材料力学性能实验教学探究——以硬度实验为例

以本科课程材料力学性能必做硬度实验为研究对象,分析传统实验教学存在的问题和不足,运用现代教学工具和理念,从学生实际情况出发,对教学材料、课堂内容和成绩评定三方面进行了系列改进。以期提高学生解决问题的动手实践能力和探究性思维,对工科实践教学具有普适借鉴意义。

纳米硬度实验有限元数值模拟

使用FEPG(F in ite E lem ent Program Generator)软件编程,对维氏压头的微硬度实验进行模拟,建立了一种针对膜基体系有限元计算的新模型,该模型考虑了边界摩擦和实时跟踪接触因素,在对S i片和TiN单层膜压痕的模拟分析后,得出“载荷-压痕对角线关系曲线”,与其它文献中的实验结果相吻合。说明模型是合理的,结果是可靠的,对实际应用具有指导意义,并为理论分析提供了研究方法。

纳米硬度实验中的多位错生成分析

本文利用边界单元法及基于PeierlsNabarro模型的位错理论,分析了理想纳米触头下多位错的生成,得到了滑移面上多位错的构形以及表面位移与载荷的关系曲线。根据得到的计算结果分析了薄膜厚度的影响,得到了与已有实验结果相同的结论。通过把表面看成一个包含在无穷大弹性体中的无穷大弹性体中无穷大裂纹来考虑表面的影响,从而可以直接采用已有的边界积分方程。该方法在连续介质力学的计算中引入了包含原子信息的层间势能函数,为分析多尺度的力学问题提供了有效的方法。

用边界元法分析纳米硬度实验中的位错生成

利用边界积分方法及基于Peierls-Nabarro模型的位错理论,分析了理想纳米触头下位错的生成, 得到了滑移原子层上相对滑移量、位错产生的临界载荷以及激发位错所需的激发能。导出了位错产生临 界载荷的近似解析式。用于验证数值分析结果的有效性。该方法在连续力学的计算中引入了包含原子信 息的层间势能函数,为分析多尺度的力学问题提供了有效的方法。

多层膜体系微硬度实验的有限元数值模拟

使用FEPG软件编程,对维氏压头的微硬度实验进行模拟,建立了一种针对膜基体系有限元计算的新模型,该模型考虑了边界摩擦和实时跟踪接触因素,在对TiN单层膜和TiN/Ti/TiN/Ti/TiN/Ti6层膜压痕的模拟分析后,得出“载荷压痕对角线长度关系曲线”和“硬度载荷关系曲线”以及塑性区分布图,并对微硬度实验中的压头的压入深度相对于单层膜膜层厚度和多层膜中组分膜膜层厚度的取值进行了讨论.与其他文献中的实验比较,结果吻合.说明模型是合理的,结果是可靠的,对实际应用具有指导意义,并为理论分析提供了研究方法.

硬度测定实验教学的方法与体会

实验教学是金属材料工程专业学生培养中十分重要的一个环节,结合学校人才培养目标以及金属材料工程专业课程的性质,以“材料力学性能”实验课的硬度实验为例,总结了硬度实验中出现的问题,提出了以综合实验为主、验证实验为辅的教学方式,实验内容注重与工程实际相结合,并对实验方法及考核方法进行了探讨。结果表明,实验教学的改革对提高学生的工程实验能力和培养创新意识具有积极的效果,提高了实验教学质量,并将为学生以后的工作奠定一定的工程实践基础。

高硬度水质测定实验的研究与改进

文章对高硬度水质测定实验中变色不敏锐、终点拖长问题进行了研究并提出改进方法．实验结果表明：加盐酸并煮沸能有效改善高硬度且含大量HCO3水样变色不敏锐的问题，提高了测定的准确度．

里氏硬度测量实验箱的设计

阐述一种理工科院校金属材料硬度测量实训教育装备——里氏硬度测量实验箱,该实验箱不同于以往实训中所用到的台式硬度计和便携式硬度计。台式硬度计体积过大且不便移动;便携式硬度计电量少、屏幕小、探头不可更换、配件不易携带。该实验箱针对这些不足进行优化设计,具有大容量电池、高分辨率大屏显示、可更换配件、箱式便携一体化等优势。

洛氏硬度测量不确定度的评定

通过在金属洛氏硬度试验中对不确定度的分析与计算,介绍了不确定度的基本原理及其在硬度试验中的实践应用。

一种新型的金相显微硬度自动分析测试方法

针对目前计算机数字图像分析技术对维氏硬度进行分析的自动化程度较低的现状,提出了一种将小波多分辨率理论用于金属表面维氏硬度实验压痕进行自动分析的方法.对压痕采样信号进行小波分解,分别对db7小波基分解的细节和逼近进行分析判断,从而得出在压痕边缘上与采样线的所有交点,应用最小二乘法拟合出压痕的边缘直线,对提取压痕进行尺寸标定,得到压痕的对角线实际几何尺寸,最终计算出试验点的维氏硬度值.系统采用上下位机微机控制方式,显微镜载物台数控系统采用嵌入式技术开发,保证了控制系统的稳定性和实时响应性.

基于FDM的大尺寸薄壁类3D打印件硬度的工艺分析与研究

介绍了3D打印技术及其分类,并针对熔融沉积3D打印大尺寸薄壁类件的硬度影响工艺因素进行了重点分析;设计并制造出试验加工模型,制定正交打印试验方案;研究了层高、填充密度、打印速度与喷头温度对打印样件硬度的影响;采用极差分析法制定了最合理的工艺参数组合,保证了打印产品的成型硬度,为3D打印技术推广与应用提供理论支持。

Al-Si合金活塞性能实验研究

Al_Si合金被广泛用于制造各种活塞,其中又以ZL109使用最为普遍。应某公司要求,本课题组对A、B两个厂家的活塞进行评估。运用了化学分析、金相、扫描电镜、硬度实验等手段,发现A、B两厂产品尽管成分相似,但A厂活塞为过共晶组织,B厂样品却为亚共晶组织,并得出A厂活塞制造的工艺较优的结论。

人体肱骨干显微骨硬度分布特征的实验研究

目的测量并分析肱骨干不同层面和方位显微骨硬度分布特征及其临床意义.方法选取新鲜成人尸体标本3具(62岁男性、45岁女性和58岁男性),取其右侧肱骨干部分,垂直于肱骨干长轴水平,使用金刚石慢速锯在每一段精确切取厚3 mm的骨组织标本共7层,分别标记为第Ⅰ~Ⅶ层,进而区分为肱骨干上段(Ⅰ、Ⅱ层)、中段(Ⅲ~Ⅴ层)、下段(Ⅵ、Ⅶ层),并将每层划分为前、后、内、外四个区域;应用维氏金刚石显微硬度压头在标本表面进行硬度测量并分区统计,进而分析不同区域肱骨干显微硬度分布规律.结果共获得肱骨干84个测量部位420个测量位点的有效测量值.分析显示,肱骨干总体硬度(47.52±6.01)HV,肱骨干中段整体硬度大于肱骨干上段及下段(F=11.594,P<0.01).肱骨干7个分层中,Ⅳ层硬度最大(51.34±7.01)HV、Ⅶ硬度最小(45.72±6.25)HV;肱骨中段Ⅳ层内侧部分硬度最大(53.77±8.70)HV,肱骨干下段Ⅶ层后侧区域硬度最小(42.02±7.47)HV.肱骨干后侧整体硬度(45.28±6.47)HV,小于肱骨外侧(49.12±5.22)HV、内侧(48.28±6.10)HV、前侧(47.40±5.55)HV硬度,差异有统计学意义(F=8.347,P<0.01).结论肱骨干骨皮质不同层面及方位骨显微硬度存在差异,该分布规律数据可指导设计适应生理状态下骨骼应力传导特性的3D打印仿生内置入物.亦可对模拟生理状态下骨骼生物力学性能的骨骼建模及有限元分析提供数据支持.

热采注汽管网破裂原因分析与建议

本文对乐安油田热采注汽管网破裂原因进行了分析,提出了相应的防止措施。

纳米触头下位错生成的临界载荷

分析了理想圆柱形纳米触头下的弹性应力场分布,并结合滑移原子层上耦合的本构关系,确定了滑移面位置及滑移面上产生非稳定滑移(位错生成)的临界载荷.分析了不同的材料参数对滑移面位置和位错产生的临界载荷的影响.

压力诱导硅多形性相转变——谨以此文恭贺侯增寿教授八十华诞

研究载荷水平,加卸载速率以及硼掺杂对硅多形性相转变的影响,并粗略勾画出压力诱导硅相转变图。高掺杂明显增加了非晶硅的形成范围。表明掺杂降低了晶体硅的相稳定性。初步的相变动力学分析表明,室温下这类多形性相转变很可能是通过无成分变化的相界面原子重组实现的,而不是长程或跨越一两个原子层的短程扩散。

Journal of Yangtze University（Natural Science Edition） MAIN ABSTRACTS

Experimental Study on the Stability of Electrical Discharge Machining (EDM) of Insulating Ceramics Si3N4，Analysis of Nucleation of Dislocation in Nanoindentation by Variational Boundary Integral Method，Hardware Design for An AC Inverter Air Conditioner，A Control System for Guiding the Traffic Flow in Old Towns Based on Fuzzy Control Theory，Software Design of Experimental Data Process by γ Energy Spectrum……

激光熔覆层的微观检测

通过选取三种基材、五种合金粉末进行的激光熔覆实验,探讨了金相显微分析和显微硬度实验两种熔覆层的微观检测方法,并得出相关检测结果。

不同热处理对Al-7.95Zn-1.84Mg-0.65Cu合金力学性能和耐腐蚀性能的影响

通过硬度和拉伸实验以及晶间腐蚀和透射电镜(TEM)重点研究了回归再时效(RRA)热处理对Al-7.95Zn-1.84Mg-0.65Cu铝合金力学性能和耐蚀性的影响。研究结果表明,相比于单级峰值时效(T6)工艺,经RRA工艺(120℃/24 h+200℃/10 min+120℃/24 h)处理后,Al-7.95Zn-1.84Mg-0.65Cu合金能够获得较高的硬度,同时抗拉强度达到528.37 MPa,伸长率为13.73%,强塑积提高了29.4%;电导率为40.47%IACS,晶间腐蚀深度仅为59.43μm,剥落腐蚀等级为EA级。透射电镜结果表明,RRA处理后合金晶内析出尺寸较大、衬度更加明显、强化效应大的η'相,晶界析出相呈现不连续分布,晶界析出相更加粗大,并形成了更宽的无沉淀析出带。

人体脊柱胸腰段椎骨显微骨硬度分布特征研究

目的探讨人体胸腰椎段椎骨显微骨硬度的分布特征及临床应用前景。方法选取3具新鲜成人尸体标本,取出其T11~L2椎骨后剔除软组织。将每一个椎骨分为椎体区和附件区,经高精慢速锯切割成若干厚约3 mm的骨组织切片,12块椎骨标本共计产生72个骨组织切片。应用维氏显微硬度测量仪测量骨组织切片不同区域皮质骨和松质骨的显微硬度值,每一个区域选取5个有效显微硬度值,全体有效值的平均值作为该区域的硬度值。结果12块椎骨共进行660次有效压痕实验并取得显微硬度值。(1)胸腰段椎休总体硬度为11.6~48.3 HV,其中皮质骨硬度为13.8~48.3(31.62±5.66)HV,松质骨硬度11.6~44.9(29.62±5.38)HV;(2)胸腰段椎体区和附件区皮质骨硬度分别为(29.99±5.27)HV和(32.92±5.63)HV,松质骨硬度分别为(28.44±4.79)HV和(30.81±5.71)HV,附件区均高于椎体区,差异均有统计学意义(t=5.098、2.011,P值均<0.05);(3)椎体区皮质骨硬度由高到低依次为下终板(33.94±4.31)HV、上终板(29.76±4.35)HV、外周终板(28.13±5.07)HV,下终板皮质的骨硬度高于上终板、外周终板,差异均有统计学意义(P值均<0.05);(4)附件区皮质骨中,硬度由高到低依次为椎弓根皮质(34.78±5.30)HV、上关节突(33.73±5.68)HV、椎板(33.15±5.28)HV、横突(31.69±5.37)HV和下关节突(31.26±5.91)HV,其中椎弓根皮质骨硬度与横突和下关节突相比,差异均有统计学意义(P值均<0.05)。结论本实验首次应用维氏显微硬度方法对人体胸腰椎段椎骨显微硬度的分布规律进行研究,发现胸腰椎段椎骨附件区皮质骨、松质骨骨硬度分别高于椎体区皮质骨、松质骨骨硬度,胸腰椎段T11~L2之间、不同标本的胸腰椎段的骨显微硬度存在差异,但分布规律相对一致,是微观结构、力学承载共同作用的结果,符合人体正常生理及负重功能。本研究结果可为3D打印制备具有梯度硬度的人工椎骨提供数据支持。