同尺寸范围(1.5~5 nm)下的变形机制.研究结果表明取向、尺寸和温度会显著影响单晶体心立方铁纳米线的拉伸变形行为.分子动力学模拟结果表明,直径为2 nm的<001>铁纳米线在300 K的拉伸载荷下,主要通过孪晶的模式发生变形,最后拉伸取向转变为<110>.而在700 K下,<001>铁纳米线的拉伸变形模式由滑移主导.不同初始取向在不同温度和尺寸下其变形机制截然不同,这导致了铁纳米线不同的力学性能.本文系统性地研究了在不同取向下的铁纳米线变形机制随尺寸和温度变化发生的转变.

成型温度对SiC_(f)/Ti60复合材料拉伸行为的影响

采用磁控溅射技术结合热等静压工艺制备SiC_(f)/Ti60复合材料,研究成型温度对SiC_(f)/Ti60复合材料室温和高温拉伸性能的影响规律,并分析其断裂机制。结果表明:SiC_(f)/Ti60复合材料室温拉伸强度随成型温度升高而降低,高温拉伸强度与成型温度关系不明显;拉伸载荷作用下材料的主要断裂特征表现为“纤维桥连”,呈现网络状的基体裂纹分布特征;复合材料损伤首先发生在反应层,裂纹萌生后扩展进入基体,基体断裂发生在纤维断裂之前,复合材料芯完全失效后包套断裂。

Al元素对一种增材制造镍基高温合金显微组织和拉伸行为的影响

为了明晰Al元素在增材制造镍基高温合金过程中对组织和性能的影响,通过激光金属沉积方法制备了不同Al含量的样品,分析了其显微组织以及拉伸行为的影响.结果表明:随着w(Al)增大(3%~5%),γ/γ′共晶、碳化物等析出相以及组织中裂纹等缺陷逐渐增加并在w(Al)=7%时达到最大,由高熔点碳化物钉扎在晶界和低熔点共晶重熔分别导致的凝固裂纹和液化裂纹大量形成.合金强度随着Al元素的增加先增后降,w(Al)=4%时达到最高,归因于γ′相的尺寸和立方度不断增加,阻碍位错的运动.而w(Al)=5%时性能下降归因于已有热裂纹、碳化物以及共晶含量的增加.

组织特征对980 MPa级先进超高强钢成形性能和拉伸行为的影响

以CP980钢、DP980钢、QP980钢为研究对象,采用单轴拉伸试验并结合数字图像相关技术,研究了组织特征对980 MPa级先进超高强钢单轴拉伸行为以及全局、局部成形性的影响。结果表明:QP980钢由马氏体、铁素体、残余奥氏体组织组成,在均匀变形阶段奥氏体相变产生的相变诱导塑性效应使该钢具有最优的全局成形性,但是新生马氏体相与其他相的硬度差较大,导致其局部成形性最差并形成准解理断裂;DP980钢由铁素体和马氏体组织组成,其强化机制以马氏体硬相强化和铁素体位错强化为主,全局成形性居中,同时因铁素体和马氏体之间具有一定的协调变形能力,其局部成形性较好,断裂形式主要为韧性断裂;CP980钢为铁素体、贝氏体、马氏体的多相组织,各相硬度差小,协调变形能力较强,局部成形性最好,断裂形式为韧性断裂。

单向SiC/SiC复合材料拉伸行为模拟研究

理解单向SiC/SiC复合材料在拉伸过程中的损伤破坏机制对掌握SiC/SiC复合材料的力学行为有着至关重要的意义。本文构建了一个单向SiC/SiC复合材料微观二维有限元模型,基于强度判定模拟纤维随机断裂过程;基于内聚力模型模拟界面脱粘现象;特别针对基体裂纹现象,通过均匀质方法和断裂能释放率建立了基体的连续介质损伤模型。结果显示,模型成功模拟了单向SiC/SiC复合材料在拉伸过程中的微观破坏机制和宏观力学行为。基体裂纹、纤维断裂、界面脱粘这3种微观破坏机制之间共同作用、相互影响,最终造成了材料整体的失效。本文中获得的结果将有助于进一步理解单向SiC/SiC复合材料拉伸行为,有利于材料性能的提高。

X12合金钢高温拉伸行为及Voce本构模型参数反求方法

为了研究X12合金钢的高温拉伸行为,在Gleeble-1500D热/力模拟试验机上进行了温度为900~1200℃、应变速率为0.01~5 s~(-1)的等温拉伸试验,分析了变形参数对该材料高温拉伸行为的影响规律。为了精确确定材料本构模型参数,提出了一种基于多岛遗传算法的反求优化方法。基于拉伸试验数据,采用提出的本构模型参数反求优化方法建立了X12合金钢Voce本构模型。结果表明,X12合金钢的高温拉伸行为呈现出典型的加工硬化和动态回复特性,其流动应力受到温度和应变速率的显著影响。模型预测值与试验值之间的相关系数、均方根误差以及相对误差分布的期望值和标准偏差分别为0.9933、6.36 MPa、0.3057和6.2998,说明采用反求优化方法得到的X12合金钢Voce本构模型能够准确地预测该材料的高温变形行为。

FeNiCrCoCu高熵合金拉伸行为特征研究:分子动力学模拟

高熵合金由于其优异的综合力学性能,在各种材料的应用中受到了广泛关注.通过分子动力学模拟,研究了FeNiCrCoCu高熵合金的拉伸力学特性,对拉伸过程中的应力-应变关系、抗拉强度、相变演化、位错类型以及长度等重要表征参数进行了深入讨论,探究了FeNiCrCoCu高熵合金力学性能以及塑性变形机制.

DD6单晶高温合金760℃和1070℃拉伸行为与变形机制

采用拉伸测试、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手段研究了第二代单晶高温合金DD6在760℃和1070℃拉伸行为与变形机制。结果表明:DD6单晶高温合金760℃拉伸变形时,大量位错和层错切割γ'相,出现热激活硬化,拉伸应力-应变曲线表现双重阶段,断口为类解理断裂特征;1070℃拉伸变形时,位错主要以绕过γ'相方式在γ相通道运动,拉伸应力-应变曲线表现曲线特征,断口为韧窝断裂特征。

循环形变对超细晶铜室温拉伸行为的影响

研究了循环形变处理对等通道转角挤压方法(ECAP)制备的超细晶铜(UFG—Cu)室温拉伸行为的影响.与制备态 相比,循环形变处理后UFG—Cu的塑性变形行为发生了明显的变化,在应力-应变曲线上出现流变应力的平台区,在此区域没 有应变硬化和颈缩发生,均匀延伸率由制备态的约2％提高到约6％.探讨了该阶段变形的机制以及导致这种变化的可能因素.

316L不锈钢25～350℃中的拉伸行为及流变应力计算

通过高温试验装置在模拟井下工况温度25～350℃范围内进行了316L不锈钢的拉伸试验。结合拉伸试验数据、拉伸后微观结构以及断口形貌对316L不锈钢的25～350℃范围内的拉伸变形行为进行了探讨。应用温加工变形理论,建立了316L不锈钢在井下温度场环境中的形变本构方程。基于拉伸试验数据,计算了应变速率因子Z,变形激活能Q,建立了316L不锈钢温变形过程的流变应力计算模型,为完井设计中膨胀管膨胀施工提供了参考依据。

超声辐照对HDPE分子量分布及拉伸行为的影响

研究了低挤出速率下，超声辐照对ＨＤＰＥ 分子量、分子量分布及拉伸行为的影响。结果表明，挤出机转速５ｒ／ ｍｉｎ 时，超声功率大于２００ Ｗ 会使熔体表观粘度急剧下降，挤出物分子量分布曲线出现双峰并向低分子量方向移动，样品拉伸应力应变过程中的应力硬化现象消失，拉伸强度和断裂伸长率降低，说明高强度的超声辐照作用会使ＨＤＰＥ 部分降解，分子结构发生永久性的变化。

平纹编织C/SiC复合材料在室温和高温环境下的拉伸行为

通过单向拉伸试验,对比研究平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料在室温和高温(1300℃,包括惰性气氛和湿氧气氛)环境下的宏观力学特性,并采用光学显微镜和扫描电镜对试件断口进行显微观察,分析其损伤模式和破坏机理。结果表明:C/SiC复合材料的室温和高温拉伸行为通常表现为非线性特征,在低应力时就开始出现损伤;纤维与基体之间界面滑行阻力的降低使C/SiC复合材料在高温惰性气氛环境下的拉伸强度和破坏应变均比室温下的高;碳纤维的氧化严重影响材料的承载能力导致高温湿氧环境下的拉伸强度和破坏应变均比室温下的低;C/SiC复合材料室温和高温下的拉伸均呈现韧性断裂,断口较为相似,只是纤维拔出长度和断口的平齐程度有所不同,其中高温惰性气氛环境下纤维拔出最长,高温湿氧环境下试件断口有明显的被氧化痕迹;0°纤维束表面基体开裂、明显的层间分层以及0°纤维和纤维束的拔出和断裂同时携带90°纤维束拔出是C/SiC复合材料在室温和高温下的拉伸破坏机理。

Al_2O_3弥散强化Cu基复合材料高温拉伸行为研究

Al2O3颗粒弥散强化铜基复合材料因具有高强度和高导电性而在电子行业和电阻焊行业有着广阔的应用前景,本文利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料的显微组织进行了分析,并用高温电子拉伸试验机测试了其高温拉伸力学性能。结果表明,Cu 0.6%Al2O3复合材料的室温拉伸屈服强度为442MPa,600℃时屈服强度为154MPa;试验温度低于300℃,其断面收缩率为22.2%～62.0%,温度高于400℃,其断面收缩率为4.5%～9.1%,呈现出明显的高温脆性。对其拉伸断口形貌和断裂机理进行了初步分析。

拉伸速率对PLA/PUR–T材料拉伸行为与形态的影响

以聚乳酸(PLA)和热塑性聚氨酯(PUR–T)为基体,通过双螺杆挤出机进行熔融混合制备了一系列PLA/PUR–T(质量比分别为90/10,50/50,10/90)共混物,将共混物通过立式注塑机制备标准拉伸试样;再利用万能试验机制备了PLA/PUR–T材料的拉伸样条并对其进行了不同拉伸速率下的拉伸测试,选取不同拉伸状态下的试样分别进行扫描电子显微镜观察。结果表明,当PLA为基体相,PUR–T为分散相时,PLA/PUR–T材料的最大塑性应力较高,在较低的拉伸速率下,其材料的屈服平台区和断裂应力较大,断面形貌呈现液滴态–粗纤态–细纤态的演变,随着拉伸速率的升高,其材料的屈服平台区消失,断面形貌呈现粗纤态–细纤态的演变;当PUR–T为基体相,PLA为分散相时,PLA/PUR–T材料的最大塑性应力较低,其材料的表现出强烈的拉伸强化和极大的拉伸应变行为,断面形貌呈现连续的粗长纤态–细长纤态的演变。

橡胶拉伸行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,在相同的全原子模型、聚合度及温度和压力条件下,对天然橡胶(NR)、杜仲橡胶[反式-1,4-异戊二烯橡胶(TPI)]和顺丁橡胶(BR)分子模型的拉伸行为进行模拟,研究拉伸过程中分子模型的应力-应变、能量、均方位移和均方回转半径的变化。结果表明:NR分子模型与TPI分子模型的拉伸性能基本一致,BR分子模型的应力响应较前两者更大;橡胶的拉伸性能与其分子中原子的流动性关联性很大。

PP纳米复合材料断面形貌分析及拉伸行为有限元模拟

采用熔融共混法制备了聚丙烯(PP)/纳米TiO2复合材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)分析了复合材料的冲击和拉伸断裂行为,最后采用有限元法对复合材料的拉伸行为进行了数值模拟。结果表明,复合材料的冲击韧性较纯PP有很大程度的改善,但其拉伸断裂方式仍为脆性断裂。拉伸过程中,大的团聚体首先与基体PP相脱离,纳米粒子及其表面的柔性界面层作为一个整体与基体PP脱粘。当无机纳米粒子的质量分数较小(1%)时,单个粒子的微区应力场受其他粒子的影响不大,微区应力场重叠或交叉现象不明显;在不同载荷作用下,无机纳米粒子与PP相互作用区域应力增量最为明显,即当应力增大时,界面相首先发生破坏,无机纳米粒子与基体脱粘。

-Al_2O_3/Al合金基复合材料拉伸行为的分析和模拟

本文以-Al2O3Al合金基复合材料为研究对象，在细观层次上建立分析模型，采用三维弹塑性有限元分析方法，对它的拉伸行为进行了较为详细的描述。研究涉及该类复合材料加载初期的应力-应变曲线的模拟和各种微结构特征的变化对应力应变行为的影响。同时考虑了纤维位向变化的影响，并引入了实际测得的短纤维位向分布规律，对随机分布短纤维复合材料的力学行为进行了模拟。研究表明，基体性能、纤维长径比和体积分数、纤维位向以及界面结合对-Al2O3Al合金基复合材料的拉伸行为均有较大的影响；本文所采用的有限元分析方法对该类复合材料加载初期的应力-应变曲线的预测也是较为准确的。

先驱体转化2D C_f/SiC复合材料的拉伸行为研究

研究了先驱体转化2D C_f/SiC复合材料的拉伸行为。单向拉伸试验表明,材料的抗拉伸强度、拉伸模量和断裂应变分别为181.45MPa、64.95 GPa和0.744%。通过拉伸加载卸载试验分析了材料的拉伸失效过程,并对拉伸试验的应力应变曲线进行了拟合。结果表明,2D C_f/SiC复合材料拉伸破坏可以分为线弹性变形、基体破坏、纤维断裂和材料整体破坏4个阶段,拟合得到的曲线与试验曲线非常吻合。

热解碳-SiC共沉积界面SiC_(f)/SiC Mini复合材料的制备及其拉伸行为

以国产第三代碳化硅纤维(SiC_(f))为增强体,通过化学气相渗透(CVI)工艺在SiC_(f)表面同时沉积热解碳(PyC)和SiC形成共沉积界面层,沉积时间为20~70 min,然后继续沉积SiC制备出致密的Mini SiC_(f)/SiC复合材料,研究复合材料的界面结构和拉伸行为。结果表明:20,40,70 min沉积时间下得到共沉积界面层的平均厚度分别为500,1100,2100 nm,界面层厚度均匀,为单层界面;当共沉积界面层厚度为1100 nm时,Mini复合材料的界面结合强度适中,拉伸强度最大,达到626.0 MPa,对应的断裂应变为0.45%。

动态硫化PP/EPDM的拉伸行为

采用一步法和母料法制备了动态硫化ＰＰ／ＥＰＤＭ ，进行了材料拉伸行为的研究，结果表明，分散相ＤＰＤＭ 可提高材料的延伸性和韧性，ＰＰ 的分子量决定了Ｆｔ、σｙ 和σｐ；而拉伸后期是否出现σｂ 和εｔ 的二次屈服，则和ＥＰＤＭ 的交联和形态有关。采用母料法和并用助交联剂，可达到增韧和保持刚性的目的。