1050 H12铝合金力学性能的响应曲面模型及优化预测

随着全球各国对南极、深海、太空等极端环境探索活动的增加,铝合金材料的低温服役性能日渐凸显重要,开展铝及铝合金在极端温度条件下力学行为与性能的研究具有重要意义。采用一种符合旋转性的球面设计方法—响应曲面设计(Box-Behnken design,BBD),对1050 H12铝合金拉伸试验参数(拉伸速率、试验温度、保温时间)进行了系统的研究,获取拉伸试验参数与1050 H12铝合金的抗拉强度和断后伸长率的关系,同时结合力学试验结果(抗拉强度、断后伸长率)得出最高优度值分别为复相关系数r_(1)^(2)=0.9991、r_(2)^(2)=0.9948及显著性水平P值(Prob>F)均小于0.0001的可靠数学模型。通过模型及方差分析可知,抗拉强度模型及断后伸长率模型的失拟项分别为0.077和0.117(均大于0.05),表明失拟性检验均为不显著,充分反映了模型试验的误差小,可用于精确分析和预测试验温度、保温时间、拉伸速率与抗拉强度、断后伸长率之间的关系。试验设计方案中3个拉伸试验参数对1050 H12铝合金抗拉强度、断后伸长率的影响从大到小的顺序为试验温度>拉伸速率>保温时间,其中1050 H12铝合金的抗拉强度、断后伸长率均对试验温度十分敏感,且均与试验温度、保温时间呈负相关关系,即在低温条件下1050 H12铝合金会出现低温增强增韧现象。通过响应曲面模型的精确预测得出,当试验温度为-30℃、保温时间为14 min、拉伸速率为9 mm·min^(-1)时,1050 H12铝合金的抗拉强度和断后伸长率会出现峰值。本研究为极端环境下应用1050 H12铝合金提供了有效的数据支撑。

黄土拉伸试验及其破裂过程仿真分析

Q3黄土的单轴拉伸试验表明,黄土的抗拉强度值很小,在拉张应力作用下会发生突发性的脆性破坏,断裂面粗糙,且基本垂直于拉应力方向。借助数值分析软件RFPA,对黄土的整个拉张破裂过程进行了仿真分析,捕捉到了黄土在拉张应力作用下内部裂纹的扩展与演化过程。结果表明,黄土的拉张破裂过程可以分为两个阶段,即线性变形阶段和裂纹的形成、扩展与贯通阶段。黄土体内部裂纹的萌生、扩展及贯通会在很短时间内完成,即黄土在拉伸应力作用下的破坏是突发性的,属于脆性断裂。单轴拉伸试验结果与数值仿真分析结果具有较好的一致性。

降雨条件下边坡破坏机理离心模型研究

降雨是诱发边坡灾害的一个重要因素。雨水的入渗导致边坡土体含水量增加,土体强度下降,容重增大,引起边坡失稳。含水量对土体强度参数的影响试验表明,含水量对土体粘聚力影响较大,而对土体内摩擦角的影响较小。不同含水量土质边坡破坏机理离心模型试验表明,土质边坡破坏存在两种形式,整体滑坍破坏和拉裂破坏。松散类边坡在含水量小时形成坍落拱破坏,并最后形成拱形稳定。在含水量大时形成浅层滑坍破坏。引入损伤力学理论对不同含水量土体的损伤影响分析说明,随含水量增大,土体损伤程度加强,并存在损伤变量突变点。

缺口对TC17钛合金拉伸性能和低周疲劳性能的影响

研究了不同缺口(缺口应力集中系数)对TC17钛合金拉伸性能和低周疲劳性能的影响。结果表明,缺口试样抗拉强度随着缺口应力集中系数的增大而提高,伸长率随着缺口应力集中系数的增大而减小;低周疲劳寿命随缺口应力集中系数的增加而降低,当应力集中系数大于1.92时,疲劳寿命急剧下降。断口分析表明,试样拉伸断口由正应力拉断区和剪切断裂区两个典型区域构成。正应力拉断区为穿晶和沿晶相混合的断裂,剪切断裂区为穿晶断裂,断口上均为韧窝形貌。低周疲劳断口由疲劳断裂区、正应力拉断区和剪切断裂区三个典型区域构成。疲劳断裂区比较平坦,有明显的疲劳条带和平行的二次裂纹;低周疲劳断口的正应力拉断区和剪切断裂区的形貌特征与拉伸断口类似。

稻谷外壳拉伸力学性能实验研究

该研究运用TMS-Pro物性分析仪及自制仪器对稻谷外壳进行拉伸实验,测得稻谷外壳的力学特性参数及力-位移曲线,并结合稻谷外壳拉伸断裂裂纹处的显微图像分析稻谷外壳拉伸破坏过程。通过力-位移曲线和实验数据,得到稻谷外壳拉伸破坏前的力-位移回归方程,并通过对稻谷外壳的拉伸破坏力和弹性模量进行差异显著性分析,暨以探讨稻谷非正常破碎的原因及影响因素。

岩体拉破坏非线性分析有限元程序的编制及其算例

根据岩体拉破坏的本构关系建立了岩体拉破坏非线性分析的有限元程序，并用简单的算例证明了该有限元模型的合理性和程序编制的正确性·把该程序嵌入到一般的岩体弹性及弹塑性分析有限元程序中，较好地反映了岩体受拉应力作用的变形特征·

用平台巴西圆盘试样确定脆性岩石的弹性模量、拉伸强度和断裂韧度——第一部分:解析和数值结果

用平台巴西圆盘试样在一次试验中同时测定脆性岩石的弹性模量E、拉伸强度ts和张开型断裂韧度IcK。根据应力分析的结果和Griffith 强度准则,为了保证试样在加载过程中由中心部位起裂,平台对应的加载角必须大于一个临界值(a2≥20°),并以此条件确定平台的最小相对宽度。理论分析表明,可以根据记录的载荷-位移破坏全过程曲线(包括最大载荷之后过程的记录),由初始直线段确定E,由最大载荷确定ts,由紧随其后的最小载荷确定IcK。给出E,ts和IcK相应的计算公式,公式中的关键参数由严格的有限元分析标定。还给出了一些基于弹性力学的近似解析公式,它们的精度也用有限元分析做了验证,因此,利用这些公式所得的结果是可靠的。

钢制试件拉伸断裂及疲劳开裂声发射特征分析

设计钢制试件拉伸断裂和疲劳开裂两种损伤过程的声发射监测试验,对采集到的声发射信号进行参数分析,结合红外热成像检测结果,研究声发射信号特征参数与试验过程中试件力学行为之间的相关性。研究结果表明：拉伸断裂和疲劳开裂过程中试件声发射信号的能量、振铃计数、幅值等声发射信号特征参数能够很好地表征试件损伤过程的力学性能演化规律;试件出现损伤时所发出的声发射信号能量幅值主要分布在65-80 dB;声发射技术用于工程结构的健康监测是可行和有效的。

铜箔抗拉强度及延伸率的尺寸效应研究

为了研究尺寸参数对金属箔材的抗拉强度和延伸率的影响规律,采用不同厚度和晶粒尺寸的铜箔进行室温单向拉伸试验.试验结果表明:铜箔的抗拉强度和延伸率同时受厚度和晶粒尺寸的影响,这种尺寸效应的描述必须引入无量纲的厚度晶粒尺寸比(T/D)作为比较参数.抗拉强度在不同厚度晶粒尺寸比区间内的变化规律不同;而延伸率在厚度晶粒尺寸比相同时都随厚度的减小而降低.拉伸断口的扫描电镜分析显示箔材的延伸率随着厚度的减小出现的突降和断裂机制的变化有关.

热处理对工业纯钛自冲铆接头力学性能的影响

对工业纯钛自冲铆接头整体进行去应力退火和淬火处理,并对未热处理和热处理后的接头进行静拉伸试验,对比分析热处理工艺对接头的力学性能及失效机理的影响。结果表明:两种热处理工艺可以提高工业纯钛自冲铆接头的静强度,去应力退火可以提高接头的静态能量吸收能力,淬火对接头的静态能量吸收能力几乎没有影响;三种接头的失效模式都为铆钉被拉出或拉断,且未热处理的接头的铆钉断口呈现为沿晶脆性断裂特征,去应力退火后的接头的铆钉断口呈现为韧性断裂特征,淬火处理后接头的铆钉断口呈现为准解理断裂特征;去应力退火为工业纯钛自冲铆接头较优的热处理工艺。

高强焊接钢HG70C拉伸断口中心分层机理浅析

高强焊接结构钢HG70C热轧板带在力学性能检验中出现了严重的中心分层缺陷,为此设计了不同应力级别的试样。通过金相检测、电镜扫描分析了拉伸断口的组织,描述了拉伸断裂的机理。研究结果表明,过量的钛元素形成夹杂物,通过拉应力产生了微裂纹;随着应力增加,裂纹逐步扩展。

涂层断裂韧性的声发射辅助拉伸测量方法

涂层的断裂韧性与界面结合强度是表征涂层/基体材料体系力学性能的重要指标。但如何准确地测量涂层的断裂韧性和强界面结合的涂层/基体材料体系的界面结合强度至今仍存在困难。以铬涂层/钢基体材料为对象,采用声发射和显微镜实时动态检测技术与拉伸实验相结合的方法,探索了铬涂层的断裂韧性以及铬涂层/钢基体的界面剪切强度。根据相关力学模型和实验测量结果,得到铬涂层在室温下的断裂韧性为27.41 J/m2.同时,发现在铬涂层裂纹饱和后界面开裂都未发生,获得了该种材料体系界面剪切强度的一个下限值。

不同应变速率下D1车轮钢的拉伸性能与断口形貌

在不同应变速率下对D1车轮钢进行准静态和动态单轴拉伸试验,研究了应变速率对其拉伸性能的影响,并对断口形貌进行了分析。结果表明:D1车轮钢呈现出一定的应变速率敏感特性,其屈服强度和塑性流动应力均随着应变速率的增大而增大;取样方向对车轮钢的力学性能几乎没有影响;其拉伸断口具备明显的纤维区和剪切唇特征,但放射区特征不明显;准静态拉伸试样为韧性断裂机制,而动态拉伸试样则呈现出准韧性断裂机制。

钢/铝异种板自冲铆接头的腐蚀性能研究

为了分析钢/铝异质板自冲铆接头的腐蚀性能,对该接头进行了不同时间的盐溶液周浸腐蚀试验。试验后对试样进行了称量和拉伸,并进行了下板失效部位的断口分析。结果表明：腐蚀试验后试件的质量明显减小;除腐蚀0、15 d的个别接头的下板未被撕裂外,其余接头均为下板撕裂,铆钉与下板分离,且随腐蚀时间增加,撕裂更加明显;拉伸失效载荷均值和能量吸收值均先上升后下降的变化;0 d时下板拉脱断口处出现明显刮痕,腐蚀后的撕裂断口处有大量韧窝,随着腐蚀时间的延长,韧窝中夹杂物增多。

应力三轴度对7075铸态铝合金断裂应变的影响研究

基于ABAQUS/Explicit有限元平台,以有限元仿真为主,并结合室温下的准静态拉伸试验,研究了应力三轴度对7075铸态铝合金断裂应变的影响,建立了可靠的7075铸态铝合金单向拉伸断裂预测模型,进而采用正交回归分析建立了7075铸态铝合金断裂应变与应力三轴度的关系模型。结果表明,在室温下,单向拉伸速率为0.004 mm·s^（-1）时,每个试样在缺口处断裂应变最大,而应力三轴度最小;在断裂临界点,缺口处的应变随着缺口半径R的增大逐渐增大,由缺口处向两端逐渐减小;应力三轴度随着缺口半径R的增大逐渐减小,且由缺口处向两端逐渐增大;7075铸态铝合金断裂应变随着应力三轴度的增大而减小;断裂应变与应力三轴度成反比例关系。

基于试验和数值模拟的钛合金异种材料压印连接研究

为了实现钛合金(TA1)和铜合金(H62)及铝合金(Al5052)压印连接的可行性,对其压印接头进行拉伸—剪切试验。运用扫描电子显微镜对接头拉伸断口微观形貌进行了分析,基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA软件建立了压印连接过程的二维轴对称模型。结果表明:压印连接技术可实现TA1-H62和Al5052-TA1钛合金异种板材的有效连接,压印连接试验和模拟结果具有良好的一致性;两接头的破坏模式均为颈部断裂。从微观分析可知,两种接头上板颈部断口不同受力点均出现剪切作用形成的韧窝特征,为典型的韧性断裂,且TA1-H62接头断口最后受力点具有准解理和韧窝等多种形貌特征。

煤岩体拉伸失稳破坏的机理及数值模拟

本文分析了拉伸失稳破坏的机理．并建立了拉伸失稳破坏的判别准则及对拉伸失稳破坏进行数值模拟的方法。最后。

水泥圆柱试件断裂破坏的数值模拟

煤岩瓦斯动力灾害大多表现为瞬间断裂破坏,其破坏机理及过程还不十分清楚。以不同配比的水泥圆柱试件为研究对象,借助FLAC3D软件建立三维模型,对实验现象进行模拟和机理分析。结果表明:模型试件的轴向拉应力达到抗拉强度时,试件中心出现局部拉伸破坏区域,此时的围压与实验加载破断围压完全一致;继续增大围压,最大拉应力达到抗拉强度后不再增加。误差性分析证明,当σc=10σt时,模拟的临界围压与实验断裂破坏吻合最好。该结果对于研究三维岩石拉伸断裂瞬间破坏和煤岩瓦斯动力灾害瞬间断裂破坏机理有积极的意义。

低碳球墨铸铁断口的观察和分析

利用扫描电镜(SEM)对珠光体、铁素体和准铸态贝氏体金属基体的低碳球铁拉伸断口形貌进行了分析和研究。结果表明,珠光体低碳球铁的断口应属于脆性断裂的范畴;准铸态贝氏体低碳球铁断口中韧窝明显增多,解理花样大大减少,属于韧 脆性混合型断口;铁素体低碳球铁的断口则完全呈现出韧性断裂的特点。研究还表明,ADI在固态相变时,高温奥氏体快速冷却到贝氏体转变温度的过程中,不可能再形成发达的奥氏体枝晶,也不可能再形成枝晶间的缩松区域。因此,ADI可在获得较高强度的前提下,使材料的韧塑性得到大大提高。

氯和氧对304N在高温水中应力腐蚀开裂的影响

采用慢应变速率拉伸试验(SSRT)与断口形貌分析技术研究304N不锈钢(固溶退火态)在300℃高温水中的应力腐蚀行为与机理。结果表明:304N在300℃高温水中的最大抗拉强度、延伸率以及断裂吸收能随Cl-浓度的增大显著降低;随氧浓度的急剧降低而显著增大;304N在高温水中发生应力腐蚀开裂(SCC)主要为穿晶型;随Cl-浓度增加,304N的应力腐蚀敏感性也迅速增加,在含50mg/L Cl-的空气饱和高温水环境中,试样断口形貌表现为完全脆断;在溶解氧浓度急剧降低时,氯致应力腐蚀开裂的敏感性大幅降低,表明溶解氧对304N在高温水中的氯致应力腐蚀开裂具有明显的促进作用。