晶体材料力学性能的热力学微观机理及本构方程的研究Ⅰ.弹性部分

提出晶体材料力学性能的热力学微观机理,推导并得到有关晶体材料力学性能的一些重要关系式。对金属单晶材料的弹性性能及本构关系进行了研究,得到的结果和数据与实际现象和试验结果相一致。     

晶体材料力学性能的热力学微观机理及本构方程的研究：Ⅰ.弹？…

提出晶体材料力学性能的热力学微观机理,推导并得到有关晶体材料力学性能的一些重要关系式。对金属单晶材料的弱性性能及本构关系进行了研究,得到的结果和数据与实际现象和试验结果相一致。     

几种晶体材料体弹模量与晶格振动能的关系

本文用德拜近似计算了AU、Ag、Cu、Pb、及LiEr、RbCl等七种晶体材料的低温晶格振动能,将计算结果对实验体弹模量作图,得到了较好的线性关系.由此关系直接得到晶体弹性与温度的关系,它与直接测量的晶体弹性温度关系符合较好.     

纤锌矿晶体的价带结构

本文将成键轨道函数方法推广到纤锌矿结构的晶体上,得出了纤锌矿晶体布里渊区各主要对称点的价带能谱的表达式和纤锌矿结构的晶体的价带和闪锌矿晶体的价带结构之间的对应关系。并且一次从系统的角度得到了纤锌矿晶体各主要对称点的价带能谱的数值结果。     

基于DSP的微机械材料力学性能测控系统的硬件设计

目前,国内外微机械材料力学性能测量的方法很多,各具优缺点,本文提出一种基于DSP的微机械材料力学性能测试的新方法及测量装置,它采用直流伺服电机进行微定位,压电陶瓷和直线电机作为加载方式,结合数字信号处理(DSP)技术和逻辑控制(FPGA)技术以及高精度的电容式数字位移传感器和力传感器。研究结果表明,本装置能高速、高精度地采集到微机械材料力学性能参数的特征,从而为微机械材料力学性能测试提供了一种新的实用的途径。     

基于有限元方法的称重传感器夹具动态特性分析

针对称重传感器误差标定装置中传感器夹具发生受迫振动问题,采用基于模态叠加法的谐响应分析技术,对传感器夹具的动态特性进行了研究。基于模态、谐响应分析理论,求解得到称重传感器夹具的动态响应特性。研究结果确定了对称重传感器夹具动态性能影响最大的模态频率;并将仿真结果与模态试验数据进行了对比;经过谐响应分析得到了夹具正常工作状态下夹具材料力学性能与谐振频率之间的关系。研究结论可为称重传感器夹具的优化设计提供一定的理论参考。     

称重传感器夹具动态特性分析(修改)

针对称重传感器误差标定装置中传感器夹具发生受迫振动问题,采用基于模态叠加法的谐响应分析技术,对传感器夹具的动态特性进行了研究。基于模态、谐响应分析理论,求解得到称重传感器夹具的动态响应特性。研究结果确定了对称重传感器夹具动态性能影响最大的模态频率,并将仿真结果与模态试验数据进行了对比;经过谐响应分析得到了夹具正常工作状态下夹具材料力学性能与谐振频率之间的关系。研究结论可为称重传感器夹具的优化设计提供一定的理论参考。     

关于LAP晶体的分子基团和主要性能关系的研究

本文论述了探索紫外有机非线性光学晶体中关于分子基团选择和结构的基本原则;较详细地分析了 LAP 晶体中的分子基团及其排列方式,报道了 LAP晶体的一些主要性能参数,还对分子基团和晶体性能之间的关系进行了讨论。     

用材料力学方法研究不同模量梁的弯曲变形

为得到不同模量梁弯曲正应力及挠度的实用计算公式,采用材料力学方法分析复杂外载荷下的不同模量梁的弯曲变形,将材料力学方法得到的计算结果与弹性理论方法得到的计算结果进行比较。研究结果表明:用材料力学方法研究不同模量梁的弯曲变形不但计算精度较高,而且计算过程也简便,克服了弹性理论存在一题一解及计算过程复杂繁琐的缺陷;不同模量梁的剪切形状因子与不同模量材料的拉压弹性模量有关,而各向同性材料梁的剪切形状因子与材料的弹性模量无关。     

掺杂均匀ATGSAs单畴晶体的生长

通过观察晶体的畴结构和测量晶体的铁电,热电,介电性能,确定了ATGSAs 晶体的畴结构,性能和生长条件之间的关系,并利用定向生长技术,成功地培育出了大面积掺杂均匀的 ATGSAs 单畴晶体,已用来制出高质量的热释电摄象管和探测器。     

晶体材料力学性能的热力学微观机理及本构方程的研究II.塑性部分

提出晶体材料塑性行为的热力学微观机理 ,并对金属单晶材料的塑性行为及本构关系进行了研究 ,得到的一些重要定量关系不仅能解释和统一现有理论 ,而且与各种实际现象相符合。     

滚动轴承的弹塑性静动力学响应

针对当前滚动轴承的弹塑性力学行为研究相对薄弱等问题，以深沟球轴承为例，建立了研究滚动轴承弹塑性静动力学特性的分析模型.该模型通过引入一个与应力球张量有关的混合硬化屈服准则，建立了各向同性材料的弹塑性增量型本构方程，基于Hertz接触理论确定了作用在内外套圈上荷载之间的关系，由对称性得到了正交曲线坐标系下1/4轴承外圈的平衡方程和相应的定解条件，并综合应用有限差分法和Newmark-β法对问题进行迭代求解.数值结果表明，荷载大小、轴承尺寸和材料的塑性性能均是轴承设计时应考虑的重要因素，传统的弹性模型会过高地估计轴承的刚度，而弹塑性模型能更加精准地描述滚动轴承的力学性能.     

变分数阶微积分在描述材料力学性质演变方面的应用

材料在受力和变形过程中,力学性质是不断变化的,而现有的整数阶本构模型只能定性描述材料从弹性变为塑性,变为流体,不能定量地描述力学性质的演变．在常分数阶本构模型的基础上,提出一个新的变分数阶本构模型．从理论上讲,该模型可以通过阶数的变化来展示材料力学性质的变化．用该模型,对铜、铝合金以及低碳钢在等应变率拉伸过程中的力学性质进行分析,发现其变化过程均可分为3个阶段：第1阶段为线弹性阶段,第2阶段力学性质发生突变,第3阶段为线性变化阶段,而这与实验中所得现象是符合的,从而得出该模型可以描述力学性质演变．因为阶数的变化范围为0到1,所以该模型可用于其他粘弹性材料在具有时间效应的受力及变形过程中力学性质演变的分析,如岩土及高分子材料的应力松弛与蠕变,等应变率加载等．     

TiN晶体尺寸与其力学性能的第一性原理研究

 纳米多晶体材料因其独特的力学性能而成为当前材料科学领域的研究热点之一,尤其是晶粒尺寸对其力学性能的影响倍受关注。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,模拟计算了晶粒尺寸为0.6387—2.332nm的TiN的力学性能,得到应力应变关系及屈服强度。计算结果表明,随着晶粒尺寸的增加,TiN的屈服强度降低,晶粒呈现软化趋势。通过对应力-应变曲线分析可知：TiN在应变5%处开始屈服,其屈服强度大约为21.5GPa;抗拉强度发生在应变约为15%时,且随着晶粒尺寸的增加,抗拉强度降低。本文对照了屈服极限的计算值和有限元方法的拟合值,讨论了实验中TiN表面的微观结构与硬度、弹性模量的关系。研究表明,TiN试样中的缺陷对其硬度和强度有很大影响。     

纳米晶体材料的本构模型研究进展

纳米晶体材料具有优异的力学性能，近年来，不少国内外研究者对纳米晶体材料的力学行为和本构模型进行了深入的研究。有针对性地回顾了国内外纳米晶体材料本构模型的研究工作，对国际上最新成果进行了评述，指出了尚未解决的一些关键技术问题。结合相关领域的最新研究成果，提出了今后应着重研究的4个关键点分别为：纳米晶体相与应变速率和晶粒尺寸相关的变形机理和本构方程、晶界相与应变速率和晶粒尺寸相关的变形机理和本构方程、含孔隙多相复合夹杂体的协调变形力学理论研究、实验制备和表征，并就这4个关键点提出了一些思路与建议。     

在围压冲击条件下岩石损伤粘塑性本构关系

基于简单的机械模型导出了岩石类材料在损伤状态下的应力应变关系，通过对适合与岩石类工程材料的内时定义的适当修正，将材料所受围压和应变率引入到本构关系中，导出了岩石在围岩压条件下的内时粘塑损伤本构关系，用所建立的本构方程描述了石岩在围压条件下的动态应力应变响应特性。结果表明，岩石的动态损伤使得材料的抗力明显降低，围压使得材料的抗力明显增加，考虑损佃的本构方程比未计及损佃的本构方程更好地描述了在围压条件下岩石动态损伤的实验现象。这一工作对深层岩石动态的研究提供了一种方法。     

Numerical Simulation of the Mechanical Properties and Failure of Heterogeneous Elasto-Plastic Materials

A general numerical approach was developed to simulate the mechanical properties and the failure of heterogeneous elasto-plastic materials using statistical distributions of the material properties. An appropriate elastic-plastic constitutive relation is used to describe the material behavior and failure in each element, with a two-parameter Weibull distribution used to produce the initial heterogeneous material property variations. An adaptive incremental load-step is applied so that only one or a few elements (or integra- tion points) change their status (i.e., from elastic to plastic, or from plastic to strain failure) within one load step. A failed element is then assigned a very small modulus to simulate the failure rather than removing it from the model, which keeps the continuity of the geometric mesh. The numerical results show that the model is suitable for simulating the effective mechanical properties and failure of heterogeneous materials with local elasto-plastic constitutive relations.     

尺寸不规则度梯度分布参数对泡沫金属单轴拉伸力学性能的影响研究

采用数值模拟的方法,定量研究了尺寸不规则度参数为连续梯度分布时,泡沫金属在单轴拉伸下的力学性能;通过对比形状不规则度相同但尺寸不规则度不同的模型结果,明确了尺寸不规则度是影响泡沫金属力学性能的重要因素。结果表明,不规则度连续梯度变化的3D Voronoi模型是横观各向同性材料,单轴拉伸时胞孔局部变形显著;梯度参数影响梯度方向和非梯度方向的力学性能,且对梯度方向的单轴拉伸屈服强度和破坏强度尤其突出,呈二次函数关系,存在最优解。通过对比尺寸不规则度不同但形状不规则度相同的3D Voronoi模型单轴拉伸力学性能,发现梯度方向比非梯度方向的屈服强度和破坏强度受尺寸不规则度的影响更明显,不同于单轴压缩,尺寸不规则度参数是影响单轴拉伸力学性能的重要细观结构参数。对细观结构对多胞材料力学性能的影响研究进行了完善,有助于多胞材料的优化设计。     

土坯力学性能及受压本构模型研究

为获取传统土坯受压应力-应变特性,确定其数学表达式,针对湿制法和干打法制作的土坯开展了单轴抗压试验和三点抗折试验。分别从抗压、抗折强度、破坏机理以及应力-应变关系等方面分析了两类土坯的力学性能。结果表明,普通砌墙砖的抗压及抗折试验方法均适用于传统土坯,干打土坯的抗压强度为湿制土坯的3倍,抗折强度为湿制土坯的1.3倍,但湿制土坯的断裂能为干打土坯的2.5倍。受压初期,干打土坯的应力-应变曲线存在因土料压密而导致的下凹段,而湿制土坯未表现出该特性。基于两类土坯单轴受压状态下的应力-应变曲线特征,提出了土坯单轴受压本构模型,该本构模型与试验数据吻合较好,可用于土坯砌体结构的数值模拟研究。     

基于Neo-Hookean本构模型的人体膝关节韧带力学性能测试分析

测试和分析研究国人膝关节的前交叉韧带、后交叉韧带、内侧副韧带、外侧副韧带以及髌腱,基于超弹性本构模型(Neo-Hookean模型)的力学性能参数,为膝关节相关生物力学研究提供数据参考.通过对4具国人膝关节标本进行解剖,获得人体膝关节主要的韧带组织样本,对所获得的韧带样本进行超弹性材料的单轴拉伸测试,并运用超弹性材料的应变能密度函数本构模型中的NeoHookean模型对测试数据进行数据处理,得到人体膝关节韧带基于超弹本构模型的力学性能参数.解析求得了国人膝关节的韧带组织基于超弹性本构模型的力学性能参数,可用于膝关节的生物力学特性的研究,并且为国人膝关节韧带性能数据库提供数据参考.