热镀锌钢板表面色差缺陷的微观检测分析

对不同色差的热镀锌钢板用不同方法进行了微观检测分析,探究产生表面色差的原因。利用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）检测发现,表面出现色差的热镀锌钢板的镀层表面存在大量的孔洞,其直径约为1~4μm。通过X射线光电子能谱（X-Ray Photoelectron Spectroscopy,XPS）分析,检测到这些孔洞区C元素和O元素的含量较高,说明含有夹杂物。通过镀层的X射线衍射（X-Ray Diffraction,XRD）分析及三维表面形貌检测发现,与表面色泽均匀的热镀锌钢板相比,表面出现色差的热镀锌钢板的结晶度较高,并且晶粒大小不均匀,镀层表面的纹理不规则。从光学角度来讲,这些因素都导致了热镀锌钢板表面出现色泽差异。

双层微球壳流固耦联振动及声散射分析

为研究在药物输送中常用包裹药物的双层壳体声散射特性,本文建立了双层微球壳与其内外流体耦联振动模型。通过求解在超声波作用下各层球壳与内外流体的耦合作用方程,得到了球壳径向位移的级数形式解;利用此级数解分析了球壳的材料参数和几何参数对声散射特性的影响。结果表明:散射率曲线的峰值总是出现在耦联系统的固有频率处;内层球壳的密度增大200kg/m3时,第1阶子波的第2个散射率峰值增大了13.9%,但对第0阶子波基本无影响;内层球壳的杨氏模量增大40MPa时,固有频率增加近20%;外层球壳厚度增加0.1μm时,固有频率增大的幅度较小,但各散射率峰值减小幅度均大于9%。这些结果有助于了解双层微球壳声散射特性,从而指导药物包裹体的参数设计。

超声疲劳狗骨平面试样设计与疲劳寿命实验研究

超声谐振技术是研究金属材料超高周长寿命疲劳性能的有效手段之一.超声疲劳试样通常需要独特的几何设计以满足共振的要求.常规疲劳试样如圆棒以及狗骨等不具备平面特征,在定量微观表征等方面存在困难.本文介绍了一种基于狗骨型拉压疲劳试样的带平面超声拉伸疲劳试样及其设计方法、疲劳测试方法.与传统超声疲劳试样设计不同的是,本文的狗骨平面试样具备平面试验段,具有利于定量微观表征的特征.本文以GH4169镍基合金为例,开展狗骨平面疲劳试样设计.通过超声疲劳试验结果表明,本文提出的基于理论解和数值方法的狗骨平面试件能在20 kHz产生共振,并且测得应力数据基本与现有材料S-N曲线相符.本文方法为超声疲劳试样设计与超高周疲劳的微观变形机制研究提供了新思路.

双相钢电阻点焊动态电阻规律研究

利用数据采集系统采集双相钢电阻点焊过程中的主要焊接参数,对双相钢电阻点焊过程中动态电阻曲线进行了研究。结果表明,双相钢点焊过程中材料的微观组织变化和焊接参数的变化对焊接过程中动态电阻有重要影响,且具有一定的规律性。发生焊接喷溅时动态电阻出现突降,这为焊接喷溅的识别提供了依据。掌握焊接过程动态电阻的变化规律可以预测焊接熔核的形成过程,实现对焊点质量的监测。

考虑相变影响的电阻点焊数字模拟

热膨胀作用于焊接整个过程,考虑相变对线膨胀系数的影响,建立了考虑相变影响的电阻点焊二维轴对称有限元数值分析模型.以双相高强度钢DP600为研究对象,考虑相变潜热的影响,得到焊接过程温度场分布结果.利用热弹塑性理论和线性混合法则,考虑相变对线膨胀系数的影响,对双相钢电阻点焊应力场及工件焊接变形进行了分析研究.结果表明,考虑相变对线膨胀系数的影响,计算分析结果更接近实际.

基于等几何配点法的柔索非线性动力学分析

针对柔索结构非线性动力学问题,提出了基于非均匀有理B样条(NURBS)的等几何配点法.利用哈密顿原理建立了耦合三个平动自由度和一个扭转自由度的柔索非线性运动方程,基于等参元的思想,利用NURBS基函数的高阶连续性和配点离散强形式的控制偏微分方程组,采用Newmark-β时间积分与修正的Newton-Raphson非线性迭代法求解离散动力学方程.通过与传统有限元法计算结果对比,验证了该数值方法的准确性和高效性.进一步分析了等几何配点法典型的收敛特性,表明该方法能有效处理非线性动力学问题.

超高应变率下金属热力学塑性变形研究进展

对超高应变率下金属热力学塑性变形行为的研究进展进行了梳理.分别从实验研究、理论模型(本构关系)与数值模拟三个方面,对超高应变率下金属宏观热力学塑性变形行为及其显微结构演化规律的发展进行了概述.通过对现有文献的系统回顾、整理与比较,总结归纳了相关研究的若干问题,并展望了超高应变率金属动态塑性变形研究的发展方向,为后续超高应变率下金属塑性行为相关研究提供参考.

柔性捻卷型纤维基人工肌肉研究综述

综述了捻卷型纤维基(TCF)人工肌肉的发展历程和研究现状.对其制备方法、拓扑结构与力学原理、工作机制及驱动方式等方面进行了总结.TCF人工肌肉的研究虽然取得了一定进展,但仍存在诸多挑战:缺乏力学引导的人工肌肉制备技术和结构设计准则;采用不同材料和不同卷绕方式制作的人工肌肉,其驱动性能各异,难以确定驱动性能最佳的拓扑结构;面向人工肌肉力学性能和致动特性的表征手段尚不完备.单纤维的拉扭力学性能决定了纤维基人工肌肉的致动特性,目前仍缺乏完备的面向人工肌肉纤维的力学表征方法和致动特性测试手段,纤维基人工肌肉的精确驱动控制难以实现.人工肌肉纤维具有较强的时变非线性,缺乏精确描述其机械输出特性的迟滞模型.

加权最小二乘无网格法求解亥姆霍兹方程

在移动最小二乘近似的基础上,直接使用最小二乘法建立系统的变分公式,导出了亥姆霍兹方程的加权最小二乘无网格(MWLS)法公式.MWLS法兼有伽辽金型无网格法和配点型无网格法精度高、收敛快的优点,并且克服了伽辽金法计算量大、配点法不稳定的缺陷.通过一维算例讨论了MWLS法应用于亥姆霍兹方程时各种参数的影响以及最佳参数的选择,通过二维算例证明该方法计算效率高于无单元伽辽金法(EFGM).数值结果表明MWLS法求解亥姆霍兹方程具有效率高、精度高和稳定性好的优点.对高波数波动问题给出了精确的模拟.

离散位错动力学算法及其在材料塑性行为模拟中的应用

晶体材料的塑性变形由位错的运动演化而引起.离散位错动力学(discrete dislocation dynamics, DDD)通过直接模拟大量位错的演化而研究材料的塑性变形,因此能够揭示材料微结构-位错微结构-塑性力学行为之间内在的物理关联,并能够自然而然地捕捉塑性变形微米/亚微米特征尺度下本征的尺度效应.它所能模拟的尺度介于微观分子动力学模拟和宏观有限元模拟之间,在多尺度算法中起到承上启下的作用.本文首先系统地发展、完善和丰富了离散位错动力学-有限元(finite element method, FEM)叠加算法、DDD-FEM直接耦合算法(discrete-continuous method, DCM)以及离散位错动力学-扩展有限元(extended finite element method, XFEM)耦合算法等框架体系.在此基础上,利用这些方法对单晶镍基高温合金的塑性变形机理、晶体材料的断裂和损伤变形行为以及塑性行为的微尺度和微结构效应3个方面开展了系统的研究.所得模拟结果指导了基于微结构和位错机制的单晶镍基高温合金晶体塑性本构模型的建立,丰富和加深了人们对材料强化、循环塑性、断裂、损伤、尺度效应和微结构效应的认识.此外,离散位错动力学可进一步应用于诸如高温、高压、高应变率、化学腐蚀环境、高辐照等极端条件下晶体材料塑性行为的研究,是材料力学行为多尺度模拟研究中的重要一环.

均匀内压作用下曲边柱壳的非线性动态响应

为了研究曲边柱壳受动态内压载荷作用下的变形规律,建立了精确考虑壳体几何构型的非线性动态控制方程,提出了一种基于静力变形模式的动态响应计算方法,然后通过能量方程建立了均匀内压作用下曲边柱壳动态解的增量求解算法,求解结果与有限元方法LS-DYNA计算结果十分一致.分析了加载速率和载荷形式对曲边柱壳动态响应的影响,发现加载速率和载荷形式可以较大程度地改变曲边柱壳的动力学行为,因此可以通过改变动态加载速率和载荷形式来控制曲边柱壳不同的动态特性.

考虑加载频率的超高周疲劳寿命预测

超高周疲劳试验可以通过传统的电磁振动(30-3000 Hz)、超声振动(20 kHz)等测试方法实现.对于同一材料,采用不同加载频率的测试方法得到的疲劳寿命可能存在差异.为了充分利用不同测试系统得到的超高周疲劳寿命数据,关于考虑加载频率的超高周疲劳寿命预测方法亟待研究.本文结合基于Tanaka的位错理论的裂纹萌生寿命预测模型以及Paris裂纹扩展的寿命预测模型,引入频率对有效应力及疲劳强度的影响,得到超高周疲劳寿命预测模型.利用本文提出的模型,针对钛合金TC17和镍基高温合金GH4169在不同加载频率下的超高周疲劳试验数据进行寿命预测验证,结果显示本文模型能较好地表征不同加载频率下材料的超高周疲劳特性.本文模型建立了不同加载频率下的疲劳寿命数据的关联.