拉伸变形应变硬化指数的实验测量及其精细分析

从应变硬化指数n的定义出发,从理论上导出了在不同的典型变形路径(恒应变速率ε ,恒十字头速度v和恒载荷p)下用实验参数p（变形载荷）,v（十字头速度）和l(试样标距长度)表达的一组n值测量公式,并根据这组公式建立了在恒ε,恒v,和恒p条件下均能测量 n-ε（恒?的应变硬化指数）,n-v(恒v的应变硬化指数）和n-p（恒p的应变硬化指数）的统一测量方法,同时从分析传统测量方法必然存在理论误差和随机误差出发,提出了精确测量方法. 还根据典型超塑性合金的实验给出在同一组恒ε,恒v或恒p变形路的曲线上对n-ε,n-v和n-p的测量结果,由此判明超塑性与塑性变形的结构敏感性.此外在不同组恒?,恒v或恒p曲线上用相同的测量公式所测得的同一个n-ε,n-v或n-p也不相同,由此加深了对n-ε,n-v和n-p的数学表达与实测结果之间关系的认识,从而实现了对参数n实验精细分析的目的.     

拉伸变形应变硬化指数的力学涵义及其规范测量

鉴于建立超塑性与塑性变形定量力学解析理论的重要性,人塑性拉伸变形状态方程出发,导出Ｈｏｌｌｏｍｏｎ方程,并明确了方程中的材料常数和应变硬化指数的力化指数的测量公式,对应每个公式又在变硬化指数的传统测量方法,、计算机模拟测量方法和精确测量法,并针对典型材料Ｚｎ５％Ａ１（质量分数）在常态（１８℃）和超塑状态（３４０℃下给陋３种典型变形路径下应变硬化指数的实测结果,由于三者之间存在大的偏差,于是从实验上     

拉伸变形应变硬化指数的力学解析

实验上已判明应变硬化指数具有很强的结构敏感性,而且精确实验测量结果表明：n_υ(恒速度应变硬化指数）、n_ε（恒应变速率应变硬化指数）和n_p（恒载荷应变硬化指数）随ε应变）的变化规律是完全不相同的. 从拉伸变形的状态方程出发,并考虑超塑性与塑性变形的结构敏感性（即应变硬化指数不仅与应变有关而且与应变速率有关）,从理论上导出了n_υ,n_ε和n_p的解析表达式,揭示了n_υ,n_ε和n_p随ε变化的力学本质,并解释了典型材料Zn-5%Al(质量分数)的实验结果,证明了理论的可信性.     

应变速率敏感性指数的理论和测量规范

应变速率敏感性指数m是判定材料超塑性的重要力学指标, 用拉伸实验测量 m 值的力学研究已有很多, 对超塑性的进展也有很大贡献. 首先从回顾已有拉伸实验测量 m值的公式, 并且把它们归类为定长度 m 值的m_l, 恒速度 m值的m_v和定载荷 m 值的m_P三种典型变形路径下的应变速率敏感性指数. 进而基于拉伸变形的本构方程和塑性力学的基本原理, 建立了广义m值的约束方程. 结合三种典型变形路径规范了m值的力学定义, 并由本构方程定义的广义m值公式统一推导出m_l, m_v和m_P的测量公式. 提出结合典型变形路径用数值模拟测量 m值的精确方法. 测量结果表明, m值不仅不是常数, 而且其变化规律与所处的变形路径有密切关系, 用相同的测量公式测量不同变形路径下的 m 值, 测得的结果相差悬殊, 在同一变形路径下用不同的测量公式测得的结果也各异. 对于 m 值的测量必须指明所处的变形路径, 并且要用对应的测量公式才能测得正确结果. 此外, 还从理论和实验两方面都解答了为什么恒速变形路径下的 m_v值往往是负值, 而定载荷变形路径下测得的m_P值往往会大于1. 对m值的深入分析和精确测量的探讨, 旨在为超塑性宏观变形的力学规律与微观物理机理的衔接的研究提供条件.     

温度对超塑性拉伸稳定变形影响的力学解析

从应力为应变、应变速率和温度的函数的状态方程出发, 导出包含应变硬化指数、应变速率敏感性指数和本文引入的温度敏感性指数、温度起伏指数, 建立了分析超塑性拉伸载荷稳定变形的微分本构方程和几何稳定变形的变分本构方程, 并根据塑性基本理论的普适条件, 进行了温度连续上升条件下和沿试样轴线存在温度不均匀条件下的载荷稳定变形和几何稳定变形的理论分析. 结果表明温度连续上升的快慢和温度的不均匀的大小对稳定变形有影响, 温度上升越快, 温度越不均匀, 载荷稳定和几何稳定所对应的均匀应变越小; 应变硬化效应是超塑性拉伸变形稳定性的必要条件, 在载荷失稳时并不同时产生几何失稳, 而是能持续一段均匀变形才出现; 在超塑性温度区, 恒温不是呈现超塑性的必要条件, 但是在变形过程中温度上升的越慢, 温度越均匀, 变形的稳定性越好.     

超塑性自由胀形精确加载实验测量装置

超塑性合金的结构敏感性很强,板材超塑性充模胀形的变形规律,不仅与应力状态有关,而且与加载路径有密切关系．超塑性自由胀形边界固定不受摩擦影响,因此,研究超塑性自由胀形的变形规律及其实验装置,是超塑性充模胀形成形的重要基础．采用纯净高压氩气源并用炉外加热系统加热后作为高温高压胀形加载介质,提高了热效率和试件加热的均匀性;采用光电转换非接触测量装置,避免了接触式顶杆对自由胀形件极点处附加应力和温度不均匀的影响;以筒形压边绝热炉内试件的温度和压力为依据,反馈调控温度和压力,提高了试件温度和压力的测控精度;在加载气路中通过准确测控步进电机转角实现调压,并控制电磁阀加载,显著增加了调控气压的响应特性．同时介绍了恒压加载、压力跃变加载以及附加背压的对向差压加载等几种自由胀形典型加载路径的实现步骤和方法,提供了测量超塑性自由胀形应变速率敏感性指数m值和探索提高超塑性自由胀形变形速度的新途径．     

基于归一化应变梯度变化的损伤识别方法研究

针对传统静态损伤识别测量方法存在测量系统布置烦琐、测点有限以及基于应变参量的损伤识别受加载条件限制的问题,一种基于归一化应变梯度变化(Differential Gradient of Normalized Strain,DGNS)的损伤识别方法被提出.通过对只含有矩形槽的试件和同时含有方形通孔和裂纹的试件的数值计算,说明该方法能够有效识别塑性变形、裂纹等损伤.实验中,提出采用应变等值线密度变化(Differential of Strain Contour Density,DSCD)取代DGNS用以识别结构损伤,两者具有相同的物理意义,但DSCD更加有效地保证云图的平滑性和可视性,实验证明DSCD可以有效地识别塑性损伤.研究表明,DGNS(DSCD)可以很好地刻画出结构塑性变形、裂纹损伤特性,剔除由于结构自身不均匀造成的应变集中区域的影响,有效地孤立出损伤区域;DGNS(DSCD)是结构的本征参数,不依赖于外部载荷幅值;相比于传统的应变损伤识别,DGNS(DSCD)具有更加敏感、更早捕捉损伤的优势.     

考虑时间效应的UH模型

分析时间对土的效应,在对现有理论和试验数据总结分析的基础上提出了瞬时正常压缩线的概念;基于蠕变规律,建立老化时间与超固结度的关系;采用UH模型(以统一硬化(United Hardening)参数作为硬化参量建立的三维超固结土弹塑性本构模型)的再加载公式计算瞬时变形,提出超固结土一维弹黏塑性应力应变关系;分析一维弹黏塑性应力应变关系的演化规律,定义特征速率并给出其与超固结参数的关系;在UH模型屈服面方程中引入折算时间,建立三维弹黏塑性本构模型.该模型在UH模型的基础上考虑时间效应,不仅能够描述土的剪切蠕变、松弛、速率效应等黏性规律,而且能够反映土的剪胀、软化等超固结性质;与修正剑桥模型相比,仅增加一个次固结系数来反映土的蠕变规律;该模型在瞬时加载条件下退化为UH模型,从而使弹塑性与弹黏塑性框架得到统一.     

非饱和土的非正交弹塑性本构模型

从应变增量大小和方向的角度出发,以有效饱和度和Bishop有效应力作为基本本构变量,呈现了一个非饱和土的非正交弹塑性本构模型建模框架.建模框架采用非正交的塑性流动法则,直接通过屈服函数确定塑性应变增量的方向,避免了构造塑性势函数的困难.基于所提建模框架,利用屈服函数、硬化参数和土水特征曲线的具体表达式,发展得出一个非饱和土的非正交弹塑性本构模型.所提模型通过材料参数μ可以描述具有不同刚度的非饱和土的力学与水力行为.模型所需材料参数均具有明确的物理意义,且可以通过室内试验确定.利用两种经典应力路径(即恒基质吸力的常规三轴剪切路径和恒净应力的吸湿路径)分析了具有不同刚度的非饱和土的力学与水力行为.模型预测结果与非饱和土试验数据的对比验证了所提模型的优越性.     

微量V元素对5083铝合金薄板超塑性的影响

采用高温拉伸实验并结合金相分析的方法,研究了微量V元素对5083铝合金超塑性影响.结果表明,微量V可以使5083合金中变形后的纤维组织更加细小均匀,抑制合金再结晶过程晶粒的长大,进而提高5083铝合金的超塑性.传统5083铝合金与加入微量V,5083铝合金轧制板材经500°C一定时间的热处理后,再结晶晶粒尺寸分别为10和20m,5083合金板材505°C～515°C下的延伸率由208%提高到254%.     

圆柱形粗糙表面的弹塑性分形接触模型

基于分形理论建立了圆柱形粗糙表面力学模型,采用W-M函数模拟了与分形维数D,形貌尺度参数G有关的圆柱形粗糙表面的等效轮廓.推导了单个微凸体弹性、弹塑性以及塑性变形的存在条件,得到了圆柱形粗糙表面均分份数与微凸体尺度的变化关系.对传统的微凸体面积密度分布函数进行改进,获得各频率指数微凸体的面积密度分布函数,最终得到整个圆柱形粗糙表面的无量纲接触载荷与无量纲真实接触面积之间的关系.研究结果表明:粗糙表面中微凸体的临界接触面积是尺度相关的,微凸体的变形顺序为弹性变形、弹塑性变形和完全塑性变形.圆柱形粗糙表面的力学性能与微凸体的分布范围相关.当前6个频率指数的微凸体小于等于临界弹性频率指数,粗糙表面表现出近似的弹性性质,当前6个频率指数的微凸体处于临界弹性频率指数和临界塑性频率指数之间,粗糙表面表现出先弹性后弹塑性的性质.当前6个频率指数的微凸体大于临界塑性频率指数,粗糙表面呈现非弹性变形性质.     

微结构对中碳马氏体钢纳米硬度分布的影响

利用纳米力学探针对传统的淬火-回火中碳马氏体钢的微观硬度分布进行了评价. 在1000 mN载荷下, 硬度的标准偏差与平均值之比为15.4%, 而在9.8 N下的维氏硬度该比值为1.5%. 结合电子背散射分析和扫描电子显微镜观察表明, 纳米硬度值的分散并非主要来源于马氏体板条的晶体取向, 而是由于在亚微米尺度上微结构(如渗碳体的分布)的不均匀造成的. 对具有不同取向的钨单晶(001), (101)和(111)的纳米力学探针测量表明, 晶体取向造成的纳米硬度值分散性很小. 对另一种具有相同化学成分但经过热轧变形导致渗碳体分布更加细小而均匀的马氏体钢的纳米力学探针测量表明, 其纳米硬度值分散性比传统的马氏体钢要小得多. 这两个结果都进一步佐证了上述结论.     

Hill屈服准则向拉-压非对称材料的推广

本文旨在建立一个形式简单、能同时描述金属的塑性各向异性及拉-压非对称性的宏观屈服准则.首先,巧妙地构造了一个与静水压力无关,能描述金属材料拉-压非对称性的宏观各向同性屈服准则;其次,利用Cazacu的广义应力偏量不变量,将该准则推广到正交各向异性条件,使其能同时描述金属的塑性各向异性及拉-压非对称性.该准则形式简单,待定材料常数只有Cazacu提出的同类屈服准则的一半,更便于实际应用.对比拉-压对称的Hill(1948)屈服准则,本文提出的准则增加了3个描述材料拉-压非对称性的材料常数,所有常数都可以通过简单试验确定.当材料拉-压性能相同时,该准则退化为Hill(1948)屈服准则.因此,本文提出的准则可以看作Hill(1948)屈服准则向拉-压非对称材料的推广.对Cu-Al-Be记忆合金(试验数据来自Laydi和Lexcellent)及Ni3Al基金属间化合物IC10合金的应用表明,本文提出的屈服准则能很好地描述这两种合金的塑性各向异性及拉-压非对称性.     

钢筋增强超高韧性水泥基复合材料RUHTCC受弯梁的计算理论与试验研究

UHTCC（ultrahigh toughness cemenfitious composite）是一种超高韧性新型水泥基复合材料,具有应变硬化的受拉特性和优良的裂缝分散能力,可显著提高结构的力学性能和耐久性,被有关权威专家认为对防裂、限裂及抗震要求较高的结构能极大提高其耐久性和抗震性,具有重大的突破意义和较广泛的推广应用前景．本文着眼于该新型材料,研究了钢筋增强超高韧性水泥基复合材料即RUHTCC梁的弯曲性能．以平截面假设为依据,根据物理方程、变形几何方程以及力与弯矩的平衡方程,导出了RUHTCC梁从加载开始到极限破坏整个过程中受压区按折线应力分布图计算的正截面承载力基本方程,并给出了便于工程设计的按等效矩形应力分布图计算的简化公式,确定了等效矩形中两个等效参数的取值,并进一步推出了界限配筋率、正截面抗弯刚度以及韧性指数的计算公式．进行了两组不同配筋率的RUHTCC梁和普通钢筋混凝土RC梁的弯曲试验,结果与理论公式较为吻合,延性指数试验值与计算值存在一定差异．与RC梁的比较发现,RUHTCC梁有高的承载力、延性和控裂能力,且配筋率越小,其提高的幅度越大．     

合成对乙酰氨基苯磺酰氯的新工艺

为了减少氯磺酸的用量,提高对乙酰氨基苯磺酰氯(P ASC)的收率,提出一种新的 P ASC合成工艺,即溶剂法 ClSO3H/PCl5联合氯磺化生产工艺.以乙酰苯胺为原料,通过氯磺酸磺化、五氯化磷氯化,合成 P ASC.在氯磺化过程中引入溶剂,并在反应后期加入助剂,用正交实验确定了最佳的反应条件及原料配比:n(乙酰苯胺)∶n(氯磺酸)∶n(五氯化磷)∶n(助剂)=1.0∶2.0~2.3∶1.0~1.3∶0.1.实验结果表明:新工艺降低了氯磺酸的用量58%,且相同成本条件下的收率比传统工艺提高10~12%     

CO_2-CH_4体系热力学性质(PVTx)研究进展

开展CO_2-CH_4体系热力学性质研究,可以为注CO_2强化非常规天然气开采中气藏内CO_2-天然气混合流体的流动、扩散及运移研究提供必要的基础热物性数据,具有重要的科学意义和研究价值.本文综述了基于压缩因子测量方法和密度/体积测量方法的CO_2-CH_4体系热力学性质实验研究、不同类型热力学状态方程研究的国内外现状,总结了现有研究的不足及研究动向.研究分析得出主要研究趋势包括:实验测量深层、超深层气藏高温高压(超高压)条件下CO_2-CH_4体系的高精度密度数据;开展高CO_2浓度(x0.90)CO_2-CH_4体系在临界区温度压力条件下的密度测量实验研究,分析其相态和PVTx变化规律;建立或发展适用于以上温度、压力条件的状态方程,准确预测CO_2-CH_4体系热力学性质变化规律.本研究为今后CO_2-地下流体混合体系的热力学性质研究提供了参考和借鉴.     

应力波作用下岩石类孔隙介质变形破坏与能量耗散机制的数值模拟研究

通过CT扫描、X射线衍射和物理实验等方法获取了天然砂岩的孔隙结构参数、矿物组成和物理力学性质,研制了具有与天然砂岩相同的孔隙结构特征和基体性质、但孔隙率不同的岩石类孔隙介质的物理模型．利用孔隙介质物理模型的CT扫描图像和MIMICS构建了具有不同孔隙率的孔隙结构三维有限元模型．通过设定应力波动理论假设的条件模拟了孔隙介质SHPB冲击破坏过程,分析了波动应力作用下岩石类孔隙介质的动力学响应、应力传递模式和变形破坏机制．研究表明：利用孔隙介质三维有限元模型可以直观定量地分析应力波传播过程中岩石类介质内部孔隙和基体的应力、应变状态及变形破坏机制．一定压强和波速的应力波传播过程中,孔隙率低于15％的岩石介质内部的孔隙未发生明显变形,变形主要体现为孔隙周边基体的微塑性（剪切变形）和开裂（横向拉应变）,以及孔隙周边开裂区域的相互连通．剪应力使基体单元产生微塑性,拉应力使基体单元开裂．孔隙周边基体单元的破坏及相互贯通主要是由于基体单元的横向拉应力或拉应变超过材料的极限值．模拟得到的孔隙介质的应力波传播规律、变形与破坏模式以及能量耗散性质与物理模型的实验结果相吻合．本文研究为解析岩石类孔隙介质的复杂多变动力学响应的内在机制、应力传递模式、变形破坏与致灾机理提供了参考．     

脂联素对1型糖尿病小鼠视网膜节细胞和血管的影响

目的:研究脂联素对1型糖尿病小鼠视网膜节细胞和血管的影响.方法:使用玻璃体腔内注射脂联素,腹腔内注射链脲佐菌素(STZ),免疫荧光,非侵入性眼压测量等实验方法,对1型糖尿病的视网膜节细胞数量的改变和血管形态的变化做研究.结果:1型糖尿病鼠脂联素组的眼压比1型糖尿病鼠对照组明显低(p＜0.01),而与正常鼠脂联素组相比明显升高(p＜0.01).与1型糖尿病鼠对照组相比,1型糖尿病鼠脂联素组的视网膜血管管径更粗一点.Brn3a+视网膜神经节细胞在1型糖尿病鼠脂联素组明显比1型糖尿病鼠对照组要多(p＜0.05),而与正常鼠脂联素组比较明显低一些(p＜0.01).结论:脂联素可明显改善1型糖尿病小鼠视网膜神经节细胞数量的下降,并可延缓视网膜血管形态的变化.APN有成为一种治疗糖尿病性视网膜病变的潜在可能性.     

新型SINP硅蓝紫光电池的研究

本研究中,采用以下主要步骤:先在p-型Si的绒面上,进行磷扩散形成同质p-n结,再低温热氧化生长超薄SiO2层,然后利用射频磁控溅射沉积ITO减反射/收集电极膜,成功制备了一种新型ITO/SiO2/np晶硅SINP结构蓝紫光电池.通过X-光衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见光透射谱(UV-VIS),以及霍尔效应(Halleffect)测量方法,表征了高质量ITO薄膜的微结构、光学与电学特性.并重点对SINP结构光电池的光谱响应和I-V特性,进行了详细地计算和分析.结果表明,具有蓝紫光以及其它可见光波段的光谱响应和光电转换的增强效果,是该器件的主要特征.其较高的短路电流密度,适合于发展成为新型结构的硅基太阳能电池.     

腹腔置管引流促进重症急性胰腺炎大鼠胃肠动力恢复的实验研究

目的研究腹腔置管引流(Abdominal Paracentesis Drainage,APD)对重症急性胰腺炎(Severe Acute Pancreatitis,SAP)大鼠胃肠动力改善的影响。方法大鼠SAP模型通过胰胆管以12 ml/h的速度注入5%牛磺胆酸钠(0.1ml/100 g)完成,小肠推进指数是以10 g/L台盼蓝1.5 ml灌胃后半小时处死大鼠(小肠推进实验)测定小肠台盼蓝推进距离与小肠全长的比。第一部分,30只SD雄性大鼠随机均分为6小时组、12小时组和24小时组,然后进行小肠推进实验,选取三组中小肠推进指数最小的实验组时间点表示大鼠胃肠动力最弱的大概时间点,开展后续实验。第二部分,30只SD雄性大鼠随机分为对照组(假手术组)、模型组(SAP组)、实验组(APD组),每组10只。根据第一部分结果,于造模后24小时进行小肠推进实验,并对比各组大鼠腹腔内大体改变,HE染色观察胰腺病理改变;腹主动脉采血,ELISA法测定大鼠血清中TNF-α、IL-1β、胃动素(motilin,MTL)、胆囊收缩素(cholecystokinin,CCK)以及血管活性肠肽(Vasoactive Intestinal Peptide,VIP)水平。结果对比不同时间点小肠推进指数,发现在SAP造模成功后24小时小肠推进最慢;假手术组未产生腹水,SAP组和APD组均产生腹水;与假手术组比较,SAP组、APD组胰腺组织病理学改变明显,血清TNF-α、IL-1β以及VIP水平均显著升高(P0.01),而小肠推进指数、MTL及CCK均显著降低(P0.01);与SAP组比较,APD组胰腺组织病理学改变较轻,血清TNF-α、IL-1β以及VIP水平均降低(P0.05),而小肠推进指数、血清MTL及CCK均升高(P0.05)。结论 APD有效地改善了SAP模型大鼠胃肠动力障碍,可能机制与引流出腹水以及其中炎性因子(TNF-α、IL-1β)相关。