FeCoNiTi_(x)中熵合金组织性能及其在硬质合金中的应用

FeCoNi中熵合金相比传统合金具有优异的性能,但其室温强度不高,限制了其应用。通过机械合金化和放电等离子烧结工艺制备FeCoNiTi_(x)(x=0,0.25,0.50,0.75,1)中熵合金块体,重点研究了各元素机械合金化顺序以及Ti含量对FeCoNiTi_(x)中熵合金显微组织和性能的影响,并初步探讨了FeCoNiTi_(x)中熵合金作为黏结剂在WC基硬质合金中的应用。结果表明:机械合金化过程中FeCoNi基体相为FCC相,添加Ti元素后形成Laves相和钛氧化物相,因此FeCoNiTi_(x)中熵合金物相由FCC相、Laves相和钛氧化物相组成。随着Ti含量的增加,FeCoNiTi_(x)合金密度、硬度和强度均上升,塑性先增强后减弱。FeCoNiTi_(0.50)中熵合金表现出良好的力学性能,其显微硬度、屈服强度、压缩强度和压缩应变分别为531 HV、1 987.57 GPa、2 114.85 GPa和20.5%。添加少量Ti元素可提升FeCoNi合金的耐腐蚀性。FeCoNiTi_(x)黏结剂在WC基硬质合金中能稳定存在,抑制WC烧结过程中脱碳相的形成。WC-FeCoNiTi_(0.50)硬质合金表现出较好的力学性能,其显微硬度与断裂韧性分别为1 834 HV与15.12 MPa·m^(1/2)。

岩石-混凝土组合体单轴压缩力学与破坏特征数值模拟研究

目的为研究单轴压缩条件下混凝土组分骨料含量、强度等级、占比和界面倾角对岩石-混凝土组合体力学与破坏特征的影响,方法结合凸多边形随机骨料生成投放程序与RFPA2D分析系统,构建组合体数值模型并进行数值模拟。结果组合体的破坏类型可分为由混凝土组分破坏并延伸至花岗岩组分或两种组分及界面共同破坏引起的“两体Ⅰ型和Ⅱ型破坏”,由混凝土组分单独破坏或混凝土组分和界面共同破坏引起的“单体Ⅰ型和Ⅱ型破坏”。对界面处应力状态进行分析,从理论上解释了沿界面宏观裂纹的形成原因;组合体抗压强度接近混凝土的抗压强度,其值与混凝土组分强度等级正相关而与占比负相关;组合体弹性模量数值模拟结果与理论值吻合较好,且与骨料含量和强度等级正相关,与混凝土组分占比和界面倾角负相关;组合体泊松比与骨料含量和混凝土组分占比负相关,强度等级对其影响较小;组合体抗压强度和泊松比均随界面倾角的增加先减小后增加。结论构建了含骨料岩石-混凝土组合体数值模型,并运用RFPA2D分析系统对4种组合方式组合体进行数值模拟,可通过提高混凝土组分强度、降低混凝土组分占比与材料间的界面倾角提升组合体的力学特性。研究结果可为地下或坝体等工程的稳定性分析提供参考依据。

冻融循环及各向异性对原状黄土动力特性的影响研究

【目的】为了研究冻融循环作用和各向异性对西宁地区原状黄土力学特性及变形的影响,【方法】借助冻融循环试验箱和GDS双向动态三轴仪,开展冻融循环试验和施加半正弦波形式的循环荷载动力特性试验,采用修正H-D模型分析冻融循环次数、与沉积方向呈不同角度对西宁地区黄土动力特性参数的影响。【结果】结果显示:(1)随着冻融循环次数的增加,动剪切强度呈现出先减小后增加的趋势;黄土Gd-1增长阈值呈现出先增大后减小的趋势;黄土阻尼比λ呈现出先增加后减小的趋势。(2)与沉积方向呈不同角度的土样动剪切强度具有差异性,即由大到小为0°>60°>90°>45°;Gd-1增长阈值由大到小为45°>90°>60°>0°;黄土阻尼比λ由大到小为45°>90°>60°>0°。【结论】结果表明:(1)随着冻融循环次数的增加,土体结构强度和刚度均表现出先减弱后增强的趋势,土体抵抗变形消耗的动能则呈相反趋势。(2)各向异性影响黄土的动剪切强度、刚度及阻尼比,与沉积方向呈45°土体动剪切强度最低,刚度最弱,土体发生变形消耗动能最多。(3)冻融循环作用影响土体在不同方向的力学特性,随冻融循环次数的增加,与沉积方向呈45°时土体各向异性表现明显,其结构损伤程度最大。

Mg-Gd-Y-Sm-X-Zr(X=La、Ce、Sr、Sb)合金显微组织及性能研究

以纯镁及镁基中间合金为原材料制备Mg-Gd-Y-Sm-X-Zr(X=La、Ce、Sr、Sb)合金,采用维氏硬度计、电感耦合等离子体原子发射光谱仪、金相显微镜、扫描电子显微镜和拉伸测试试验机等设备对试样进行测试。研究了Mg-Gd-Y-Sm-X-Zr(X=La、Ce、Sr、Sb)合金经固溶时效处理后的维氏硬度,稀土元素Gd、Y含量对Mg-Gd-Y-Sm-La-Zr合金时效态维氏硬度的影响,以及铸态、固溶时效态Mg-8Gd-3Y-2Sm-0.15La-0.5Zr合金的显微组织结构、时效硬化特性和力学性能。结果表明,La为最佳强化元素;Gd/Y质量比为8/3的合金维氏硬度优于Gd/Y质量比为6/4和9/2的合金;铸态Mg-8Gd-3Y-2Sm-0.15La-0.5Zr合金的晶粒尺寸主要集中在20~45μm,时效16h时其硬度达到峰值132.87HV;该合金时效态的抗拉强度和屈服强度达到了259.02MPa和240.31MPa,相对于铸态分别提升了42.32%和51.87%。

纳米微晶碳纤维改性复合材料的强度与力学性能研究

对碳纤维进行硅烷化改性处理,考察了硅烷化改性对碳纤维性能的影响。结果表明,改性后纤维素的长度和宽度都未发生明显变化;改性碳纤维的单丝拉伸强度会随着硅烷化纳米微晶纤维素(AMEO-NCC)含量提升而先增后减,单丝拉伸强度最大值在硅烷化纳米微晶纤维素质量分数为0.3%时取得(3.74 GPa)。硅烷化纳米微晶纤维素改性碳纤维复合材料的室温力学性能相较去除上浆剂碳纤维复合材料和涂覆环氧树脂的碳纤维复合材料都有不同程度提升,且硅烷化纳米微晶纤维素改性碳纤维复合材料的层间剪切强度、弯曲模量和弯曲强度会随着硅烷化纳米微晶纤维素含量增加而先增后减,最大值在硅烷化纳米微晶纤维素质量分数为0.3%时取得。

保温平台对高温固化环氧碳纤维复合材料性能影响

热压罐成型工艺是当前航空航天领域复合材料制件生产成型的重要方法之一。而在固化复杂的大型制件时,除了在不同温度阶段采用不同的升温速率外,通常还会增加保温平台来减少不同区域的冲温和热滞后现象。测试了一种高温固化环氧树脂碳纤维复合材料在不同保温温度和保温时间下的力学性能的变化。结果表明,当保温时间较短时,保温温度的变化对力学性能影响较小。当保温时间较长时,保温温度的高低对力学性能的影响很大:保温温度较低时,树脂的凝胶点温度较高,力学性能变化不大;随着保温温度的升高,凝胶点温度先降低后升高,力学性能也呈现先降低后提高的趋势。

施工期FRPM管的变形率对管涵力学性能的影响研究

为了探究公路浅埋玻璃纤维增强塑料夹砂(FRPM)管涵洞施工阶段产生的累积变形对服役期承载能力的影响,结合管涵在路基填土施工阶段的现场荷载试验,建立了柔性FRPM涵洞的管-土相互作用数值计算模型,仿真研究三种填土高度、三种施工变形率对管涵环向应变、von Mises应力和管周土压力等力学参数的影响规律。结果表明,随着管涵变形率的增长,涵洞发生不规则的椭圆化形变,其受力模式由整体均匀受力转变为管涵上半部分尤其是管顶区域集中受载,涵顶范围内成为受力的最不利区域。在相同填土高度下,管涵的环向应变、von Mises应力值和管周土压力均随变形率的增大而显著增大,变形率越大,对管涵长期力学性能的不利影响越严重;填土厚度越大,涵洞所受交通荷载越小。施工阶段,通过管涵内部设置钢支撑装置等措施可有效减小涵洞变形率,有利于服役期内涵洞改善受力和提高耐久性。

含纳米二氧化硅的聚乙烯改性沥青混合料疲劳和力学性能研究

【目的】通过制备不同纳米二氧化硅掺量的复合改性沥青来研究纳米二氧化硅对聚乙烯改性沥青混合料性能的影响。【方法】通过四点弯曲疲劳试验、劲度模量试验、间接拉伸强度试验来分析纳米二氧化硅复合改性沥青混合料的性能。【结果】试验结果表明:当纳米二氧化硅掺量从1%增加到4%时,混合料的疲劳寿命、劲度模量和间接拉伸强度先增大后减小;当纳米二氧化硅掺量为3%时,混合料在20℃和30℃时的疲劳性能均最优;当纳米二氧化硅掺量为2%时,劲度模量和间接拉伸强度最优,且短期老化后的间接拉伸强度降幅最小。【结论】综合考虑各项性能指标,纳米二氧化硅的最佳掺量为2%~3%,此时复合改性沥青混合料疲劳和力学性能可提高40%以上。

铌钒微合金化HRB500E钢筋轧制工艺研究

使用Gleeble 3800热模拟仪研究铌钒微合金化HRB500E钢筋的连续冷却相变行为,并在不同加热温度下进行生产试制。热模拟试验结果显示,钢筋加热至1 200℃,在1 050℃变形,冷却速率为0.8℃/s的工艺下,铁素体体积分数为43.7%,铁素体晶粒尺寸为10.8μm,珠光体体积分数为56.3%,珠光体团尺寸为22.4μm。实际生产中,加热至1 200℃,在1 000℃上冷床空冷,HRB500E钢筋显微组织由铁素体和珠光体组成,屈服强度大于500 MPa,抗拉强度大于650 MPa,强屈比大于1.25,断后伸长率大于16.0%,最大力总延伸率大于9.0%,符合国家标准要求。

Nano-SiO_(2)改性水泥净浆结石体力学特性试验研究

岩土领域复杂的工程地质环境和工程地质灾害对注浆材料的性能提出了更高的要求。利用电液伺服岩石真三轴试验机开展了普通425水泥结石体、添加纳米二氧化硅浆液结石体的单轴压缩试验。试验结果表明,添加纳米二氧化硅后,浆液结石体力学性能得到明显提升,且纳米二氧化硅含量在3%时效果最好。与普通水泥浆液结石体相比,添加3%纳米二氧化硅的浆液结石体单轴抗压强度增加了56.3%,弹性模量增加了29.2%。试验结果可以为复杂地质环境下的工程项目注浆设计和施工提供参考。

大陆岩石圈有效弹性厚度研究综述

大陆岩石圈有效弹性厚度(T_e)是表示岩石圈抵抗挠曲变形能力的参数。通过计算该参数,可以获得不同地区、不同构造省的岩石圈挠曲强度,并可以进行区域的比较。本文详细地介绍了T_e的计算方法、研究模型和控制因素。由于T_e与岩石圈热结构、流变结构、力学结构紧密相关,T_e的研究不仅有助于岩石圈强度的定量认识,而且可以获取岩石圈热结构、力学结构空间变化的信息,以及对地幔对流等动力学问题做出制约。

钢-混凝土连续组合桁梁桥受力性能优化

为有效改善钢-混凝土连续组合桁梁桥负弯矩区受力性能,以天津海河吉兆桥为例,总结连续组合桁梁桥的主要设计难点,并对传统的解决方案进行评述,在此基础上提出综合采用部分组合技术、双重组合技术以及优化施工工序3项措施对吉兆桥进行优化设计。采用MIDASCivil软件建立吉兆桥边上1榀组合桁架有限元模型,进行施工全过程分析,检验3项优化措施的有效性。对比分析结果表明,采用此3项技术措施可使混凝土桥面板在荷载短期效应组合下始终受压,下弦杆钢板最大压应力相比不灌混凝土方案降低了约25%。可见,合理采用此3项技术措施可显著降低钢-混凝土连续桁梁桥负弯矩区混凝土桥面板的拉应力和下弦杆钢板的压应力,从而有效避免混凝土桥面板开裂,改善下弦杆的稳定性。

PPH/PPR/PPB共混体系力学性能的研究

研究了均聚聚丙烯 (PPH)、无规共聚聚丙烯 (PPR)、嵌段共聚聚丙烯 (PPB) 3种聚丙烯 (PP)共混体系的力学性能 ,探讨了各组分对材料性能的影响。结果表明 :PPH能使材料具有较高的刚性 ,PPB则能提高材料的韧性 。

GAP型交联改性双基推进剂黏合剂的力学性能

将GAP与异氰酸酯预聚后引入双基推进剂黏合剂中,研究了固化剂种类、R值、固化催化剂二月桂酸二丁基锡(T12)的含量和增塑比对黏合剂的交联网络结构参数RNB值和力学性能的影响。结果表明,随着R值以及(T12)含量的增大,黏合剂的RNB值增大。在与NC中活性-OH交联反应时,TDI的反应活性比IPDI的高。GAP-TDI/NC/NG胶片的最大抗拉强度和断裂延伸率分别可达1.09MPa和202.12%,Tg最低为-42.66℃。

PP-g-AN对聚丙烯抗老化性能的影响

采用聚丙烯-丙烯腈接枝共聚物(PP-g-AN)对聚丙烯(PP)进行抗老化改性,并通过加速老化测试仪、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪等仪器测试表征了老化后PP、PP/PP-g-AN的基团变化情况,并测试了加速老化500、1000、1500、2000和2500h后纯PP和PP/PP-g-AN的力学性能。结果表明,PP/PP-g-AN经过加速老化后具有良好的抗老化性能,当PP-g-AN含量为7%时,加速老化2500h后PP/PP-g-AN的拉伸强度达到最大值19.87MPa,冲击强度最高达到60.46kJ/m2。

基于峰后特征的深部隧道围岩分层断裂数值分析

为了揭示深部隧道工程围岩的分层断裂机理而展开数值实验研究.分析了深部地层岩体历史及赋存环境,认为深部岩体在力学上处于峰后阶段,根据岩石峰后应力-应变特征选定了围岩的峰后特征指标及其开挖响应方程.建立了数值实验模型,设计了开挖数值模拟的围岩响应监控方案.完成了大量的开挖数值模拟,实现了深部围岩分层断裂现象在数值模拟中的重现.基于实验中围岩应力、变形分布的全程监测结果,在确定围岩分层断裂产生条件的基础上,进一步研究得到了围岩分层断裂层数、分层断裂圈半径、最大峰值应力等参数与峰后特征指标的关系.根据地下结构开挖围岩应力重分布及岩石力学破裂机理,分析了分层断裂中次生自由面、多重似开挖面形成的力学机制.所得数值模拟结果,为深部工程围岩的分层断裂提供了验证依据,消解了长期以来数值模拟中没有观察到分层断裂现象的困惑.

侧向排烟口对双层隧道机械排烟的影响

双层隧道具有空间利用率高,通行量大等优点,但由于顶部空间有限,多采用侧向排烟的方式控制隧道火灾时烟气的蔓延。以某越江隧道为例,采用火灾动态模拟软件FDS,改变排烟口数量、面积、间距,设计6个火灾场景,定量分析侧向排烟口的设置对机械排烟效果的影响。分析各排烟口流量、流速,分析隧道内温度分布、能见度分布。结果表明:在火源功率20 MW、无纵向风条件下,排烟口面积、排烟口开启数量以及排烟口间距都在火灾发生初期对烟气的蔓延起控制作用;提出在排烟口面积为4m2、排烟口间距为90m、火灾时开启4个排烟口时,排烟效果更经济合理。

解剖型桡骨远端记忆聚合器的力学稳定性

目的:探讨解剖型桡骨远端记忆聚合器(anatomic distal radius Ni-tinol memory connector,ADRMC)的力学稳定性。方法:20根尸体湿桡骨标本分别制作成远端横断型骨折模型,以ADRMC或普通钢板(CP)固定,采用万能材料试验机和静态电阻应变仪进行环抱支轴向环抱力的测试和三点弯曲、扭转实验。结果:ADRMC环抱支产生的最大轴向环抱力为12.82MPa;三点弯曲实验显示,ADRMC组和CP组板对侧加压分别为(3.92±1.22)和(5.26±2.37)N·m,板侧加压分别为(3.32±1.14)和(3.14±1.06)N·m,侧方加压分别为(4.27±2.13)和(3.96±1.34)N·m;当扭转角度大于2°时,CP组的屈服扭矩明显高于ADRMC组(P<0.05)。结论:ADRMC在提供牢靠固定的同时,轴向环抱持骨有利于稳定,纵向加压及记忆效应的存在可显著降低应力遮挡率。

FV520B沉淀硬化不锈钢的MAG堆焊再制造力学特性

采用堆焊熔敷成形技术进行FV520B沉淀硬化不锈钢再制造实验,并通过与基材相应性能进行对比分析,研究FV520B不锈钢MAG堆焊再制造成形层力学特性。结果表明:FV520B不锈钢MAG堆焊再制造成形层具有高强度和高硬度特性,其抗拉强度达到1195MPa,超过基材的1092MPa,屈服强度和硬度平均值分别为776MPa和336HV,与基材的859MPa和353HV相近;但是,再制造成形层的静拉伸伸长率与冲击韧性相对较低,分别为8.72%和61J/cm2,与基材的19.67%和144J/cm2相比差距较大。试样断口和组织分析表明,MAG堆焊再制造成形层的快冷非平衡结晶板条马氏体+NbC,MoC,M23C6等碳化物沉淀强化相组织是其具有高强度和高硬度力学特性的根本原因。不过,缺少时效处理和Cu元素强化相作用,以及夹杂脆性相和大尺寸球形颗粒与基体间的弱界面作用会恶化材料受力时的变形能力,容易引起应力集中并开裂,是再制造成形层具有较低静拉伸伸长率和较差冲击韧性的主要原因。

变形制度对低碳锰钢组织性能的影响

为了获得细晶铁素体／贝氏体的复相组织，通过控轧控冷工艺研究了低碳锰钢在奥氏体区变形时变形量、终轧温度和卷取温度对组织演变和力学性能的影响规律．研究表明，增加变形量（对应道次间隔时间缩短）可以细化铁素体晶粒，但当终轧温度降低到800℃时，变形量的增加以及开冷温度的降低不利于贝氏体组织的获得．通过调整变形量、终轧温度、可开冷温度并适当降低卷取温度，可使实验钢获得晶粒尺寸约为5μm的铁素体和10％～20％的贝氏体组织，低碳锰钢强塑性能良好．