力学谱技术在聚合物流体结构转变过程中的研究进展

介绍了近年来利用力学谱技术研究聚合物流体(聚合物熔体和高分子浓溶液)结构转变过程的进展，分析了分子质量和共混物质量浓度对单分散聚合物熔体液/液转变过程的影响及其液/液转变机制，并介绍了嵌段共聚物聚氧乙烯/聚氧丙烯/聚氧乙烯(PEO PPO PEO)浓溶液的相转变过程随温度、聚合物质量浓度和NaCl等因素变化的关系，指出了今后力学谱技术在软凝聚态领域有待于进一步研究的方向.     

乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜单向拉伸性能及黏塑性本构模型

对厚度为250μm的长条形ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)薄膜试样进行了8种定速(拉伸速度由极慢的1mm/min到极快的500mm/min)单向拉伸试验,得到了相应的应力应变曲线、屈服强度、弹性模量等参数随拉伸速率的变化规律.结果表明:ETFE薄膜的屈服强度和屈服应变随拉伸速率的增加而增加;ETFE薄膜的切线、割线弹性模量,以及基于应变能和应变余能的等效弹性模量随拉伸速率的增加而增大,3种弹性模量之间的差值也随拉伸速率的增加而增大.对上述应力应变曲线进行分析,提出了ETFE膜材的黏塑性本构模型(Peirce模型),并在有限元分析软件ANSYS中进行了数值模拟,其结果与试验得出的应力应变曲线吻合较好.     

聚β丙烯晶型在拉伸时的晶型转化

在不同的拉伸温度下对β晶型全同聚丙烯的晶相转变进行了研究,用X 射线衍射扫描和平板照相法观测到在拉伸样品过程中,没有产生β晶型的择优取向,而是发生β晶型向α晶型的转变,进一步产生新生的α晶型的取向.这与一般结晶高聚物在拉伸时首先产生原晶型的取向不同.拉伸温度越高,拉伸比越大,这种β晶型向α晶型的转变也越容易发生和进行的越完全,而且α晶型在c 轴的取向度越高.     

不同温度下的乙烯-三氟氯乙烯共聚物薄膜单轴拉伸试验

对厚度为250μm的乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)薄膜进行了单轴拉伸试验,考虑了不同的低-高温度(分别为-50、-40、-30、-20、-10、0、10、20、30、40、50、60、70及80℃)效应,试件截取方向为机器方向.得到了ECTFE薄膜在不同温度下的拉伸应力-应变曲线,通过分析得到了弹性模量、屈服强度、屈服应变、冷拉应力、抗拉强度、断裂延伸率等力学参数及其随温度的变化规律.结果表明:随着温度的降低,应力-应变曲线整体向上抬升,屈服强度、拉伸强度、冷拉应力和弹性模量均增大,断裂延伸率和韧性均减小.在不同温度(-50～80℃)下,弹性模量的差值可达到93%,屈服强度的差值可达到89%,温度变化对ECTFE薄膜力学性能的影响显著.得出了主要力学参数和温度变化的拟合公式,可用于判断ECTFE薄膜在不同温度下的力学性能.     

基于晶体塑性有限元的多晶铜力学行为研究

通过晶体塑性有限元对Voronoi多晶铜的单调拉伸和循环塑性行为进行数值模拟. 单调拉伸的模拟结果发现多晶体的力学响应与晶粒个数相关;试样在拉伸变形中出现45°方向的滑移剪切带和颈缩. 研究结果表明:多晶铜的对称应变循环可呈现出循环硬化和包辛格效应,导致包辛格效应的主要原因是晶间约束产生的残余应力. 在非对称应力循环载荷作用下,平均应力和应力幅值对多晶铜的棘轮行为有显著影响.     

ETFE薄膜单轴和双轴拉伸试验与分析

采用乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)薄膜哑铃形试件,进行单轴拉伸试验,得到了工程中常用的ETFE薄膜的力学参数(屈服强度、屈服应变、切线模量和割线模量);在考虑ETFE薄膜粘弹塑性效应特征的前提下,应用应变能等效的方法计算ETFE薄膜等效弹性模量,结果表明计算得到的等效弹性模量介于切线模量和割线弹性模量之间.研制了一种专用于ETFE薄膜双轴拉伸试验的装置,并进行了系列试验;基于正交异性薄膜理论推导出薄膜双向解耦的独立弹性常数计算列式.根据ETFE薄膜双轴拉伸应力-应变曲线,求得厚度为250μm的ETFE薄膜在双边应力比为1:1的工况下的耦合模量为1163 MPa;由正交异性理论计算得该薄膜的解耦模量为814.2 MPa,与单轴拉伸试验得到的等效弹性模量相近.     

新型核燃料碳化钍高压相的理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了高压P4/nmm相碳化钍在60～140 GPa的压强区间内的晶体结构、电子性质、晶格动力学和力学性质.结果表明:该高压相是金属且动力学稳定,稳定压强至少达到140 GPa,其中C原子与8个近邻的Th原子形成六面体结构单元,并以此为基本单元堆叠成P4/nmm相.此外,P4/nmm相碳化钍属于脆性材料,它的体积抗压缩能力和材料的刚性较强.     

[110], [112], [111]晶向钨纳米线拉伸微结构演变

采用嵌入原子势,使用分子动力学方法,模拟研究了[110]、[112]和[111]三个晶向钨纳米线的拉伸弛豫过程的微观破坏机理.并引入共近邻分析方法、配位数及中心对称参数法来分析它的结构和形状的演化过程.结果表明:不同晶向的纳米线拉伸时具有不同的力学性能,[111]晶向具有最大的弹性模量、屈服应变、屈服强度与断裂应变,其次是[110]晶向,最后是[112]晶向.晶向对弹性模量的影响较小,但对屈服应变、屈服强度、断裂应变影响较大.模拟结果还表明:这三个晶向均具有弹性、损伤、屈服及颈缩断裂四个阶段,且发现[112]晶向具有强化阶段,即应力随应变的增加而增加,重新恢复承载能力,但其断裂应变最小.并给出了这三种不同晶向拉伸断裂的机理.     

物理老化对非晶态聚醚砜共聚物力学性能和形态结构的影响

采用示差扫描量热法（DSC）、 应力 应变测量、 荧光光谱和透射电镜等方法研究了物理老化对非晶态聚醚砜共聚物膜的拉伸屈服行为及微观结构的影响. 研究结果表明， 聚醚砜共聚物经物理老化后， DSC升温曲线上出现吸热峰，T_g升高， 初始模量和屈服应力增加， 断裂伸长率下降. 物理老化后的聚醚砜共聚物在拉伸过程中出现应力屈服峰， 实质上是逐步打开凝聚缠结的过程. 荧光光谱的研究证明， 非晶态聚醚砜共聚物由于主链苯环密度较高， 苯环受激处于激发态时易与周围激态苯环相互作用形成激基缔合物， 缔合物发射峰的强度随老化时间增加而增强. 电镜对形态结构的分析进一步表明， 聚醚砜共聚物经物理老化后其聚集态形成了某种局部有序结构.     

BaC2高压相R3m的电子结构与力学性质的第一原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究BaC₂高压相R3m的晶体结构、 力学、  热力学和电子结构等性质. 计算结果表明:  BaC₂的I4mmm相较高压相R3m的离子性更强. 在0 K 时, 由BaC₂的I4mmm相转变为R3m相的压强为3.6 GPa, 与实验结果相符. 高压相R3m的弹性常数满足波恩\|黄昆判据, 因而其晶格力学性质稳定. 布居数分析表明, 在高压下, 从Ba原子至C原子的电荷转移在I4mmm至R3m相变过程中所起的作用较大.      

炔雌醇多晶型非等温转晶动力学研究

通过冷却结晶制备炔雌醇晶型Ⅰ,并采用X射线粉末衍射(XRPD)、拉曼光谱分析(Raman)以及差示扫描量热(DSC)对炔雌醇晶型进行分析表征;采用非等温差示扫描量热法对炔雌醇晶型Ⅰ升温晶型转变过程进行了系统研究.实验结果表明:炔雌醇晶型Ⅰ在热介导条件下可转化为晶型Ⅱ.结合炔雌醇晶型Ⅰ晶型转变过程实验数据,确定了炔雌醇晶型转变过程机理:随机成核和随后生长,n=1/4;机理函数的微分表达式和积分表达式分别为f(α)=4(1-α)[-ln(1-α)]~(3/4)和G(α)=[-ln(1-α)]~(1/4).     

温度应力对低碳微合金钢连续冷却过程中相变塑性的影响

通过热模拟单轴载荷拉伸/压缩试验,研究了连续冷却过程中温度应力对低碳微合金钢700L相变塑性和相变动力学的影响。结果表明,在1/2奥氏体屈服强度的应力范围内,700L钢的相变塑性应变与温度应力呈线性关系,对应相变塑性参数k为1.357×10~(-4);整体而言,压应力对700L钢相变塑性的作用效果强于拉应力。连续冷却过程中,外加载荷明显降低了700L钢奥氏体向铁素体转变开始温度,延缓了铁素体相变进程,缩短了相变完成所需时间,并且拉应力作用对700L钢铁素体转变动力学的影响效果更显著。     

热处理对MgO掺杂阿利特晶型与水化性能的影响

实验研究热处理过程对MgO掺杂阿利特的晶型与水化性能的影响,采用X线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)表征样品晶体结构变化,并测试其水化活性.结果表明:当MgO掺量为0.5％、1.0％和2.0％时,室温下样品稳定的晶型分别为T2、T3和M3型.MgO掺量为0.5％与1.0％的阿利特,热处理对样品晶型几乎没有影响,仍为T2和T3型,而热处理使样品水化活性降低,48 h累积水化放热量下降.MgO掺量为2.0％时,当样品在1100℃下热处理3h或1200℃下热处理1、3h后,晶型均发生明显转变,由单斜型转变为三斜型.由于晶型转变,阿利特产生大量的缺陷和应力,水化活性显著提高.另外,阿利特晶型的转变是一个动力学过程,与温度和时间紧密相关.     

混合碳4裂解制乙烯和丙烯的研究

催化裂化过程中生产的混合碳4(简称为C4)中含有50%左右的丁烯,是很好的制乙烯和丙烯,尤其是丙烯的原料.在固定床反应装置上对C4裂解制乙烯和丙烯过程中LXH-Ⅰ型催化剂的性能进行了评价.结果表明,该催化剂具有较高的乙烯、丙烯选择性,反应中还可生成一部分含5个碳原子以上的烃.丁烯的转化率、乙烯和丙烯的收率在反应初期有所下降,随后分别稳定在58%,13%和40%左右.实验还表明,丁烯是先二聚然后裂解生成乙烯和丙烯的.     

高Nb--TiAl合金的高温循环变形机制

在750℃下对近片层Ti--45Al--8Nb--0.2W--0.2B--0.1Y合金进行了静拉伸和循环变形,观察和分析变形后试样的微观组织.合金在750℃时的循环应力--应变曲线位于静拉伸应力--应变曲线之上,显示出明显的循环硬化特征;在循环变形过程中呈现先硬化后稳定.透射电镜观察显示,在750℃下循环变形和拉伸的合金试样中均发现有大量的位错钉扎、塞积及缠结存在,而形变孪晶仅在循环变形后的合金试样中存在.合金在750℃下的循环变形中孪生起重要作用.     

大型LNG低温储罐用9Ni钢服役过程中组织性能变化研究

研究了9Ni钢在室温(25C)(→)低温(-196℃)多次保温循环后其组织性能的变化.借助金相显微镜、扫描电子显微镜等实验仪器表征材料显微组织的同时,用低温冲击试验机、万能电子拉伸试验机和洛氏硬度计分别测试材料的低温冲击功、拉伸性能及硬度,并用X射线衍射仪对9Ni钢中奥氏体的含量加以分析.研究结果表明经不同次数的高低温保温循环后,9Ni钢的强度和低温韧性均有所提高,并稳定在比原始材料性能较好的水平.在保温循环过程中,部分逆转奥氏体转变为孪晶马氏体形成的强化相,以及组织应力和宏观应力的松弛都是9Ni钢性能提高的重要因素.     

轴向预应力对挤压AZ31镁合金自由端扭转力学性能的影响

大塑性变形通常发生在工业实际成形过程中。与单轴拉伸/压缩相比,扭转是研究大变形下力学行为的一种更有效的方法。然而,镁合金大应变扭转的力学响应对初始织构和孪晶很敏感。本文对挤压AZ31合金进行了拉伸和压缩实验,并采用保载和卸载两种方式获取轴向预应力,以引入位错和孪晶。随后,进行了扭转实验以明确孪晶和位错对后续变形响应的影响。在粘塑性自洽（VPSC）模型的基础上探讨了相应的显微组织和变形机制。模拟了实验观察的应力应变响应和极图。研究发现,孪晶对塑性变形的贡献较小,导致在纯扭转和预拉伸后扭转下,织构方向的变化很小。滑移/孪晶系统的活动和力学性能受到不同初始织构和滑移系启动条件的影响。此外,拉伸-扭转应力状态有利于减少织构强度。     

阿德福韦酯Ⅰ晶型非等温热分解动力学

通过溶析结晶制备阿德福韦酯Ⅰ晶型.用差示扫描量热分析(DSC)、粉末X射线衍射(XRD)方法对Ⅰ晶型进行表征,通过热重分析对Ⅰ晶型进行非等温热分解动力学研究,结果表明阿德福韦酯Ⅰ晶型在升温过程中会出现3个热分解阶段.研究了3个阶段的热分解过程机理及其分解动力学,综合运用FWO(Flynn-Wall-Ozawa)模型和迭代法分析3个阶段的热分解动力学数据,获得了3个阶段的热分解动力学参数和方程.     

SEM原位观察双尺度纳米晶304不锈钢的断裂行为

利用原位拉伸扫描电镜,观察并研究了"铝热反应法"制备出的304奥氏体不锈钢试样经退火与轧制处理后动态拉伸过程中裂纹的萌生与扩展情况及其与双尺度微观组织之间的相互影响关系.结果表明:在拉伸过程中,微裂纹易生成于微米晶和纳米晶间的晶界处,在纳米晶基体中延伸、扩展.裂纹扩展路径受拉伸应力状态以及板材内部晶粒和粗大第二相分布的影响.双尺度组织中微裂纹产生的背应力可有效减缓裂纹扩展速度,从而增强了材料整体的延展性.     

9Ni钢中逆转变奥氏体的稳定性

为了研究逆转变奥氏体在应力和低温条件下的稳定性,通过透射电子显微镜对淬火+回火(QT)和淬火+两相区淬火+回火(QLT)处理9Ni钢中逆转变奥氏体进行形貌观察.结果发现QT处理钢中逆转变奥氏体以块状形态存在;QLT处理钢中逆转变奥氏体以块状和薄膜状存在,薄膜状逆转变奥氏体分布在板条边界上.通过X射线衍射对液氮浸泡前后逆转变奥氏体含量和其碳含量的变化进行测量,发现QLT工艺处理后在液氮中稳定存在的逆转变奥氏体的含量要高于QT工艺.通过三点弯曲试验、单轴拉伸和压缩试验研究其机械稳定性,发现拉应力和压应力均能促使逆转变奥氏体转变,大部分残留奥氏体分布在晶内.