水泥-聚苯乙烯轻质材料的准静态压缩力学行为

根据Gibson-Ashby模型中的多孔材料力学行为理论,对水泥-聚苯乙烯轻质材料的准静态压缩应力-应变曲线进行了预测,并通过试验对其进行验证,分析了纤维、乳胶粉、压缩比及养护方式对应力-应变曲线的影响.讨论了脆性抗压强度的变化规律,根据Gibson模型的强度理论拟合、分析了抗压强度与密度的关系.结果表明:材料的压缩应力-应变曲线可根据Gibson理论中弹性多孔材料和弹脆性多孔材料的应力-应变曲线进行复合,预测结果与实验结果基本一致;纤维、乳胶粉、压缩比和养护方式对曲线的线弹性、平台、密实化三个阶段均有一定的影响,也影响材料的脆性抗压强度;纯水泥组、加纤维组和高压缩比组脆性抗压强度的拟合相关性较高,而由于乳胶粉和蒸汽养护影响了孔壁的破坏强度,所以该两组的拟合相关性较低.     

采用有限元仿真研究TiN和Ti-Si-N的力学性能特点

利用有限元的非线性算法对一个TiN表面和一个Ti-Si-N纳米复合表面的压痕测量实验曲线进行仿真拟合,并对它们的力学性能进行比较分析.论文介绍该三维有限元仿真过程的各个步骤,重点说明如何通过计算求取与实验的载荷-位移曲线相对应的应力-应变关系,以及通过有限元仿真得到TiN样品和Ti-Si-N样品的屈服极限.经过仿真得到TiN表面和Ti-Si-N表面的硬度分别为21.319GPa和39.874GPa,与实测值21.4GPa和41.8GPa很接近.该研究结果证明此计算材料应力-应变关系和求取屈服极限的方法是可行的.通过仿真得到Ti-Si-N纳米复合表面的屈服强度为24GPa、TiN表面的屈服强度为12GPa.     

块状金属玻璃Zr55Cu30Al10Ni5的微压痕尺寸效应

基于Drucker-Prager屈服准则,建立了适用于描述压敏材料的低阶应变梯度塑性(CMSG)理论. 通过ABAQUS自定义材料子程序(UMAT),构造了CMSG理论本构计算的有限元格式,并对块状金属玻璃Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅的圆锥压痕实验响应进行了数值模拟分析. 计算结果与实验数据相吻合,表明该理论可以很好地描述金属玻璃的弹塑性行为. 在此基础上,研究了不同压深下的载荷位移曲线和硬度,计算结果显示该材料的硬度随着压痕深度的增大而减小,表明基于Drucker-Prager屈服准则的CMSG理论可以预测金属玻璃Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅在微米尺度下表现出来的尺寸效应现象. 此外,通过分析不同摩擦因数下材料的载荷位移曲线,表明摩擦力对该材料微压痕响应的影响可以忽略不计.     

压缩载荷下6005A铝合金力学性能的研究

利用电子万能实验机和Hopkinson压杆实验装置对高速动车组使用的铝合金材料分别进行了准静态和不同应变率下的动态压缩实验,得到了相应的应力.应变曲线.实验结果表明,在不同应变率下,整个应力-应变曲线无明显的屈服现象,也无明显的屈服极限;该铝合金材料的屈服极限、瞬时流动应力均随着应变率的增大而增大,但在应变率较低时,两者增大的幅度并不显著,在应变率较高时,两者才随着应变率的增大而急剧增大;在动态加载条件下,该铝合金材料的变形表现出非线性特征.     

金属材料压缩曲线三参数模型及应用

利用工程材料手册中现有的金属材料拉伸应力－应变曲线及参数,通过以三参数形式表示的真实应力－自然应变关系曲线,导出了压缩应力－应变关系曲线三参数模型,并应用于金属蜂窝夹芯板弹塑性屈曲分析。同时进行了蜂窝夹芯板弹塑性屈曲实验研究。分析对比表明,理论分析结果与实验结果吻合得很好。最后讨论说明在进行金属构件弹塑性稳定分析时,应用压缩应力－应变曲线求解比用拉伸应力－应变曲线分析求解更合理。     

类岩石材料声发射参数与应力和应变耦合本构关系

利用液压伺服试验系统和声波监测仪开展了岩石和混凝土材料声发射特性试验研究,并在试验基础上研究了损伤变量与声发射参数之间的量化关系.结果表明,损伤变量与声发射参数呈线性关系.采用基于Weibull分布的损伤本构模型及损伤变量与声发射数间的经验公式,推导出应力、应变参量与声发射数参量的耦合模型,该模型参数可以根据应力--应变全曲线及损伤变量与声发射数关系曲线的几何边界条件确定其表达式,方式简单适用.通过与岩石和混凝土试样单轴压缩试验实测结果对比,证实模型可以很好地反映单轴受压状态下岩石和混凝土的应力、应变与声发射数的耦合关系.     

泡沫填充混凝土的准静态压缩本构模型

泡沫填充混凝土(FFC)有望成为工程材料拦阻系统(EMAS)的新型拦阻材料,针对其准静态压缩力学性能进行研究,制作了6种不同聚苯乙烯泡沫(EPS)掺量(以体积分数计)的FFC试件进行准静态压缩实验.通过对实验数据的分析,对材料的应力-应变曲线进行分段拟合,建立了拟合参数与EPS掺量的关系,进而建立了FFC材料的准静态压缩本构模型.结果表明:FFC材料准静态压缩应力-应变曲线可分为3个阶段,即弹性段、塑性平台段和密实段;FFC抗压强度随EPS掺量增大而降低;本构模型与实验结果吻合较好,能较为准确地描述不同EPS掺量FFC材料的压缩力学性能.     

球型压头下块体金属玻璃“隆起”现象的数值模拟研究

金属玻璃材料在压痕实验中,材料在压头周围形成明显的“隆起”（pile—up）现象．Pile—up的产生给计算材料硬度、杨氏模量和应力．应变关系等力学性质带来较大偏差．利用有限元方法对金属玻璃材料进行球型压头压痕实验的数值模拟,提出了一种表征pile—up效应的新模型．使用该模型计算Zr41.2Ti13．8Cu12．5Ni10Be22.5金属玻璃材料不同压入深度pile-up下的接触半径和材料硬度,获得与数值模拟下真实值吻合较好的结果．     

5083铝合金表面化学镀Ni-P镀层的力学性能

采用化学镀方法在5083铝合金基体上制备了Ni-P非晶薄膜,采用纳米压痕技术在不同应变速率下研究Ni-P非晶薄膜的硬度、弹性模量和变形行为.结果表明,Ni-P非晶薄膜硬度不是一个恒定值,与纳米压痕的压入深度有关,而弹性模量基本保持不变;载荷-深度曲线出现跳跃及台阶现象与应变速率有关,应变速率愈慢,曲线出现台阶现象越明显;跳跃台阶源于单个剪切带的开动,而在高的应变速率条件下,由于多个剪切带的开动,曲线上便不出现跳跃台阶.     

模内镶件注塑膜片的粘弹性本构模型

在G'sell理论和DSGZ模型基础上,提出了模内镶件注塑膜片的粘弹性本构模型--CF-DSGZ模型.该模型不仅可以描述膜片材料的屈服和应变软化、应变硬化特性,还考虑了不同加载方式下静水压力的影响,克服了DSGZ模型预测玻璃化以上温度时材料的真实应力―应变具有较大误差的缺陷.文中以PMMA-IRK-304膜片材料为例,通过不同温度和拉伸速度下的单向拉伸实验和常温单向拉伸与压缩实验验证模型的准确性.结果表明,除了初始小应变阶段存在若干小偏差外,CF-DSGZ模型预测曲线与实验数据吻合得很好.     

黄瓜叶肉细胞壁的微观力学性能

以黄瓜叶肉组织为研究对象,经过固定—脱水—包埋—切片处理后,在纳米压痕仪上进行单轴压缩试验.试验结果表明:在应力小于1.0 MPa时,细胞壁发生弹性变形,当应力大于1.0 MPa时,细胞壁会产生塑性变形;同时可以看出在弹性变形范围内,当应力小于0.4 MPa时,应力-应变关系呈线性关系,而应力大于0.4 MPa时,应力-应变呈现非线性特征.为了精确地表述细胞壁材料的力学特性,在对应力-应变数据进行分析的基础上,采用2参数的Mooney-Rivlin模型对试验数据进行拟合,得到模型参数C1和C2分别为0.792,0.195 MPa.     

高强钢动态力学性能本构模型研究

为了研究高强钢材料在动态加载过程中的力学响应,采用分离式霍普金森压杆对材料进行了不同应变率（3000到 12000s-1）和不同温度（20℃到800℃）单轴压缩实验.实验结果表明：高强钢的动态力学行为受应变率和温度的强烈影响.流动应力随着应变率的升高而增加,随着温度的升高而降低.提出了一个经验型本构模型来描述材料的加工硬化和温度软化行为.该本构模型预测的应力——应变曲线与实验结构较好吻合,表明该本构模型可进一步用于高强钢动态变形过程的数值模拟研究.     

微胶囊自修复材料塑性参数的研究

在研究自修复微胶囊壳体材料的力学性能时,受尺寸效应的影响,一般采用纳米压痕实验来获得.通过纳米压痕实验测得的载荷-位移曲线可计算出材料的弹性模量、硬度值,而塑性参数不易获得.随着非线性有限元方法的发展,材料的塑性性能可通过有限元方法进行数值仿真得到.就此使用有限元软件对压痕试验进行模拟,通过预设材料的塑性参数,获得材料...     

高强钢动态力学性能本构模型研究（英文）

为了研究高强钢材料在动态加载过程中的力学响应,采用分离式霍普金森压杆对材料进行了不同应变率(3000到12000s-1)和不同温度(20℃到800℃)单轴压缩实验.实验结果表明:高强钢的动态力学行为受应变率和温度的强烈影响.流动应力随着应变率的升高而增加,随着温度的升高而降低.提出了一个经验型本构模型来描述材料的加工硬化和温度软化行为.该本构模型预测的应力——应变曲线与实验结构较好吻合,表明该本构模型可进一步用于高强钢动态变形过程的数值模拟研究.     

基于扰动状态理论的大理岩三轴受压响应描述

应用扰动状态理论准确拟合大理岩常规三轴受压实验全过程应力应变关系曲线.实验在RMT150B岩石力学实验系统下完成,得到明显的软化段曲线.在弹性模量和扰动因子材料参数的表达式中显含围压,可以模拟材料在不同埋深情况下的响应.扰动因子的取值与本构模型无关.从压密点开始描述应力应变关系,压密点提供理论曲线的初始值.扰动状态理论的平均化思想允许把软化问题作为硬化问题处理,得到连续的包括软化段的全过程曲线,且保持在应力空间中解决应力应变关系描述问题.理论曲线与实验曲线对比体现了扰动状态理论对岩石应力应变关系的有效拟合.     

球墨铸铁低周疲劳特性的研究

通过对球墨铸铁 QT60-10 材料低周疲劳性能的实验研究,获得了该材料的循环应力-应变曲线和应变-寿命曲线,实验证明球墨铸铁在拉伸和压缩载荷作用下应力-应变响应具有不对称性,提出了以应力和应变范围处理实验数据的方法。本文还给出了与其它两种球墨铸铁低周疲劳性能的对比,为设计选材提供了依据。     

基于Weibull分布的岩石损伤本构模型研究

利用连续损伤理论和统计强度理论,提出了模拟岩石破裂全过程的损伤本构关系,并在此基础上建立了完整的损伤统计本构模型,且在所建立的损伤统计本构模型的四个基本方程中,引入岩石应力应变全过程曲线特征参量,并考虑岩石应力应变全过程曲线的几何条件,解决了传统方法求解本构方程中参数的难点,同时提高了精度.通过与砂岩试件三轴压缩试验实测结果对比,证明模型可以很好地反映岩石的应力-应变关系.图2,参7.     

数字图像相关的不锈钢真实应力应变关系测量

工程上广泛应用的名义应力应变曲线,在材料发生大变形时,由于应力和应变不再沿着试件均匀分布,因而不能真实反映材料在塑性阶段的本构关系。在不锈钢标准板的拉伸试验中连续采集试件散斑表面的数字图像,采用数字图像相关技术对序列数字图像进行相关运算以获得其每个变形状态下的变形场,得到了整个拉伸过程中试件的变形形态。以光学虚拟引伸计的方法分别测量横向和竖向的实时应变数据,结合体积不变理论计算得到真实应力应变曲线。采用Johnson-Cook材料模型对真实应力应变曲线进行拟合,得到了塑性本构关系;最后根据以上实验结果和真实应力应变曲线获取了材料的力学特性参数。实验结果表明了基于数字图像相关方法对不锈钢真实应力应变关系测量的有效性和可靠性,对实验结果的真实应力应变曲线后处理,获得不锈钢材料的弹性模量为169 GPa,屈服强度为236.8 MPa,并获得了Johnson-Cook简化模型的所有三个参数A、B和n的数值。     

低碳9Ni钢的动态再结晶数学模型

利用MMS-300热模拟实验机对9Ni钢进行了温度范围为800～1150℃、应变速率范围为0.05～1s-1的单道次压缩实验.通过应力-应变曲线研究了9Ni钢的动态再结晶规律,采用硬化率-应力(θ-σ)曲线较精确地确定了动态再结晶的临界条件和峰值应力应变.采用回归法确定了双曲线本构方程中的材料常数和动态再结晶激活能(269kJ/mol),并建立了临界应变、峰值应变和峰值应力与无量纲参数Z/A之间的关系.利用Avrami方程和应力应变曲线建立了9Ni钢动态再结晶动力学模型.     

碱矿渣混凝土动态压缩性能试验及数值模拟研究

为研究碱矿渣混凝土(AASC)材料的动态压缩性能及损伤破坏机理,以应变率(39 s~(-1)、57 s~(-1)、75 s~(-1))为变量,开展了动态压缩性能试验;并对试验结果进行分析,获得三种应变率条件下该材料的应力-应变关系曲线。曲线分析显示其峰值应力和应变均随应变率的提高而增大,表明AASC属于应变率敏感材料。采用HJC本构模型开展动态压缩数值模拟,结果显示应力-应变关系曲线数值模拟结果与试验结果较为吻合,其累积损伤破坏过程是由中心向外围逐渐破坏。