冷却速度对圆形加载路径下A319铝合金多轴疲劳特性的影响

采用MTS809型电液伺服疲劳试验机、扫描电镜研究了不同冷却速度对A319铝合金圆形加载路径下的疲劳特性.结果表明:当冷速为10℃·s-1时,材料中二次枝晶臂间距、硅颗粒及孔洞尺寸较冷速为0.1℃·s-1时要小.二次枝晶臂间距较小时,滞后回线面积小,材料应力应变近乎同相,且附加强化效果明显.不同冷速条件下裂纹萌生位置不同,在冷速为10℃·s-1的材料中,裂纹在大硅颗粒处萌生,随着冷速降低至0.1℃·s-1时,裂纹位于孔洞处萌生.对于A319铸造铝合金来说,冷速的变化对其轴向与切向循环特性并无直接影响,轴向表现为先硬化再软化,切向表现为先硬化后稳定的趋势.     

回火温度对40Cr钢疲劳损伤特性的影响

研究了不同回火温度下40Cr钢的高周疲劳损伤特性.通过损伤量的变化测量和扫描电镜下损伤不同阶段微观组织的观察,分析回火温度对疲劳损伤特性的影响.实验结果表明,结构钢材料在高周疲劳载荷作用下,疲劳损伤过程分为3个阶段,即微孔洞萌生区、微裂纹萌生区、宏观裂纹萌生区.疲劳裂纹的萌生期随着回火温度的升高而增加,在本实验的载荷作用下,高温回火的40Cr钢的裂纹萌生期在3万周以上,中温回火的裂纹萌生在2.8万周,而低温回火的裂纹萌生期在2万周.     

不同应力下7B04铝合金的疲劳断口

采用金相、电镜扫描显微技术对不同应力下铝合金的疲劳断口显微组织进行分析和对比研究,揭示该合金疲劳裂纹萌生与扩展的微观特征。研究结果表明:疲劳裂纹一般在材料表面或近表面处萌生,与表面的距离随加载应力升高而减小,在应力为285MPa时裂纹于距表面约250μm处萌生,而在430MPa时裂纹萌生于材料表面;在裂纹源附近观察不到疲劳辉纹,且加载应力越高,这个区域的面积就越小,而裂纹扩展区的疲劳辉纹间距随应力的增大而增大;裂纹形成后,微裂纹沿着与应力轴呈45°角的最大切应力方向向纵深扩展,然后转向与拉应力轴正交的方向扩展,最后瞬断,且随着应力的增大,断口上疲劳裂纹扩展区的面积减小,瞬断区的面积增大。     

铝合金薄板在疲劳载荷下孔洞聚合试验中的材料损失

此文是航空铝合金薄板在疲劳载荷下2个相邻孔洞聚合的系列试验研究之一.研究发现:在某些情况下,2条初始的疲劳裂纹几乎同时产生在应力集中程度较高的2个相邻孔洞之间的区域,在2个孔洞内边缘各产生一条裂纹,同时在疲劳载荷下扩展,相互不连接,直至到达对方孔洞的边缘,也就是说孔洞的聚合是由2条裂纹导致的,而不是通常的由一条裂纹导致,最终孔洞的聚合导致大块材料的损失,而2个孔洞外边缘的疲劳裂纹在孔洞聚合导致材料损失后才继续扩展.这是一个新现象,超出了疲劳裂纹萌生的基本理论,也无法用经典的弹塑性分析理论来解释.     

摩擦系数对滚动接触疲劳裂纹萌生和磨耗影响

提出了疲劳裂纹萌生与磨耗共存发展离散化过程建模设想,根据临界平面法材料疲劳损伤理论和Archard磨耗理论,建立钢轨三维疲劳裂纹萌生与磨耗共存发展预测模型,分析轮轨接触位置的摩擦系数对曲线段钢轨表面疲劳裂纹萌生与磨耗发展的影响.结果表明,摩擦系数对接触斑面积、形状和位置无影响,但影响轮轨接触斑黏着区/滑动区的分布和切向应力状态;随着摩擦系数的增大,钢轨的平均磨耗发展率增加、磨耗量增大、裂纹萌生寿命减小,其中,摩擦系数从0.3增大至0.7时,外轨和内轨的平均磨耗发展率分别增大了约17%～55%、16%～42%,外轨和内轨的裂纹萌生寿命分别降低约24%～34%和18%～35%;随着摩擦系数的增加,外轨的裂纹萌生位置从轨面以下2.0～2.5mm处向亚表面0.9～1.0mm移动;内轨的裂纹萌生位置基本处于轨顶面下2.4～2.6 mm;轮轨接触位置的摩擦系数控制在0.3～0.4的范围,可以达到延长钢轨疲劳裂纹萌生寿命、减缓钢轨磨耗的目的.     

往复荷载下钢管与螺栓球组配试件超低周疲劳断裂试验研究

为探索螺栓球网格结构强震下的破坏特征,对五个螺栓球节点管球组配试件进行了轴向往复荷载作用下的超低周疲劳断裂试验研究。通过电镜扫描观察试件超低周疲劳破坏的裂纹萌生、扩展、断裂、断口形态,并分析了裂纹萌生原因、断裂机理。结果表明:当承受拉-压循环荷载时,试件均经历失稳弯曲、在杆件中点附近局部凹陷、在凹陷处表面萌生裂纹、进一步开裂、最后发生低周疲劳断裂的过程;其断口形状为椭圆,有明显塑性变形,为韧性断裂,疲劳寿命均很短。当试件承受较大压幅值的循环荷载时,试件首先失稳弯曲,然后在杆件中点附近局部凹陷,继而在凹陷处表面萌生裂纹,但同时因节点中高强螺栓承受弯剪作用,在螺栓牙底应力集中位置,也多处同时萌生裂纹并迅速发展,最后导致高强螺栓先于杆件局部凹陷处发生疲劳断裂;其断口表面光滑平整,没有明显塑性变形,疲劳寿命只有18次。     

孔洞对单边裂纹板裂纹扩展方向的影响

平板内孔洞产生的应力集中会对板内裂纹扩展路径产生"吸引"作用,使其偏离原来直线方向。运用扩展有限元法研究了单边裂纹板内单孔洞的位置和大小对应力集中和裂纹扩展路径的影响以及双孔洞单边裂纹板内裂纹的扩展情况。同时引入应力影响系数来表征开孔边缘处应力对裂纹扩展路径所产生"吸引"作用的强弱,结果表明,在同一模型中应力影响系数的变化趋势和裂纹扩展路径偏转角的变化趋势一致。     

航空铝合金预腐蚀疲劳寿命退化规律

航空铝合金材料在服役过程中常因腐蚀损伤而导致疲劳断裂问题,通过采用扫描电镜及疲劳寿命测试等方法,研究了不同预腐蚀损伤对2xxx铝合金在不同应力比下疲劳寿命的影响,探讨了预腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生扩展的影响机理.结果表明:预腐蚀损伤对2xxx铝合金材料疲劳寿命的影响显著,材料的疲劳性能随着腐蚀损伤程度的增加而明显下降.同时建立了预腐蚀损伤对材料疲劳极限的影响系数C-T-R模型,材料疲劳极限的影响系数C随着预腐蚀时间的增加或者应力比R的增加而变大.断口分析表明,预腐蚀损伤的存在导致裂纹萌生寿命大大缩短,裂纹萌生由单源转变为多源,并且均萌生于腐蚀坑处.     

应力集中对2024铝合金高周疲劳寿命的影响

研究了2024铝合金常温下的高周疲劳性能,获得了2024铝合金在不同应力状态下的S-N曲线.分析了疲劳试样的断口形貌和裂纹萌生/扩展机理,以及疲劳试样的组织结构与疲劳性能之间的关系.结果表明,疲劳极限随着应力集中系数的增加而降低,当应力集中系数相同时,疲劳极限随着应力比的减小而降低;2024铝合金的疲劳断口以穿晶断裂为主;第二相颗粒起到了阻碍疲劳裂纹扩展的作用,使2024铝合金的高周疲劳强度得到了明显提高.     

航空铝合金薄板在疲劳载荷下孔洞聚合的试验研究和一个新发现

对航空铝合金薄板在疲劳载荷下的两个相邻孔洞聚合进行了详细的试验研究.最初预计初始的疲劳裂纹应该在两个相邻孔洞之间的区域产生,并且导致两个相邻孔洞聚合为一个复杂的新缺陷,但是试验结果却发现:在某些情况下,初始的疲劳裂纹产生在远离两个相邻孔洞之间区域的外区域,即不是产生在两个相邻孔洞之间区域的内边缘上,而是产生在外边缘上,只有当这条初始裂纹在疲劳载荷下扩展一定长度并止裂一段时间后,在两个相邻孔洞之间的内区域才产生第二条裂纹,该第二条裂纹的扩展才引起聚合的发生,而在第二务裂纹扩展期间,第一条裂纹始终处于止裂状态.这个现象超出了经典的疲劳裂纹萌生的基本理论,也无法用经典的应力集中理论来解释.     

静压沉桩后黏土中超孔压时空分布规律研究

为了解层状黏土在沉桩后桩周及桩端的超孔压对沉桩挤土效应的影响,采用现场原位试验和数值模拟方法,分析了桩土界面处超孔压的时空分布特征和上覆竖向有效应力随时间的变化规律,并在水力压裂理论和孔穴扩张理论的基础上引入修正剑桥模型,推导了桩周土体固结过程中桩土界面处上覆竖向有效应力和超孔压的修正计算公式。结果表明:从时间上看,在桩顶的外荷载作用下,超孔压随时间消散的同时,上覆竖向有效应力逐渐增大；成桩后30.d超孔压基本消散完毕,上覆竖向有效应力不再增长,地基土处于休止期。从空间上看,超孔压随桩埋深的增大而增大,在渗透性差的黏土层增长较快；不同荷载条件下,距桩心的水平距离和桩端的竖向距离越小,超孔压越大；靠近桩端和桩心的超孔压最大值与桩顶荷载大小呈负相关关系。     

The effect of swelling agent on the pore characteristics of mesoporous hydroxyapatite nanoparticles

The effect of swelling agent on the physicochemical properties of mesoporous hydroxyapatite particles synthesized by self-assembly process has been investigated. Cetyl trimethylammonium bromide (CTAB) and 1-dodecanethiol were used as soft template and swelling agent respectively. The results of the field emission scanning electron microscopy (FESEM), X-ray diffraction (XRD), simultaneous thermal analysis (STA), Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area, small-angle X-ray diffraction and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) assessments revealed that in the case of low concentration, 1-dodecanethiol performed as swelling agent and caused an increase in the pore size. However, at higher concentrations it led to the formation of microemulsion and foamy structures. The optimum swelling agent: surfactant mass ratio in synthesis of mesoporous hydroxyapatite particles with high pore volume was determined to be around 2.1 in this study.     

桩承土工格栅加筋垫层复合地基力学变形特性三维数值分析

桩承土工格栅加筋垫层复合地基作用机理复杂,设计计算主要以经验为主,给设计与施工带来盲目性。采用有限元分析软件Ansys,建立群桩三维模型,对其力学变形特性进行了分析,结合工程实例,将数值模拟结果与现场监测结果进行比较分析,两者较为吻合。结果表明：桩与桩端土均具有最优弹性模量;桩土最大应力比在桩顶下某一深度,桩身最大轴向应力在桩顶下中性点,由于应力集中,在桩端处两者均突然减小;桩端土刚度在离桩底某一深度范围对桩土应力比产生影响;加筋垫层刚度仅在其下某一深度范围内对桩间土应力产生影响,刚度较小时对应力比的调节作用更明显;加筋垫层尺寸对桩身轴向应力和桩侧摩阻力都产生显著影响,桩顶下0.3倍桩长处最显著。     

高强钢丝蚀坑尺寸对应力集中效应的影响

斜拉桥拉索钢丝的力学性能对腐蚀极为敏感,腐蚀使钢丝表面产生的蚀坑会导致应力集中,削弱钢丝局部的疲劳抵抗能力,从而吸引疲劳裂纹从这里成核,这通常是斜拉桥拉索承载力和使用寿命降低的直接原因。为研究钢丝蚀坑尺寸的影响,基于数值模拟的方法,建立三维蚀坑模型来探讨蚀坑的长、宽、深对应力集中的影响。采用ANSYS建立高强钢丝的有限元实体模型,基于蚀坑的不同尺寸比例,即蚀坑深宽比、长宽比,模拟了深窄形和开放形蚀坑。通过有限元软件计算所得数据拟合出蚀坑尺寸因素与应力集中系数的曲线,根据所得曲线,拟合出蚀坑处应力集中系数随不同尺寸比变化的近似计算公式。基于蚀坑的应力分布图和应力集中系数随尺寸比的变化规律,探讨了蚀坑的长、宽、深对应力集中效应以及蚀坑处应力分布的影响,并横向比较了3个尺寸因素对应力集中效应的影响程度,结果表明,高强钢丝应力集中系数会随蚀坑深宽比或宽深比的增加而增加,而随蚀坑长度的增加而减小。此外,蚀坑长度的变化对高强钢丝应力集中系数的影响最为显著,蚀坑深度次之,而蚀坑宽度的影响最弱。     

孔隙结构特征对焦炭高温抗拉强度的影响

采用压汞仪测量焦炭与CO2或H2 O反应后的孔隙结构特征,研究孔隙率、平均孔径、比表面积及孔径分布对焦炭高温抗拉强度的影响规律。焦炭孔隙率和平均孔径随反应率升高而增加。平均孔径小于30μm时气化反应以造孔为主,比表面积随反应率升高先增后减,大于30μm时以扩孔为主,随反应率升高而减小。与CO2相比,H2 O反应后焦炭平均孔径小,比表面积大,抗拉强度高。焦炭抗拉强度随孔隙率和平均孔径增加而降低,平均孔径小于30μm时抗拉强度随比表面积增加而降低,大于30μm时随比表面积减小而降低。焦炭中小孔数量越多抗拉强度越高,大孔数量越多抗拉强度越低。相同反应率下, H2 O反应后焦炭中小孔数量增加,比表面积大,有利于保护气孔壁结构,抑制高温抗拉强度的降低。     

活性炭孔结构的混合碱改性

具有较大比表面积的且以微孔孔隙居多的活性炭对气体小分子具有较好的吸附性能,以椰壳活性炭为原料、KOH/NaOH为活化扩孔剂,考察了温度、时间以及KOH与NaOH的质量比对活性炭孔隙结构的影响,使用N2在77 K下对产品活性炭进行表征测试。表征结果表明,当m(KHO)∶m(NaOH)为4∶1、溶液浓度为50%时,活性炭在600℃下活化4 h所得的活性炭产品平均孔径最大。对比HK模型和DFT模型对微孔活性炭孔径分布的分析结果,表明DFT模型更符合实际情况。经过孔结构改性的活性炭对CH4与CO2吸附能力均有提高。     

基于差异化设计的相邻轻重载车道内部竖向剪应力分析

结合高速公路拓宽改建工程案例,基于有限元计算技术,对既有高速公路沥青路面结构进行不同交通工况的力学响应分析,根据计算结果提出了上中面层实行材料性能差异的车道差异化路面结构设计方案;分析设计年限内临近轻载与重载车道之间形成的路面内部上中面层竖向界面及其下层竖直面上的剪应力,研究接触状态和荷载作用位置对剪应力的影响规律及剪切破坏的可能性。结果表明,荷载作用位置不同时,界面及下层竖直面上产生的剪应力分布规律也不同,荷载位于重载车道中央时剪应力随着深度增加在逐渐增大,最大值出现在半刚性材料底基层层底;而位于竖向界面顶部时,剪应力随路面深度的增加逐渐减小,最大值出现在路表,且可产生导致剪切破坏的较大剪应力;竖向界面需设置在轻重载车道之间的划线处,可确保该处实际不会产生剪切破坏;轮迹带处产生剪切破坏几乎成为必然,因此,采取工程措施加强面层强度并进行剪切强度验算是必要的。     

孔径可调的介孔磷酸铈的合成

采用中性表面活性剂十八胺为模板剂、硫酸铈为铈源，在水热条件下合成具有介孔结构的磷酸铈。通过X-射线衍射、透射电镜、高倍透射电镜和液氮吸附手段对介孔磷酸铈的介观结构、微观形貌和孔道结构进行了表征。结果表明，该材料是的有序的层状相介孔，层间距为2～3nm。产物主晶相为结晶性良好的单斜晶系的独居石磷酸铈，次晶相为正交晶系的磷酸铈。调整无机铈源与表面活性剂的摩尔比，实现磷酸铈介孔孔径在5.5～9.8nm之间可调。该介孔材料的最大比表面积高达113m²/g，孔体积为0.25mL/g。     

破碎波作用下砂质海床孔隙水压力响应试验

通过波浪水槽试验,研究规则波在1：30斜坡砂质海床上破碎时海床超静孔隙水压力响应规律,观察波浪破碎处的地形变化,并分析其形成原因.试验结果表明,在波浪破碎前后超静孔隙水压力有着明显的不同变化,破碎点处距底床表面最近的超静孔隙水压力值在整个过程中达到最大,且破碎带处超静孔隙水压力竖向衰减幅度均比破碎前、后要大,破碎点的超静孔隙水压力有明显增大;破碎前后超静孔隙水压变化与浪高变化呈正相关趋势,且破碎后两者的相关性没破碎前好;波浪破碎处地形变化剧烈,超静孔隙水压力在沙床顶部的变化较底部变化明显.砂层掏刷时,超静孔隙水压振幅变大;砂层堆积时,超静孔隙水压振幅变小.     

活性炭孔隙结构在其丙酮吸附中的作用

为了探讨活性炭孔结构对其吸附的影响,分别用氮气绝热吸附、扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR),对活性炭表面物化性质进行表征。并以丙酮为吸附质,在温度为298.15 K下进行静态和动态吸附实验,研究丙酮在活性炭上的吸附平衡、吸附动力学与吸附能。结果表明:活性炭样品的丙酮饱和吸附容量与活性炭的比表面积、总孔容有正相关关系。孔径在1.67~2.22 nm之间的孔容和丙酮吸附量之间存在较好的线性关系,且线性斜率随丙酮浓度增加而变大。丙酮吸附行为符合Langmuir吸附等温模型和准二级动力学方程式。活性炭的孔是丙酮吸附速率主要制约因素,各吸附阶段吸附速率主要制约因素分别为:快速吸附阶段为微孔、中孔,颗粒内扩散阶段为微孔,吸附末尾阶段为中孔。丙酮在活性炭表面的覆盖率是丙酮分子与吸附剂内吸附位的作用结果,孔结构不同,吸附位分布不同,丙酮表面覆盖率小的活性炭吸附能大,表明活性炭孔结构对其吸附能产生影响。