Al-Si闭孔泡沫铝材料的压缩行为

对熔体转移发泡法制备的不同密度Al-Si闭孔泡沫铝材料进行了准静态压缩实验,研究了Al-Si闭孔泡沫铝材料的准静态压缩力学行为及变形机制,并从微观上分析了相对密度对Al-Si闭孔泡沫铝材料的力学性能影响.结果表明,Al-Si闭孔泡沫铝材料的压缩过程具有明显的脆性材料压缩变形特征,即经历三个阶段线弹性阶段、脆性崩溃阶段、致密化阶段.相对密度对Al-Si闭孔泡沫铝材料的力学性能影响显著,随着相对密度的增加,压缩强度和弹性模量逐渐增大,且理论结果与试验结果比较吻合.     

半球形金属橡胶构件变刚度特性研究及建模

为满足特殊减振器极限低频减振需求,探索金属橡胶构件变刚度特性,设计并制备了一种半球形金属橡胶构件,利用空间结构变形使其具有变刚度特性,并对其进行准静态压缩实验,研究了相对密度对半球形金属橡胶构件力学性能的影响。基于Sherwood-Frost力学模型,结合半球形金属橡胶构件的特点,对其准静态力学模型的组成形式及各项表达式进行了讨论和确定,结合不同相对密度构件的准静态压缩数据,对方程的拟合值及试验值进行对比,结果表明所建立模型的预测结果与试验结果有较好的一致性,该力学模型可用于半球形金属橡胶构件力学性能的评估,为半球形金属橡胶在极限低频减振器中的应用奠定理论与试验基础。     

闭孔泡沫铝特征统计及其变形行为实验研究

以椭圆拟合长方体闭孔多边形泡沫铝表面孔截面,运用统计学的方法研究了泡沫铝试件表面孔的大小、形状和方位等分布特征.统计结果表明:上述孔的各项几何特征参数除方位外服从高斯分布. 应用图像处理技术,获取了单轴压缩变形前后泡沫铝试件的表面图像.利用序列数字图像相关方法对泡沫纯铝变形前后的图像进行相关计算,获得了静态单向压缩条件下闭孔泡沫铝材料表面全场变形及局部孔结构的变形,同时根据试验结果计算了试件的名义应力-应变曲线,给出了压缩过程中孔壁的失效顺序和破坏规律.对块体材料的压缩实验表明,泡沫纯铝是以多个断裂带的形式破坏和吸收能量.     

Zr基非晶合金准静态压缩下的多重剪切带行为

利用IUTM和SEM研究了Zr-Ti-Ni-Cu块状非晶合金的准静态单轴压缩变形和断裂行为. 研究表明:该合金的室温压缩变形过程主要表现为弹性和塑性变形,塑性变形阶段没有加工硬化现象. 在准静态压缩条件下Zr基非晶合金表现出多重剪切效应,提高了塑性. 微观研究证明,剪切带的滑移分枝与相互交叉是非晶合金塑性提高的主要机制. 沿着剪切带发现了微空洞和微裂纹,剪切带的形成与自由体积的合并有关. 塑性变形过程中形成脉纹状断口形貌,受力状态的不同脉状花纹表现为不同的形式.     

管材壁厚对双直径圆管吸能元件成形与自由翻转的影响

利用ABAQUS 6.14软件模拟了在不同壁厚下,材料为20钢双直径圆管吸能元件的液压胀形、折叠和自由翻转的过程.并分析了不同壁厚下液压胀形与折叠后的壁厚分布,准静态压缩翻转变形模式以及准静态压缩时翻转力与翻转半径与推导公式之间的关系.结果表明：壁厚减薄程度与管材初始壁厚大小有关;20钢双直径圆管成形后发生轴向压缩时其自由翻转的模式多为内管外翻;推导的翻转力与翻转半径理论公式与实际测得翻转力与翻转半径的结果比较吻合.     

大块金属玻璃剪切带形成的“原位”压缩实验研究

对一种锆基大块金属玻璃材料进行了室温下的准静态SEM"原位"压缩实验,并对其剪切带行为进行了研究.测得的宏观应力应变曲线表现出理想弹塑性响应.对样品变形过程中和断裂后的表面剪切带斑图进行的分析表明,多重剪切带的形成及其交割和分叉行为能显著提升其金属玻璃材料的塑性变形能力.采用Mohr-Coulomb模型对其断裂偏离最大剪应力平面的现象进行了描述.基于金属玻璃塑性变形的自由体积模型,对剪切带交割点产生的纳米尺度空洞和微裂纹形成机理进行了分析.图6,参16.     

钢球斜轧成形的金属流动规律

基于钢球斜轧成形原理,采用DEFORM-3D有限元软件建立了钢球斜轧成形的有限元模型。相应的实验结果表明有限元模型是可信的。利用有限元结果研究了钢球斜轧成形过程的金属径向和轴向变形规律。研究表明：坯料的金属以周期振荡方式累积变形。在轴线方向上,球体间的连接颈是变形最剧烈的位置,离连接颈越近,金属的径向变形和轴向变形越大。在横截面方向上,球体前半球的金属,离轴线中心越近,径向压缩量越小,轴向位移越大;球体后半球的金属,离轴线中心越近,径向压缩量越小,轴向位移越小。     

单轴压缩荷载下红砂岩破裂失稳损伤演化特征

为了揭示受载岩体的损伤孕育模式和破坏前兆特征，文中研究了轴向压缩荷载下红砂岩的损伤演化规律，分析了试样临界加速失稳阶段AE响应特征和破裂类型特征。研究表明：轴向压缩荷载下红砂岩主要发生脆断破坏，其破坏孕育过程分为稳定变形阶段和临界加速失稳破坏阶段。在临界加速失稳破坏阶段，AE事件率存在典型的相对平静期破坏前兆；基于试样损伤演化速率差异定义了第一损伤点，基于试样宏观破坏差异和AE事件率特征定义了第二损伤点，可以用于区分和评价岩石的损伤破坏状态；轴向压缩荷载下红砂岩的损伤演化模式符合指数型函数特征，存在临界加速失稳现象；在临界加速损伤阶段，试样内部的张拉破裂和剪切破裂会显著增长。     

闭孔泡沫铝应变率效应的试验和有限元分析

通过对具有不同孔隙率的闭孔泡沫铝在不同应变率下的动态压缩试验和数值模拟,研究了泡沫铝的应变率敏感性.结果表明:在准静态(0.001s-1)至2500s-1的应变率范围内,具有相同孔隙率的泡沫铝的静、动态单轴压缩变形模式相似,而具有不同孔隙率的泡沫铝的压缩变形模式则存在差异,高孔隙率和低孔隙率泡沫铝的应变率敏感性明显不同;基体材料的应变率敏感性决定了泡沫铝的应变率敏感性;微惯性、波效应和孔内气体压力对泡沫铝的平台应力不产生明显影响.     

利用数字图像处理技术研究泡沫铝的变形特性

采用数字图像处理技术,结合一些数据处理方法量化图片信息,分析了长方体泡沫铝试件在准静态压缩条件下的即时相对密度变化和纵截面孔隙率分布及变化情况.用该方法得到的即时相对密度具有一定的稳定性,且与前期工作的结果相吻合;加载时,随着应变的增加,纵截面各部分的孔隙率都减少,变形发生在整个试件中,但整个纵截面上的孔隙率变化不均匀,上下两端孔隙率的变化率要低于中部,这主要与加载平台对试件两端的约束有关;随着应变的增加,孔隙率的变化率在整个纵截面上趋于均匀.     

晶须辅助增强复合材料动态压缩性能研究

为获得一种新型氧化锌纳米晶须辅助增强环氧树脂基复合材料的准静态和动态压缩力学性能,采用万能实验机和分离式Hopkinson压杆装置为加载手段,对该复合材料层合板厚度和平面内两方向的准静态和动态压缩性能进行实验研究;借助扫描电镜对该复合材料断口损伤形貌进行表征. 实验结果表明:在动态加载下,该复合材料具有明显的非线性本构关系和应变率强化效应. 材料在厚度方向的破坏以剪切破坏为主,在平面内方向的破坏以分层破坏为主,其厚度和平面内两方向的压缩破坏具有完全不同的破坏机制.     

复合材料加筋壁板轴压屈曲稳定性研究

为研究复合材料加筋薄壁结构在轴向压缩载荷下的稳定性能,应用有限元软件MSC.PATRAN／NASTRAN对该型结构建模并进行屈曲计算,得到结构的失稳屈曲临界载荷和屈曲模态;通过对复合材料加筋壁板进行轴向压缩试验,对其屈曲形式、失稳载荷、破坏过程及破坏载荷进行了研究,试验所得局部屈曲载荷与计算结果较吻合,说明建模方法的合理性。试验分析表明复合材料加筋壁板具有较强的后屈曲承载能力,可以用有限元模拟方法来对该型结构的稳定性能进行分析。     

普碳钢蜂窝夹芯板的面外压缩性能

利用MTS 810材料试验机对真空钎焊普碳钢蜂窝夹芯板的面外压缩性能进行了实验测试. 分析了面外压缩变形特性以及结构参数对蜂窝夹芯板面外压缩强度的影响. 研究发现,普碳钢蜂窝夹芯板的面外压缩变形可分为弹性变形、塑性变形和压实三个阶段. 蜂窝胞壁厚度与胞壁边长的比值t/a是影响塑性变形初期变形方式的主要因素. 比值t/a＞0.0427时,塑性变形初期以屈服方式进行;t/a7＜0.0427时,塑性变形初期以屈曲方式进行. 在结构参数对性能的影响中,胞壁厚度对蜂窝夹芯板的初始压缩强度和峰值抗压强度影响最大,胞壁边长的影响次之,而面板及夹芯厚度的影响较小.     

超塑性压缩变形的理论计算及比较

本文论述了超塑性压缩变形的粘塑性有限元计算方法,对硬铝压缩变形进行模拟计算,得到变形过程中的速度分布、应变率分布,应变分布、应力分布等一系列变形流动信息; 与计算圆柱体超塑性压缩流动应力的上限法、滑移线法和变分法进行比较.计算表明,有限元法和变分法的结果比较接近实验数据.     

土壤准静态压缩力学性能实验研究

为研究土壤准静态的压缩力学性能,利用电子万能试验机对土壤进行了准静态压缩实验,分析了其密度、质地、水的体积分数等参数对静态抗压强度的影响. 结果表明:土壤的密度、质地和水的体积分数等因素均会对其静态力学性能造成影响,影响着静载情况下的应力-应变关系. 在应变一定的情况下,一般应力随着土壤密度的增大而增大,对于黏性土壤其水的体积分数对内部应力影响很大,但对于砂土则影响不明显.      

钨铜合金准静态压缩性能研究

利用WDW-E100D型微机控制电子式万能试验机、S-4800场发射扫描电镜和XRD等分析测试方法,研究W-Cu20准静态压缩性能及其变形特征.结果表明:退火处理能消除制备W-Cu20合金时产生的内应力,提高其塑性变形能力,同时降低抗压强度.W-Cu20合金准静态压缩在剪切面上产生形变带,钨相形态发生较大变化,沿剪切面方向由球形变为条形,经800℃退火处理后的组织中形变带最显著.     

多层金属多孔复合结构面外压缩吸能特性实验

轻量化及多功能一体化设计成为武器装备性能提升的迫切目标需求,以金属点阵和金属泡沫为代表的金属多孔材料由于具有超轻、超强、高能量吸收率及多功能可设计性等优点得到了广泛的重视,但金属点阵结构的屈曲及泡沫金属的低强度问题成为制约其工程应用的瓶颈。通过将泡沫金属填充到金属点阵孔隙中的方法获得3种不同几何构型的多层金属多孔复合结构——泡沫铝填充双层金属波纹板,并对其承载及能量吸收特性进行了面外压缩实验研究。研究表明新型金属多孔复合结构单位质量峰值压缩强度及单位质量能量吸收可分别高达其对应的空心结构的9.3及21.8倍,甚至和泡沫铝这一优异吸能材料相比仍可分别提高19%和20%。耦合增强机理表明正是泡沫铝的填充改变了波纹芯体的屈曲变形模式,使其转化为更为复杂高阶的屈曲变形模式,产生耦合增强效应,从而引起强度及能量吸收效率的大幅提升。     

基于弧长法的南瓜型超压气球非线性后屈曲分析

稳定性研究是南瓜型超压气球设计面临的重要课题。针对南瓜球非线性屈曲过程,对含初始缺陷南瓜球的稳定性进行研究。首先,对南瓜球进行特征值屈曲分析,得到前8阶屈曲模态及线性屈曲临界载荷。然后,基于特征值分析的模态构型给出初始缺陷分布,进一步利用非线性有限元中的弧长法分别计算临界缺陷模态和组合缺陷模态下对应的屈曲临界载荷。结果表明,南瓜球对初始缺陷较敏感,缺陷的幅值和分布形式对承压能力和失稳形态均有影响,承压能力随缺陷幅值增大而降低,说明提高南瓜球稳定性需要提高气球的加工精度。同时,对已失稳南瓜球的应力分布进行分析,发现失稳状态下南瓜球高应力区的应力水平远高于相同载荷下未失稳南瓜球的应力水平。可见,失稳现象极大降低了气球的承压能力。     

蜂窝状软粘土蠕变微观分析

为预测软粘土的蠕变变形特征,建立蜂窝状软粘土微结构蠕变失稳力学模型.借助材料力学中对蜂窝结构的研究成果,从微观结构稳定性的角度研究影响软土变形和蠕变的主要几何-力学因素,分析软粘土微结构的变形失稳.研究表明:微结构的变形失稳与其受力状态、几何形状与尺寸等因素密切相关;当竖向应力一定时,随着围压的增大,蠕变屈曲破坏时间变长;当微结构受到扰动时,其蠕变失稳状态也会发生变化,围压的增加会使得微结构的蠕变失稳受到抑制.     

一种反应材料制备及准静态力学特性研究

采用热压烧结法制备Zr/W/PTFE反应材料,利用扫描电镜和材料试验机研究其在常态下的微观组织和准静态压缩力学性能;研究结果表明烧结温度过高或过低都会导致Zr/W/PTFE材料密度和强度降低;静态压缩曲线呈现出明显的弹性变形、非弹性变形和应变软化阶段,并具有应变率效应;试件的压缩破坏有劈裂、剪切和劈裂/剪切3种破坏形态. 该材料呈现出黏弹塑性,采用修正的Sargin模型唯象地建立了材料在低应变率范围内的本构模型,模拟结果与实验曲线符合较好.