Al-Cu-Fe-Cr准晶增强铝基复合材料的研究

采用常规铸造法制备了四元系Al-Cu-Fe-Cr准晶,利用XRD、SEM和TEM等分析手段,分析了准晶和其类似相的微观组织以及在热处理后的相转变。以ZL101合金为基体,Al-Cu-Fe-Cr准晶颗粒为增强体,通过机械搅拌的方法制备了Al-Cu-FeCr准晶/ZL101复合材料,分析复合材料的微观组织和成分,并研究其力学性能。结果表明:铸态准晶合金组织中含有Al65Cu20-Fe10Cr5相(I+d)、准晶I相、λ-Al3Fe相以及少量的η-AlCu和θ-Al2Cu相,经880℃×30min热处理水淬后,λ相消失,得到了高纯度的Al65Cu20Fe10Cr5相和准晶I相;复合材料中由于准晶和基体之间的相互扩散,使得准晶相失稳发生分解;随着准晶含量的增加,复合材料的抗拉强度增加,延伸率减小,但由于Cr元素的加入使针状的β-Fe相转变成汉字状或骨骼状的α-Fe相,对复合材料的延伸率有提升作用。

TC9合金基体上Al-Cu-Fe-Cr准晶涂层抗氧化性能的研究

采用低压等离子喷涂的方法在TC9合金基体上制备了Al-Cu-Fe-Cr准晶涂层,涂层经750℃,220h静态氧化实验后,对其进行了微观形貌观察和显微硬度实验,以对比分析涂层的抗氧化性能。结果表明,制得的涂层致密并具有较好的抗氧化性能。

二维准晶平面问题中的Hamilton体系求解方法

针对二维准晶平面问题,该文通过导入Hamilton体系,将问题转化为Hamilton体系下的辛本征值和辛本征解问题,即问题的解可由辛本征解组成的级数表示.利用辛本征解之间的辛共轭正交关系,可将满足边界条件的解问题归结为代数方程组的求解问题,从而形成一种解析求解方法.这种方法可直接推广到求解混合边界条件及分段边界条件问题中.

三维二十面体准晶弹性半平面周期接触问题研究

借助平面弹性复变方法,研究了周期刚性压头作用下三维二十面体准晶弹性半平面的周期有限摩擦和周期粘结接触问题.从应力、位移分量的复变函数形式表达式出发,利用半平面Hilbert核积分公式、Plemelj公式,得到两类周期接触问题的解答.针对周期有限摩擦接触问题,得到了三类周期刚性压头(直水平、直倾斜和圆形基底)作用在准晶体半平面上接触应力的封闭解.针对半平面周期粘结接触问题,求得接触边界上作用周期尖劈形位移时接触应力的显式解答.当不考虑相位子场的作用时,文中求得的理论结果可退化到正交各向异性材料平面弹性周期接触问题的对应结果.数值算例说明准晶弹性常数对接触应力分布规律及大小的影响.本文结论可为分析准晶材料压痕实验结果及准晶材料性能提供一定理论依据.

Al-Cu-Fe-Mn,Al-Cu-Fe-Cr和Al-Cu-Fe-Cr-Mn多元系准晶的制备

著者提出了一项配制新型准晶系列的成分加和原则,根据这个原则配制合金,并且采用快速冷凝制得了Al-Cu-Fe-Mn,Al-Cu-Fe-Cr和Al-Cu-Fe-Cr-Mn系合金粉末。通过对所得合金粉末进行XRD,DTA,HXRD和TEM等仪器的测试结果表明,Al-Cu-Fe-Mn,Al-Cu-Fe-Cr和Al-Cu-Fe-Cr-Mn均为新的多元素准晶。文章还对三种准晶系的热稳定性及准晶相加热时相结构转变进行了研究。

准晶问题多项式应力函数及其在有限元中的应用

本文基于广义Lekhnitskii各向异性弹性理论,提出了一种确定准晶问题多项式应力函数的系统性方法,并将之应用于杂交应力函数(HSF)单元的构造.结果表明,对于准晶平面问题,任意齐n次多项式应力函数至多存在6个独立的多项式,且多项式应力函数的一般表达式可以显式地给出.所得的多项式作为解析试函数用于构造准晶问题的新型八节点HSF单元,与传统的有限元相比,HSF单元具有更高的精度和更优异的性能.

一维六方压电准晶双材料椭圆孔边不对称裂纹断裂行为

基于一维六方压电准晶理论,利用复变函数方法研究了一维六方压电准晶双材料椭圆孔边不对称裂纹的反平面问题。利用保角变换将椭圆孔孔边裂纹问题转化为直裂纹问题,结合Stroh公式求解得到电不可通和电可通两种条件下场强度因子和能量释放率的解析表达式。数值算例结果显示:一维六方压电准晶双材料界面Griffith裂纹比椭圆孔边裂纹更易促进裂纹扩展;考虑相位子场可使能量释放率变化更显著,表明压电准晶材料相比压电材料更脆。此研究可为压电准晶元件的设计和制备提供理论依据。

垂直于一维六方准晶双材料界面裂纹的反平面问题

利用Fourier变换方法和切比雪夫多项式展开法,研究垂直于一维六方准晶双材料界面裂纹的反平面问题。给出合理的边界条件,将垂直裂纹问题转化为奇异积分方程组的求解,再引入位错密度函数,由切比雪夫多项式法求得问题的数值解。

含椭圆孔有限大二十面体准晶板平面弹性问题的边界元分析

基于扩展的Stroh方法,对含椭圆孔有限大二十面体准晶板平面弹性问题进行边界元分析.首先利用扩展的Stroh方法,研究了二十面体准晶的Green函数,得到了含椭圆孔无限大二十面体准晶平面弹性问题位移和应力的基本解.利用该基本解,通过加权余量法建立了区域内积分方程和边界积分方程,并采用线性插值函数及Gauss积分对含未知量的边界积分方程和区域内积分方程分别进行离散,得到了离散格式.进一步,对椭圆孔的孔边应力进行了数值求解,并将有限大板的数值结果与无限大板的解析解进行了对比验证,说明当板与椭圆孔尺寸之比小于某下限值时,不能用无限大板的解析解对有限大板进行分析.最后,分析了在垂向拉伸作用下,板的大小、孔口尺寸及倾斜角度对孔边应力的影响.结果表明:板的尺寸沿垂直拉伸方向变化对孔边应力的影响更明显;随着椭圆孔尺寸的增加,孔边应力集中现象越明显;若长轴垂直拉伸方向,椭圆孔倾斜会减缓孔边应力集中程度.

准晶在软物质中的研究进展

20世纪80年代,Shechtman在铝锰合金中发现具有二十面体对称性的准晶体,引起了整个科学界震动,并因此获得了2011年诺贝尔化学奖。准晶的出现重新定义了观察和物质分类的框架,将人们对晶体结构的理解从原有的230个空间群扩展到无限多的可能性。准晶研究始于金属合金领域,随着研究的深入,科学家们在软物质中也不断发现了准晶体的存在。软物质通过自组装构筑独特的超分子结构,丰富和发展了准晶研究。本文综述了几类能够形成软物质准晶的材料,包括树枝状大分子、嵌段共聚物、表面活性剂、巨型分子和生物分子等。软物质准晶在多个领域展现出广阔的应用前景,如药物递送、传感器开发和能量储能等。软物质准晶研究不仅拓展了材料科学的基本理论,还为材料结构的理解和创新应用提供了新的视角和潜在的突破口。

二维准晶双材料界面断裂分析的相场法

针对二维十次准晶双材料的界面断裂问题,建立了用于预测其裂纹扩展路径的相场分析模型.首先,引入界面相场将离散界面转化为连续分布界面,并获得了界面相场问题的控制方程和边界条件.利用有限元方法对控制方程进行离散,并求解获得连续分布的界面相场,从而实现了对界面材料参数的弥散处理,消除了材料参数在界面处的奇异性.其次,基于Francfort-Marigo变分原理建立了二维准晶双材料的控制方程,并采用交错求解方案求解其相场分布.在数值算例中,通过与现有文献进行对比,证明了该方法的正确性,并研究了相位子场对裂纹扩展路径的影响,以及多裂纹情况的演化规律.

准晶增强Mg-Zn-Y合金显微组织及凝固过程研究

采用SEM、XRD、DSC和Factsage 8.0热力学计算软件研究了Mg-9.02Zn-1.68Y合金的显微组织和凝固过程。研究表明,Mg-9.02Zn-1.68Y合金室温组织主要由α-Mg、准晶I-Mg3Zn6Y和Mg_(7)Zn_(3)相组成,其凝固过程为先结晶出枝晶α-Mg,之后发生二元共晶转变形成(α-Mg+I-Mg_(3)Zn_(6)Y)共晶组织,最后随着温度降低形成少量(α-Mg+Mg_(7)Zn_(3))共晶组织。由于试验合金中存在含量较高的准晶I-Mg3Zn6Y相,其硬度达HV70,从而为后续再加工或时效热处理打下良好的性能基础。

爆炸喷涂AlCuFeSc准晶涂层的摩擦学性能研究

采用爆炸喷涂制备了AlCuFeSc准晶涂层,借助扫描电镜、X射线衍射对准晶涂层的微观及物相结构进行了表征,通过显微硬度计测试了准晶涂层的表面硬度,结果表明涂层与基体间结合良好,其中涂层主要由准晶相和β-AlFe组成,室温下涂层的表面硬度为569.4HV0.3,经退火处理后涂层硬度最高可达到658.33HV0.3。同时开展了在室温和700℃高温环境中,5、15、25 N不同载荷下AlCuFeSc准晶涂层的摩擦磨损性能研究,利用白光干涉仪对磨痕进行三维形貌观测并计算磨损的磨痕宽度、磨痕深度、体积损失,得出磨损率;采用SEM分析了不同实验条件下磨痕形貌的特征。结果表明,AlCuFeSc准晶涂层在不同温度及不同载荷下的耐磨系数在0.500~0.656之间(均低于基体),室温环境下准晶涂层的磨损机制随载荷增加从磨粒磨损为主转变为粘着磨损为主;高温环境下磨损机制则都以粘着磨损为主,准晶涂层对2A12基体具有良好的减摩耐磨功能。

一维纳米准晶层合梁的非局部振动、屈曲与弯曲研究

基于非局部理论,建立了一维纳米准晶层合简支深梁模型,研究了其自由振动、屈曲行为及其弯曲变形问题.采用伪Stroh型公式,导出了纳米梁的控制方程,并通过传递矩阵法获得简支边界条件下纳米准晶层合梁固有频率、临界屈曲载荷及弯曲变形广义位移和广义应力的精确解.通过数值算例,分析了高跨比、层厚比、叠层顺序及非局部效应对一维纳米准晶层合简支梁固有频率、临界屈曲载荷和弯曲变形的影响.结果表明:固有频率和临界屈曲载荷随着非局部参数增大而减小;外层准晶弹性常数更高时,固有频率和临界屈曲载荷更大;叠层顺序对纳米准晶梁的力学行为有较大影响.所得的精确解可为纳米尺度下梁结构的各种数值方法和实验结果提供参考.

带椭圆孔有限大二维八次对称准晶问题的应力分析

首先,利用扩展的Stroh方法,研究含椭圆孔无限大八次对称二维准晶板的格林函数,得到边界元法求解含椭圆孔有限大八次对称二维准晶板所需的基本解。其次,利用加权余量法,建立边界积分方程,采用线性插值函数及高斯积分对含未知量的边界积分方程进行离散并重新组织离散格式,形成变量统一的线性方程组。最后,对椭圆孔的孔边应力进行数值求解,并将有限大板的数值结果与无限大板的解析解进行对比验证,说明边界元法的有效性。进一步分析在垂向拉伸作用下,板材的尺寸、孔口的大小及倾斜角度对孔边应力的影响。数值实例结果表明,随着椭圆孔尺寸的增加,孔边应力集中现象越明显。若长轴垂直拉伸方向,椭圆孔倾斜会减缓孔边应力集中程度。而裂纹尖端的应力强度因子随着裂纹的增长而增加。

准晶及压电材料黏附接触力学研究进展

作为具备多场耦合特性的先进功能材料,准晶及压电材料目前已被广泛应用于各种微纳器件与结构.在微纳尺度下,系统的力学行为将由各种表面力(如静电力、毛细力以及范德华力等)引起的黏附效应主导.近年来,准晶及压电材料在微纳尺度下的黏附接触行为获得越来越多学者的关注和研究.本文在简要介绍经典黏附接触理论的基础上,综述了准晶及压电材料相关黏附接触力学问题最新研究进展,其中包括准晶材料的理论和实验研究以及压电材料理论研究.最后对未来准晶及压电材料黏附接触力学问题研究进行了展望.

一维六方压电准晶狭长体中双半无限共线裂纹问题的D-B模型

基于解析函数理论与保角映射方法,通过构造一维六方压电准晶狭长体中双半无限共线裂纹问题的D-B(Dugdale-Barenblatt)模型,研究了一维六方压电准晶狭长体中双半无限共线裂纹的弹塑性断裂力学问题,得到了塑性区尺寸及场强度因子的解析解,推广了材料中裂纹问题的已有结果,扩大了准晶压电材料弹塑性断裂力学问题的研究范围。

一维六方压电准晶中具有双对称分支裂纹的断裂问题

研究一维六方压电准晶体中具有两条对称分支裂纹的断裂问题,利用复变函数方法分析得出双对称分支裂纹的应力场、电位移场和能量释放率的解析形式,分析讨论双对称分支裂纹尖端场强度因子受分支裂纹偏折角和裂纹长度的影响。经过研究得出:当0 <λπ<π/2时,随着裂纹偏折角的增大,主支裂纹尖端的无量纲应力强度因子逐渐减小;随着主支裂纹长度的增加,主支裂纹尖端的无量纲应力强度因子增加;随着分支裂纹长度的增加,主支裂纹尖端的无量纲应力强度因子增加。

爆炸喷涂工艺对AlCuFe准晶涂层力学性能的影响

准晶材料是一种晶体结构介于晶体与非晶体之间的固体有序相,其中AlCuFe准晶合金因其独特的结构是当前极具应用前景的耐磨、耐蚀、隔热涂层材料,但是受限于涂层制备工艺技术无法制备高质量的准晶涂层。为了提升AlCuFe准晶涂层基本性能,利用爆炸喷涂技术在铝合金基体表面制备准晶涂层,采用L9(3^(3))正交试验方法,以涂层表面硬度和结合强度性能为主要判定指标分析了氧燃充枪比、喷涂距离和喷涂频率3个主要喷涂参数的影响主次关系。结果表明:氧燃充枪比是影响涂层性能的主要因素,最终确定的最佳工艺参数为氧燃充枪比56%,喷涂距离150mm,喷涂频率4枪/s,制备的准晶涂层致密,且与基体结合良好,喷涂粒子熔融充分,涂层的结合强度可达到31.5MPa,表面维氏硬度492HV0.3,孔隙率1.63%,准晶相含量50%。本文的研究结果可为准晶涂层的制备及广泛应用提供基础。

一维六方压电准晶中正n边形孔边快速传播裂纹反平面问题的解析解

目的研究压电效应下一维六方准晶材料中含正n边形孔边快速传播裂纹的反平面问题。方法运用动力学基本理论和Schwarz-Christoffel变换技术,在电非渗透型和电渗透型2种边界条件下研究。结果给出了裂纹以速度v传播时Ⅲ裂纹的动态应力强度因子和电位移强度因子的解析解。结论当v→0时,所得结果退化为静力学问题,这对工程结构和材料的制备与应用有一定的指导意义。