岩层脆塑比在煤层断层成因分析中的应用

主要讨论在构造应力场相似条件下 ,煤层顶、底板岩体力学性质与煤层小断层之间的关系 .岩体力学性质的表述方法很多 ,岩层脆塑比是其中重要的表示方法之一 .在计算岩层脆塑比时 ,首先要计算并确定岩层的厚度范围 ,其次是计算脆性岩层和塑性岩层的厚度 .由于岩层岩性有一定的差别 ,因此 ,计算时不能简单的相加求和 ,应当通过强度调整系数换算后再进行计算 .

超精密磨削YAG晶体的脆塑转变临界深度预测

钇铝石榴石(YAG)晶体是制造固体激光器的重要材料,超精密磨削是加工YAG晶体等硬脆材料零件的重要方法,研究硬脆材料加工表面的微观变形、脆塑转变机理对超精密磨削加工具有重要的指导作用。为了实现YAG晶体低损伤磨削加工,获得高质量表面,基于弹塑性接触理论和压痕断裂力学,通过分析单磨粒划擦作用下材料表面的变形过程,考虑材料的弹性回复、微观下力学性能的尺寸效应,建立了脆塑转变临界深度的预测模型,并计算得到YAG晶体的脆塑转变临界深度为66.7 nm。在此基础上,通过不同粒度砂轮超精密磨削YAG晶体试验对建立的脆塑转变临界深度预测模型进行验证,并计算不同粒度砂轮在相应工艺条件下的磨粒切深。结果表明,磨粒切深高于脆塑转变临界深度时,YAG晶体磨削表面材料以脆性方式被去除,磨削表面损伤严重;磨粒切深低于脆塑转变临界深度时,磨削表面材料以塑性方式被去除,能够获得高质量磨削表面,加工表面粗糙度达到1 nm。建立的脆塑转变临界深度预测模型能够为YAG晶体的低损伤超精密磨削加工提供理论指导。

微晶玻璃低温脆塑转变机理的研究

微晶玻璃是一种新型的硬盘基板材料,目前大多采用超精密研磨和抛光进行加工。本文针对微晶玻璃低温抛光加工过程,研究了低温条件下微晶玻璃的脆塑转变机理,采用维氏硬度计研究了微晶玻璃在不同温度下的硬度以及裂纹的产生、扩展及特征,分析了温度对微晶玻璃脆塑转变的影响。结果表明:不同温度下,随着载荷的增加,微晶玻璃都经历了从塑性变形到脆性断裂的转变过程;随着温度的降低,微晶玻璃的显微硬度逐渐增加而裂纹长度减小。

大理岩脆-延-塑转换特性的细观模拟研究

针对锦屏深埋大理岩峰后变形破坏的脆-延-塑转换特性,采用颗粒流程序(PFC)中的簇单元模型(CPM)对其进行细观模拟研究。经过对室内试验结果的反复模拟校准,获得描述锦屏深埋大理岩力学性质的一组细观物理力学性质参数。模型试验结果表明:试样的一系列宏观力学表现,包括弹性模量、泊松比、单轴与启裂抗压强度、应力-应变曲线、峰值与残余强度包络线、拉压强度比以及破坏形态等均与锦屏深埋大理岩的试验结果具有良好的一致性。对不同围压下裂纹发育规律的研究表明:不同应力状态下细观裂纹发育特征的显著差异是导致大理岩的变形破坏出现脆-延-塑转换特性的主要原因;张性裂纹的大量发育决定介质的脆性破坏模式,而剪切裂纹数目的快速增长则促使介质由脆性破坏模式逐渐向延-塑性破坏模式转换。

氧化锆陶瓷旋转超声加工脆塑转变特性研究

目的揭示旋转超声振动对硬脆材料脆塑转变特性及工艺参数对材料脆塑转变临界切削深度的影响规律。方法以氧化锆陶瓷为研究对象,在硬脆材料压痕断裂试验基础上,从理论上分析了超声振动加工硬脆材料脆塑转变的临界条件,并进行了纵向振动及纵扭共振形式的旋转超声振动划痕与普通划痕对比试验。结果在相同试验条件下,超声振动划痕较普通划痕有较高的材料脆塑转变临界切削深度。适当地增大超声能量,纵扭共振比纵向振动具有更大的脆塑转变临界切削深度值;而随着进给速度的增大,纵向振动比纵扭共振具有更大的材料脆塑转变临界切削深度。结论通过不同划痕条件的对比,超声振动能有效提高氧化锆陶瓷的脆塑转变临界切削深度,增大塑性域加工范围,提高材料表面加工质量,验证了理论分析的正确性。

切削速度对单晶锗脆塑转变的影响

采用纳米压痕仪对单晶锗(100)(110)(111)晶面进行了纳米划痕实验,分析不同划痕速度对单晶锗不同晶面脆塑转变临界状态变化规律的影响,采用原子力显微镜对样品表面进行扫描观测。结果表明:划痕速度增加,单晶锗产生塑性去除的区域增大;但划痕速度过大,就会降低单晶锗产生塑性去除的区域。预测了在超精密切削加工中切削速度对单晶锗发生脆塑转变时的临界状态的影响规律,为实际超精密切削加工单晶锗零件提供数据支持。

单晶锗脆塑转变纳米划痕实验研究

为控制单晶锗脆塑转变临界状态,基于公式对单晶锗脆塑转变时的临界载荷进行了预测,采用纳米压痕仪对单晶锗(110)晶面进行了变载荷纳米划痕实验和恒定载荷纳米划痕实验,分析得到单晶锗(110)晶面发生脆塑转变时的临界状态,并借助原子力显微镜(AFM)对实验表面进行扫描表征。结果表明,单晶锗(110)晶面在变载荷纳米划痕实验下发生脆塑转变的临界载荷和临界深度分别为41.4mN、623nm;单晶锗(110)晶面在恒定载荷纳米划痕实验下发生脆塑转变的临界载荷和临界深度分别为30~50mN、500~900nm,验证了变载荷纳米划痕实验结果的正确性。根据变载荷纳米划痕实验结果修正了单晶锗(110)晶面在固定实验参数下发生脆塑转变临界深度理论计算公式,为分析单晶锗微纳米尺度塑性域切削提供数据支持。

硬脆材料塑性区域加工研究综述

硬脆材料具有良好的物理和力学特性,在航空航天和工业生产中得到广泛应用。但由于其高的硬度和脆性,使其加工过程变得非常困难。塑性域加工方法的提出是解决硬脆材料加工过程中产生的缺陷的一种有效方法,因此硬脆材料的塑性域和脆性域加工转换的临界条件获得广泛研究。从塑性域加工机理、塑性域加工模型、表面/亚表面损伤和塑性域加工的影响因素对国内外的研究现状进行综述,提出了硬脆材料塑性域加工未来的研究方向。

润滑介质对单晶硅相变与脆塑行为的影响

研究了分别在十五烷、无水乙醇和蒸馏水润滑下单晶硅的摩擦磨损行为及其相变和脆塑行为.结果表明:在十五烷润滑下单晶硅的摩擦系数和磨损体积损失最低,而在蒸馏水润滑下的摩擦系数和磨损体积损失最大;单晶硅在非极性溶剂十五烷润滑下发生明显的S i-I→a-S i相变,磨损表面光滑并呈现明显的金属塑性特征;单晶硅在无水乙醇润滑下发生轻度S i-I→a-S i相变,磨损表面特征为微弱的塑性变形和微断裂共存;在蒸馏水润滑下,单晶硅发生轻度的S i-I→S i-III相变,磨损表面变得粗糙并伴有大量微断裂;润滑介质的极性是影响单晶硅磨损表面相变和脆塑行为的主要因素之一.

超精密切削中单晶脆性材料脆塑转变过程

借助断裂力学和位错力学的结合,提出了一种通过建立宏观力学和微观力学之间的联系模拟脆性材料脆塑转变过程的方法.该方法在同时考虑单晶材料力学性能和晶体几何结构的基础上,模拟了单晶材料在承受压剪复合应力的条件下,其内部裂纹和位错之间的相互作用机制,阐明了单晶材料在超精密切削加工中的脆塑转变过程;同时在考虑刀具对单晶材料的压剪复合作用的条件下,首次定量给出了实现单晶材料超精密切削加工的最佳刀具前角的方法,并分析了刀具刃口半径对单晶材料脆塑转变过程的影响;最后通过实验对研究结果进行了验证.

Ni-P化学镀层在动态加载条件下的塑脆转变

利用单摆划痕法的动态加载特性,研究了Ni P化学镀层本身的塑脆转变。镀层的塑脆转变除可采用Lamy建议的塑脆转变深度D′判据外,还提出用新定义的临界法向力Fnc来表征。根据划痕深度d和法向力Fnc的大小,可把镀层在划痕过程中的力学行为分为塑性变形、塑脆转变和脆性断裂三个阶段。分析讨论了磷含量和热处理温度对塑脆转变的影响。

脆性材料的脆塑转变超精密车削模型

对脆性材料单晶硅做了印压和刻划实验，用金属光学显微镜和ＳＥＭ对脆性材料表面在不同载荷下产生的脆性裂纹形态进行了研究。根据所产生的裂纹形式得到了脆性材料超精密车削时的的脆塑转变车削模型。并用脆性破坏和塑性变形的能量理论对脆性材料超精密车削中产生脆塑转变的原因给出了合理的解释。

用单摆划痕法研究Ni-P化学镀层的塑脆行为

利用单摆划痕法的动态加载特性,研究了Ni P化学镀层本身的塑脆行为,分析了磷含量和热处理温度对镀层塑脆行为的影响。结果表明,磷含量和热处理温度对镀层塑脆行为影响较大,含磷量(质量分数,下同)为8.2%的镀层在600℃下保温1h热处理后的综合力学性能最佳,含磷量为10.8%的镀层经同样处理后的综合力学性能最差。临界划痕深度D′、临界法向力Fnc和划痕断裂韧度K′c在衡量镀层塑脆程度方面是一致的,它们均可作为塑脆转变判据,其中D′和Fnc定义明确,测量和计算方便,作为塑脆转变判据更加可行。

单晶锗同晶面不同取向对脆塑转变影响的实验研究

单晶锗为各向异性材料,为考察同一晶面不同取向对单晶锗材料脆塑转变的影响,本文以(110)晶面单晶锗片为实验样品,进行了微纳米力学仪器化压入和划入的测量实验及分析,并利用超高分辨热场发射扫描电子显微镜,对实验后的样品表面微观形貌进行了观察。结果表明,单晶锗材料的同一晶面上的不同取向产生裂纹及裂纹的扩展能力不同。在同一晶面上的不同取向进行刻划后的表面质量及脆塑转变效果也不同。以单晶锗片倒角边缘<111>晶向向右为0°正方向,实验涉及165°、45°以及-75°三个取向,在165°方向上最容易产生裂纹且最容易扩展,沿该方向刻划过程脆塑转变临界载荷和临界深度最大;在-75°方向上最不易产生裂纹及扩展,沿该方向刻划过程脆塑转变临界载荷和临界深度也最小。

脆性材料塑性域超声加工综述

脆性材料以其特殊的电、化学、物理性能在电子、光学等产业得到广泛的应用,但由于其硬度高、脆性大,很难满足加工要求。塑性域加工作为目前一种行之有效的方式,得到了广泛研究。振动条件下的加工可以显著扩大塑性域范围,增加临界切削深度。对塑性域加工中的脆塑转变机理、振动条件下的加工过程进行运动学分析,并比较振动条件下加工与普通加工在表面粗糙度、刀具磨损、临界切削深度、最小切削深度方面的区别,最后分析了振动条件下塑性域加工需要满足的条件。

KDP晶体脆塑转变切削过程有限元仿真与实验研究

利用ABAQUS软件建立KDP晶体超精密切削三维模型,并基于内聚力模型来模拟KDP晶体脆性域切削过程中裂纹的成核与扩展,对KDP晶体脆塑转变过程做出合理解释,得到其临界切削厚度。结果表明,超精密切削过程中KDP晶体材料的去除分为弹性变形、塑性去除和脆性断裂三个阶段,其脆塑转变临界切削厚度为140 nm左右。最后利用超精密机床对KDP晶体进行切削实验,实验观测得到的临界切削厚度与仿真结果值的相对误差不超过10%,验证了仿真方法的有效性及仿真模型的准确性。

单晶硅磨削表面脆塑转变表征方法

为了对单晶硅磨削表面脆塑转变特征进行有效的表征,研究了单晶硅脆塑性磨削模式下的表面形貌。首先,基于工件旋转法磨削原理,对单晶硅进行了磨削试验。然后,利用三维形貌轮廓仪和扫描电子显微镜对不同磨削速度下的单晶硅表面形貌进行了测量和分析。最后,利用表面脆性破碎面积百分比Sbf、表面破碎率Sc、分形维数DL、表面纹理纵横比Str等参数对单晶硅磨削表面脆塑转变特征进行了研究。通过不同表征方法的对比分析,得出了基于参数Str的单晶硅磨削表面脆塑转变特征的有效表征方法。

微细超声波加工脆塑模式判别标准的讨论

已有文献表明,通过适当调整加工参数,可对单晶硅<100>面进行微细超声波塑性加工,大大提高加工材料的表面质量。但传统判别脆塑性去除模式的方法主要是基于主观观测,并没有一个客观评价标准。通过研究发现,表面粗糙度Rpk可作为判别微细超声波加工单晶硅<100>面材料去除模式的客观评判标准,并通过实验得到了验证。

用单摆划痕法研究Ni-P化学镀层的塑脆转变

利用单摆划痕法的动态加载特性 ,研究了 Ni- P化学镀层本身的塑脆转变。镀层的塑脆转变除可采用L am y建议的塑脆转变深度 D′判据外 ,还提出用新定义的临界法向力 Fnc来表征。根据划痕深度 d和法向力 Fn的大小 ,可把镀层在划痕过程中的力学行为分为塑性变形、塑脆转变和脆性断裂 3个阶段 。