共晶Si形貌对A356铝合金动态、准静态压缩力学性能及氢脆的影响

共晶Si形貌与A356铝合金的动态、准静态压缩变形下的力学性能及抗氢脆性能的影响密切相关。因此文章通过Material Test System(MTS)及霍普金森压杆(SHPB)测试变质前后A356铝合金的动态/准静态压缩力学行为,并采用电化学充氢方法研究合金的抗氢脆性能。结果表明,准静态压缩变形后,合金中板状共晶Si垂直于压缩方向破裂成颗粒状。细化后的共晶Si提高了合金的塑性,延缓了合金的失效。而动态压缩变形后,板状共晶Si变形不均匀,并且碎成块状的共晶Si的尖端在压缩过程中会切割基体,导致其附近出现裂纹等缺陷。随着应变速率增大,铸态A356合金的屈服强度及抗压强度逐渐增大,合金具有一定的应变速率敏感性。变质后,共晶Si得到细化,增大了Al/Si接触面积,共晶Si捕获原子氢后降低了其与基体的连结,导致合金在拉伸变形过程中裂纹更易沿其扩展,并且细化后的共晶Si会进一步降低合金的抗氢脆性能力。其中细化后残存的块状共晶Si在捕获原子氢后会出现脱粘现象,易成为裂纹萌发点。

挤压态Mg-Al-Mn-(0.2Sr)镁合金的准静态压缩变形行为

采用准静态压缩实验研究了挤压态Mg-Al-Mn-(0.2Sr)镁合金在0.0001~0.33 s^(-1)应变速率范围内的变形行为。结果表明:挤压态Mg-Al-Mn-(0.2Sr)镁合金的流变应力响应行为具有一定的应变速率相关性,具体表现为流变应力随加载应变速率的增加呈现先降低,后增加,再降低的演变趋势。在压缩变形过程中,两种镁合金试样均产生了较为明显的动态应变时效(DSA)。产生DSA所需的临界应变随加载应变速率的增加而增加,且应力-应变曲线的锯齿类型具有强的应变速率相关性。添加Sr元素降低了镁合金沿径向压缩的流变应力,但对DSA行为具有一定的促进作用。相同应变速率下,挤压态Mg-Al-Mn-0.2Sr镁合金产生DSA的临界应变明显较小,且锯齿幅值略大。此外,Sr元素对孪生也具有一定的抑制作用,导致挤压态Mg-Al-Mn-0.2Sr镁合金的孪晶界出现不同程度的扭曲。

AZ31镁合金板材准静态-动态冲击流体介质温热复合成形极限研究

基于Nakazima半球凸模胀形试验,对AZ31镁合金板材进行了成形极限试验,探究了AZ31镁合金板材在准静态-动态冲击流体温热复合成形下成形极限分布规律。结果表明,温度升高会提升AZ31镁合金板材的极限应变,对比准静态与复合成形两种方式下的极限应变发现, AZ31镁合金板材在准静态-动态复合成形下极限应变值更高,塑性成形性能得到改善。对两种成形方式下的断口形貌扫描进行分析,结果表明,准静态-动态复合成形的韧窝比准静态成形的韧窝多且深。对不同成形方式试样在室温、 100及200℃下进行了EBSD分析,发现在室温时,复合成形出现了少量{10-12}拉伸孪晶协调变形。在100℃时,复合成形引入细而薄的拉伸孪晶片层,切割细化晶粒,塑性较准静态成形得到提升。200℃下比准静态成形产生更多的再结晶晶粒是复合成形塑性提高的主要原因。

点阵材料在准静态和动态压缩下的力学行为研究

点阵材料是一种多功能轻质材料,在能量吸收领域具有良好的应用前景。通过激光选区熔化技术设计并制备四种不同单胞构型的316L不锈钢点阵材料,具体为体心立方、面心立方、体心立方垂直棱柱、面心立方垂直棱柱。通过材料试验机和高速拉伸机开展在10-3 s-1和100 s-1应变率下的压缩试验,研究点阵材料在准静态和动态载荷下的力学性能。结果表明,单胞类型对点阵材料的能量吸收有显著影响。在点阵材料的单胞结构中增加Z方向垂直棱柱,可以极大增大应力平台应力。随着载荷速率的提高,点阵材料的能量吸收能力提高,由此表明点阵材料存在明显的应变率效应。

TC21钛合金微观组织对准静态和动态压缩性能的影响

TC21钛合金经不同工艺热处理后,获得了等轴组织、双态组织和片层组织,通过万能材料试验机及分离式Hopkinson压杆,分别对3种组织试样进行压缩试验,研究微观组织对TC21钛合金准静态和动态压缩性能的影响。结果表明,三者的准静态压缩性能各不相同,等轴组织塑性最好,但其强度低;双态组织强度较高,断裂应变却较差;片层组织具有较好的强塑性匹配。三者的动态压缩性能也存在差异,在1500～3200 s^(-1)应变率压缩下,等轴组织的动态流变应力较低,但其动态塑性应变较好,具有较好的抗冲击性能;双态组织有着较高的流变应力,但其抗冲击性能较差;片层组织表现出较高的流变应力同时抗冲击性能好,为三者中动态力学性能匹配最佳。

Al/PTFE/W反应材料的准静态压缩性能与冲击释能特性

为了提高铝/聚四氟乙烯/钨(Al/PTFE/W)氟聚物基反应材料的冲击反应毁伤效能,开展了Al/PTFE/W反应材料的准静态压缩实验。分析了W的含量(0%,30%,65%)、Al颗粒粒径(13,45,75μm)以及PTFE颗粒尺寸(25,160μm)对反应材料的准静态力学性能的影响。用准静态密闭反应容器对反应材料进行了冲击释能测试,测得反应材料在750~1200 m·s^(-1)的冲击反应压力、释能持续时间。分析了Al颗粒粒径及PTFE材料粒径对冲击反应释能特性的影响。结果表明,当W的含量为0,30%和65%时,反应材料的失效强度分别为55.6、64.8和22.8 MPa,W的含量变化对屈服强度的影响不大。Al颗粒的尺寸从75μm减小到13μm时,反应材料的失效强度从64.7 MPa提高到83.1 MPa,提高幅度为28.4%。增大PTFE基体材料的粒径也可有效地提高反应材料的失效强度。反应材料的初始反应压力阈值和释放能量持续时间受材料粒径和准静态压缩力学性能的影响。

金字塔点阵夹芯板单元结构准静态压缩性能研究

点阵夹芯板结构是一种新型的轻质、高强度多功能材料,在船舶领域有着广泛的应用前景。而传统金属材料的夹芯结构面板与芯子之间是通过粘结或焊接连接,易造成弱界面缺陷。基于此,提出一种增强金属材料桁架类夹芯复合壳板结构节点强度的新型加工工艺方法。首先,对点阵夹芯结构在准静态压缩载荷作用下的弹性本构关系进行理论分析;然后,对用该方法制备的节点增强金字塔点阵夹芯复合壳板单元结构进行准静态压缩试验研究。结果发现,随着载荷的增加,金属杆发生塑性屈服并在中间部位出现了断裂。最后,将试验结果与理论预测值进行比较,发现二者吻合较好,证明了理论分析的正确性。

基于面心立方孔洞堆砌模型的泡沫铝准静态及动态压缩模拟研究

以有限元分析软件ANSYS的Workbench为平台,以高孔隙率面心立方孔结构（Face centered cubic,FCC）的泡沫铝模型为对象,进行了准静态压缩和落锤冲击的有限元模拟。高孔隙率泡沫铝特指孔隙率（Porosity,Pr）在85%~90%之间的泡沫铝。已有的实验结果表明,孔隙率为90%的泡沫铝的准静态压缩下屈服平台应力值为3 MPa,当冲击应变速率在900s-1以上时,其屈服平台的应力值稳定在7 MPa左右;模拟结果与实验结果一致,并发现当应变速率达到35342s-1后,泡沫铝的屈服平台应力值会再次大幅升高,达到14 MPa。根据泡沫铝压缩模拟的应力云图,揭示了不同应变速率下泡沫铝的吸能能力和变形模式的对应关系,并从结构变形的角度解释了泡沫铝的抗冲击吸能性能优于其准静态压缩的原因。

混凝土试样准静态与动态压缩试验研究

对φ70mmC60、C100混凝土试样,在φ74mm直锥变截面式SHPB进行动态压缩试验;并在MTS810电液伺服材料试验机上进行准静态压缩试验作为对比。压缩试验结果显示:抗压强度、动态放大系数及动态与准静态应变比值均随着应变率的增加而增加。在同一应变率下,就抗压强度增加率而言,抗压强度高的混凝土较强度低的混凝土高。还发现在不同应变率下,混凝土试样裂纹延伸方式也不同,并进一步对混凝土试样应变率效应的机理进行了探究。

岩石准静态和动态冲击试验及尺寸效应研究

为了研究尺寸效应对材料力学性能的影响,利用MTS(材料试验系统)和SHPB(分离式霍普金森压杆)试验装置,对不同长径比石灰岩试件进行了准静态和动态冲击压缩试验。试验结果表明:准静态加载条件下,岩石试件的强度随长径比的增大而减小;而动态冲击条件下,试件长径比对强度的影响存在一个临界值。长径比低于临界值,强度随长径比的增大而减小;长径比高于临界值,强度随长径比的增大而增大。对于高于临界长径比的岩石试件,存在临界加载速度,低于临界加载速度,静态尺寸效应占主导地位;高于临界加载速度,动态尺寸效应占主导地位。

泡沫铝的动态压缩性能和吸能性研究

通过测量泡沫铝在动态和准静态压缩条件下的应力 -应变曲线 ,研究了泡沫铝的准静态和动态压缩行为以及不同应变条件下的吸能性 ,并对其应变率效应进行了分析。结果表明 ,在高应变速率和准静态压缩下 ,泡沫铝的σ -ε曲线均表现出弹性变形段、平缓段和密实段三阶段特征 ;泡沫铝的压缩性能具有明显的应变速率敏感性 ,随应变速率的提高 ,流动应力上升 。

30t轴重18号道岔准静态及动态响应分析

建立了30t轴重75kg/m钢轨18号重载道岔静力、动力分析模型,对辙叉不同工况下的受力变形进行了准静态分析,对辙叉区钢轨强度进行了检算;对列车通过道岔的行为进行了动态模拟,分析了不同速度下车辆、道岔动态响应.结果表明:辙叉区钢轨具有一定的强度储备,心轨顶宽20mm处等效应力较大,建议对尖轨尖端适当加强;列车通过道岔时各指标均随速度增加而增加,列车可以直向速度110km/h、侧向速度90km/h安全通过道岔.

准静态和动态加载TA2工业纯钛受迫剪切破坏演化

采用扁平闭合帽形试样,利用材料试验机(MTS)和分离式霍普金森压杆(SHPR)作为加载手段,结合数字图像相关法(DIC)和金相分析,研究准静态和动态加载下帽型试样发生受迫剪切的破坏特征和力学响应。结果表明:准静态加载下失效由塑性损伤累积导致的裂纹形成并扩展引起;动态加载下,失效模式为绝热剪切失效。准静态加载下,剪切变形区始终保持一定宽度;而动态加载下,剪切区宽度逐渐减小,直到高度局部化的绝热剪切带形成,且准静态加载剪切区宽度明显大于动态加载剪切宽度。

用准静态谐振腔实现自由空间无线电能传输

为了使运动工作和随意摆放的设备得到高效利用,从而不断提高人们生活品质和生产效率,人们迫切希望能够以无线方式为这些设备提供电力,而不是依赖导线连接电源或者停下工作来充电。据此,利用准静态谐振腔原理,初步研究了在特定三维空间内,为静止或运动设备无线供电的技术。根据准静态谐振腔结构和电磁场分布特点,给出了准静态谐振腔电磁场各坐标分量的直观近似表达式。在此基础上,分析了接收线圈的感应电动势和腔体的功率损耗,以及传输效率的一般表达式。制作了2.08×2.08×1.12 m^(3)的立方体且带一对电极的准静态谐振腔,并针对接收线圈的自转和公转等运动,开展了传输功率与传输效率的实验研究和相同条件下的仿真研究,实现了在手持且运动状态下为手机无线充电的功能。

基于二阶功准则的岩质滑坡准静态-动态转化数值分析

地质不连续带的破坏往往对岩质边坡的失稳起控制性作用。二阶功破坏准则可以分析除振颤失稳外的所有材料失稳问题,因此,利用该准则分析了岩体不连续带的材料失稳破坏问题。首先从数学上解释了使用二阶功分析二维地质不连续带的优势;而后将二阶功破坏准则引入FLAC有限差分计算软件,并根据相关监测数据对南芬铁矿岩质滑坡进行了二维数值分析。滑坡是一个准静态到动态的转化过程,动能的突然爆发标志着准静态-动态转化的发生。二阶功和二阶动能之间存在直接关系,据此关系估算出的南芬铁矿岩质边坡动能演化曲线可以证明二阶功对岩土材料失稳破坏判别的有效性。

7B52叠层铝合金准静态及动态响应和本构模型研究

为研究装甲车用7B52叠层(7A62/7A01/7A52)铝合金板的力学性能及本构模型,开展7B52叠层板及各单层铝合金板的准静态压缩和动态冲击试验,获得各自的应力-应变关系和Johnson-Cook(J-C)本构模型。结果表明:当应变率为950~1720 s^(-1)时,7B52和7A62的流变应力随应变率增大而升高,材料表现出较高的应变率敏感性;应变率为1720~2100s^(-1)时,应变率敏感性降低;应变率为1100~3022 s^(-1)时,7A01和7A52的流变应力基本不变,其应变率敏感性较低;在高速冲击载荷下,7B52叠层板比7A62和7A52铝合金的延展性最大分别提升67%、26%,而与7A01铝合金相比,提升72%;7A62在准静态压缩下,发生剪切破坏;7B52在准静态压缩下,硬质层7A62与7A01中间层界面首先破坏,剪切带在7A52软层中形成。在准静态压缩下,7B52比7A62吸能提升131%,在0.25 MPa冲击载荷下,吸能提升54%,而在0.45 MPa和0.65 MPa冲击载荷下,两者吸能水平接近。仿真分析表明,所建立的J-C本构模型能预测7B52的静-动态力学性能。

准静态及动态载荷加载下聚脲材料的力学性能

为分析聚脲材料在准静态及动态载荷加载下的力学性能变化规律,开展了霍普金森压杆冲击试验研究。利用万能材料试验机和霍普金森杆对聚脲材料进行力学性能测试,获得各应变率下材料应力-应变曲线,结果表明:准静态载荷加载下的聚脲材料切线模量随着应变的增大而呈现类似指数函数增长趋势,动态载荷加载下呈现类似线性降低趋势;随着应变率的增加,聚脲材料强度(拉伸强度和屈服强度)、断裂能逐渐增加。由此可见:聚脲材料具有显著的应变率效应;聚脲材料高应变率载荷加载下的“递减硬化”特性与聚脲抗爆、抗冲击特性密切相关;从低应变率到高应变率加载,聚脲材料存在有橡胶态到玻璃态的转变,强度显著增强。

内爆炸准静态压力对球形容器弹塑性动态响应的影响

利用单自由度模型对球壳弹塑性动态响应过程进行力学分析并推导出解析解,得到等向强化双线性弹塑性球壳在考虑准静态压力的内爆炸载荷作用下径向位移响应公式,解析结果与数值模拟结果吻合较好。对屈服发生于首个脉冲阶段和准静态压力阶段的两种情况进行分析,获得了准静态压力对球壳弹塑性动态响应的影响规律。研究发现,若屈服发生于准静态压力阶段,进入屈服阶段时刻会受准静态压力幅值影响,随准静态压力的增大而减小;无论屈服发生于哪个阶段,最大位移均出现于准静态压力阶段,且出现时刻有明显差异,最大位移值随着准静态压力幅值的增大而显著增大;与弹性响应结果相比,在弹塑性响应分析中准静态压力幅值对最大位移的影响更为显著。研究表明,在炸药的威力评估工作中,针对准静态压力效应采取结构弹塑性响应分析更有实用价值和指导意义。

内爆炸准静态压力对球形容器弹性动态响应的影响

将球形容器内爆载荷简化为首个冲击波和准静态压力两部分,利用单自由度模型对球壳弹性动态响应过程建立力学分析模型并推导出径向位移响应解,LS-DYNA数值模拟结果与力学分析结果吻合较好,验证了该分析方法的可靠性。通过对所得到的球壳径向位移响应公式进行分析,获得了内爆炸准静态压力对位移响应的影响效应。研究发现,首个脉冲作用时间和准静态压力存在临界值,对最大位移出现时刻具有决定性影响,其中首个脉冲作用时间临界值与结构固有频率有关,准静态压力临界值与首个脉冲压力峰值及作用时间、结构频率、壳体厚度、材料弹性模量和泊松比等因素有关;最大位移出现于准静态压力作用期间时随准静态压力增大而增大,出现在首个脉冲作用期间时则不受准静态压力影响;最小位移随准静态压力增大而增大,后续等幅振幅值随准静态压力增大而减小。研究结果表明,采用多次使用型容器开展有限空间内爆炸效应威力评估时,不仅应考虑爆炸载荷首个脉冲冲量与后续准静态压力的具体细节,还应与结构动态响应历程和结构自身参数分析紧密结合。

Al/Al_2O_3P金属基复合材料的静动态压缩性能及损伤分析(英文)

用气压浸渗工艺制备了体积分数40％-50％Al2O3颗粒增强纯铝基复合材料,使用了4种不同尺寸的Al2O3颗粒,其平均粒径分别为5μm、10μm、30μm和60μm.测定了这些复合材料的静、动态压缩性能,并通过材料压缩前后密度变化的测量定量表征了材料的累计损伤.结果表明,与基体材料相似,这些复合材料表现出明显的应变率敏感性;当增强颗粒平均粒径小于60 μm时,材料的累计损伤基本与应变率无关,而主要取决于材料的应变.材料中颗粒的破裂主要是由颗粒间的相互作用引起的.较小尺寸颗粒增强的复合材料具有较高的流动应力和较小的累计损伤,并随着颗粒体积分数的增加,材料的流动应力和损伤率都相应增加.