金属材料在微型剪切过程的变形和断裂规律的探讨

通过对三种不同强度等级材料的微型剪切试验和与不同剪切点相对应的剪切面上压延流线的形态以及断口形貌观察和分析，探讨了金属材料在微型剪切过程中的变形和断裂的基础规律。试验结果表明，微型剪切时材料的变形和断裂过程，与常规拉伸试验既有相似之处，又有其固有特征。并初步提出了微型剪切过程中在剪切面附近的应力分布模型。从而为进一步深入研究微型剪切的机理和扩大其在工程技术中的实际应用提供了必要的理论依据。     

微型剪切速度对材料性能、变形和断裂的影响

为研究剪切速度对材料性能、变形和断裂的影响,采用微型剪切配合SEM(扫描电镜照片)及硬度分析.试验表明,当微型剪切相对变形速度δ大于5.5×10~2～1.1×10~1l/s时,材料性能明显变化,该数值接近于材料性能没有明显变化的常规机械性能的相对变形速度.     

微型剪切速度对材料性能,变表和断裂的影响

为研究剪切速度对材料性能、变形和断裂的影响，采用微型剪切配合ＳＥＭ（扫描电镜照片）及硬度分析。试验表明，当微型剪切相对变形速度δ大于５．５×１０＾２～～．１×１０＾－１／ｓ，材料性能明显变化，该数值接近于材料性能没有明显变化的常规机械性能的相对变形速度。     

一种新的金属板料双向压缩剪切试验方法

针对现有板料剪切试验中剪切面数量及加载方式受限的不足,提出了一种新的金属板料双向压缩剪切试验方法,并结合数值模拟验证了其有效性.结果表明,所提出的双向压缩剪切试验方法能够使板料在变形区内处于纯剪切受力状态,且能够保持剪切变形过程中的受力状态.通过调整板料的几何结构,能够使板料在剪切变形区内处于稳定的负应力三轴度状态,以用于剪切断裂失效机理分析.     

铝合金材料断裂形式变化规律的试验分析

分析了铝合金材料在常规破坏试验过程中的断裂现象和在不同复合比载荷状态下的断裂力学试验结果，讨论了不同应力三维度下铝合金材料的断裂形式变化规律。研究结果表明，材料在受力过程中的塑性变形是影响材料断裂形式的主要因素，当塑性变形较小时，材料内孔洞易于扩张，材料断裂形式为拉断；当塑性变形较大时，材料内局部剪切带产生扩展，材料断裂形式为剪断。     

脆性材料剪切过程的数值仿真与试验验证

乏燃料组件剪切是乏燃料后处理的关键步骤,但由于其具有较高的放射性,科研试验中常采用由不锈钢和脆性材料组成的模拟组件来替代。针对脆性材料采用Drucker-Prager模型与Shear Damage模型相结合建立剪切本构模型,并选取脆性材料的典型代表砂浆进行剪切试验验证,通过对砂浆基体块进行加载速度为5,20,30,40,50 mm/s的剪切试验,验证了数值模型的正确性。并研究了其弹塑性变形、裂纹萌生、裂纹扩展和断裂分离的全过程,以及过程中受力变形情况。研究结果显示剪切力随速度的增加在一定范围内波动,剪切力随间隙的增大呈现先增大后减小的趋势。     

非晶合金材料的变形与断裂

系统地研究了不同非晶合金材料的拉伸、压缩变形与断裂特征,总结了不同非晶合金材料拉伸与压缩断裂的不对称性,在此基础上提出了一个新的参数α=τ0/σ0和统一拉伸断裂准则,将最大正应力准则、屈特加准则、莫尔-库仑准则和范米塞斯准则有机地统一起来．观察到具有剪切变形行为的非晶合金,其压缩塑性随样品的高径比减小而逐渐增加;提出了剪切带旋转机制来解释具有高塑性非晶合金材料压缩变形过程中剪切带的偏转,总结了钨丝和原位析出枝晶对非晶合金复合材料韧化效果的不同作用,讨论非晶合金材料压缩剪切断裂、劈裂和破碎的竞争关系,采用动态断裂理论解释了某些脆性非晶合金解理断裂表面上的规则纳米尺度断裂台阶的形成;提出了α=τ0/σ0是控制非晶合金发生剪切变形与断裂、劈裂以及破碎失效与否的本征参数．     

直面微型薄壁微细铣削变形与在线补偿研究

薄壁特征在切削加工中的弹性变形一直是制约其加工质量的关键因素,针对这一问题开展弹性变形预估与补偿研究.首先,基于有限元对不同厚度的直面微型薄壁特征进行分层铣削建模,研究薄壁沿高度方向和沿长度方向的变形规律,建立考虑材料去除对薄壁刚度影响的悬臂梁法薄壁变形模型.其次,研制了单自由度切削力测量与实时切削参数补偿装置,基于薄壁切削过程中实时测量的切削力与变形模型,预估薄壁变形量,作为补偿值对径向切削参数进行实时补偿.最后,进行直面微型薄壁特征的微细铣削对比试验.结果表明：经过径向切削参数补偿后,薄壁的平均相对误差从6.86%减少到2.19%,验证了所建立模型的可靠性与所研发补偿装置的有效性.     

430铁素体不锈钢焊接接头的强度评定

测试并控制焊接接头局部强度,对改善焊接工艺、提高接头整体性能非常必要.提出一种双孔微剪切方法,以无损或低破坏待测体为前提,在被测材料区域两侧钻2个直径为6mm的孔,进行剪切试验.通过测试系统中的LabvIEW软件控制部分,输入加载过程中载荷传感器和位移传感器的传输信号,输出反映材料变形性能的加载响应曲线,通过转化获得屈服剪切应力和最大剪切应力.建立双孔微剪切试验的有限元模型,选择不同屈服应力和加工硬化指数的材料进行有限元模拟,拟合得到试验剪应力-应变曲线与材料强度参数的相关性,获得了材料强度的参数.并利用双孔微剪切试验,测定430铁素体不锈钢焊接接头上各微区的强度.     

大块金属玻璃剪切带形成的“原位”压缩实验研究

对一种锆基大块金属玻璃材料进行了室温下的准静态SEM"原位"压缩实验,并对其剪切带行为进行了研究.测得的宏观应力应变曲线表现出理想弹塑性响应.对样品变形过程中和断裂后的表面剪切带斑图进行的分析表明,多重剪切带的形成及其交割和分叉行为能显著提升其金属玻璃材料的塑性变形能力.采用Mohr-Coulomb模型对其断裂偏离最大剪应力平面的现象进行了描述.基于金属玻璃塑性变形的自由体积模型,对剪切带交割点产生的纳米尺度空洞和微裂纹形成机理进行了分析.图6,参16.     

冻融循环后大理岩单轴压缩破坏特性及规律研究

为研究大冶铁矿高边坡广泛分布的大理岩在冻融循环后单轴压缩破坏特性及规律,对岩样进行不同冻融次数和不同冻融温度下的冻融试验后,再进行单轴压缩试验。对比分析其单轴压缩应力-应变曲线及破裂面宏观形态,结果表明:经历冻融循环后的大理岩岩样,随冻融次数的增加和冻融温度的降低,岩样内部损伤趋重,弹性变形减弱而塑性增强;破裂面由张破裂向剪破裂转变,由多断面破裂转变为单一断面破裂;破坏模式由轴向劈裂拉伸破坏模式向轴向拉剪破坏模式逐渐过渡。     

剪切荷载作用下砂岩断裂面粗糙度三维统计分析

利用自主研发煤岩剪切-渗流耦合实验装置与三维立体扫描仪对剪切荷载作用下砂岩断裂面粗糙度三维统计信息进行了实验研究,从其断裂面扫描直观图、断裂面等高线分布图、断裂面剖面轮廓线等方面探讨了剪切荷载作用下砂岩断裂面三维粗糙度分布特性.结果表明:砂岩在剪切荷载作用下发生断裂破坏时,其变形特性曲线变化趋势一致,断裂面直观特征存在个体差异,但断裂面粗糙高度分布均近似于正态分布;沿剪切方向与垂直于剪切方向剖面轮廓线特征不同,不能反映断裂面整体特征;分析了粗糙度参数JRC,RL与RS之间关系,JRC值与RL值之间呈近似线性关系,RS值与JRC平均值线性拟合度相对于JRC与RL值线性拟合度更好,JRC平均值更能反映断裂面整体三维特征.     

Zr基非晶合金准静态压缩下的多重剪切带行为

利用IUTM和SEM研究了Zr-Ti-Ni-Cu块状非晶合金的准静态单轴压缩变形和断裂行为. 研究表明:该合金的室温压缩变形过程主要表现为弹性和塑性变形,塑性变形阶段没有加工硬化现象. 在准静态压缩条件下Zr基非晶合金表现出多重剪切效应,提高了塑性. 微观研究证明,剪切带的滑移分枝与相互交叉是非晶合金塑性提高的主要机制. 沿着剪切带发现了微空洞和微裂纹,剪切带的形成与自由体积的合并有关. 塑性变形过程中形成脉纹状断口形貌,受力状态的不同脉状花纹表现为不同的形式.     

川西松潘地区裂隙性黄土强度特性试验

节理裂隙破坏了黄土的结构完整性,影响其力学特性,一定程度上控制着黄土地区滑坡和崩塌等地质灾害的演化进程和破坏规模。为研究裂隙对黄土强度特性的影响,选取川西松潘地区黄土为研究对象,开展了不同切面倾角、含水率和含砂量等条件下的三轴试验,研究结果表明：（1）切面倾角对黄土抗剪强度影响明显,在倾角为0°时最大,在接近理论破裂角时最小;（2）只有切面倾角与理论破裂角相近时,剪切破裂面才会迁就已有切面发展,其他切面倾角时试样并不会沿着预设切面破坏,切面的存在改变了土体内局部应力从而影响其剪切强度;（3）含切面试样的粘聚力对含水率和含砂量的变化较敏感,当含水率和含砂量变化时,剪切强度的倾角效应依然存在,但不同切面倾角试样的剪切特性会有所变化。基于裂隙性黄土力学特性的研究,认为开展滑坡不同部位的滑带土切面三轴试验可以为深入分析古滑坡复活机制提供借鉴。     

预留缝宽度对大理岩直剪试验结果的影响

在岩石直剪试验过程中,上下剪切盒（夹具）之间往往需预留一定宽度的缝隙,但预留缝隙的宽度值没有明确的规定。本文采用相同直径、不同高度的大理岩试样进行直剪试验,研究了上下剪切盒预留缝宽度对岩石抗剪强度和破坏特征的影响。试验结果表明：同一法向应力下,随着试验预留缝宽度的增加,试样剪切断裂面的正视图由一条近似直线逐渐变成三段近似直线构成的折线,剪切断裂面由水平曲面逐渐变为倾斜曲面,主导试样破坏的应力由剪应力逐渐变为拉应力;在同一法向应力下,试验预留缝宽度越大,测得的峰值抗剪强度值越小;随着预留缝宽度的增加,直剪试验获得的试样黏聚力整体上呈增加趋势,但变化不大,较为平稳,而内摩擦角则逐渐减小,且变化明显,幅度较大。试验预留缝宽度的取值对试验获得的抗剪强度、黏聚力、内摩擦角均存在影响,因此目前情况下在岩石直剪试验中应尽量减小预留缝宽度,而预留缝宽度的定量取值尚需开展进一步的研究。     

CuZnAl形状记忆合金的变形与断裂（Ⅰ）

扫描电镜动态拉伸试验发现，马氏体状态的ＣｕＺｎＡｌ形状记忆合金断裂之前经受了强烈的变形，裂纹于马氏体界面萌生和扩展，原母相晶界对裂纹的扩展起阻止作用，断裂后呈现微孔集聚型塑性断口。     

黄土湿陷变形本构关系研究

根据黄土湿陷变形的结构性原理,分析了湿陷变形的塑性特性,引用增湿软化模型ZSM体作为增湿变形的力学模型,应用常规三轴浸水试验研究了不同的应力状态下湿陷性黄土在水和力共同作用下的湿陷变形特性,将增湿含水量作为内应力考虑,并由试验拟台得出湿陷体积屈服面和剪切屈服面,基于广义塑性力学原理建立了湿陷变形的增量本构模型,该模型考虑了湿陷变形中的湿陷体积变形和湿陷剪切变形以及球应力和偏应力对湿陷体积变形和湿陷剪切变形的交叉影响,反映了黄土湿陷变形的特性。     

岩石单结构面剪切变形渗透性演化规律

为了研究剪切作用下单裂隙渗透性的演化规律,在Comsol中采用Weierstrass随机分形函数来生成单裂隙,调整2个裂隙面的相对位移来模拟剪切作用,通过分析不同剪切位移条件下裂隙隙宽的变化以及不同流量下的非线性效应发生的界定范围,并绘制散点图与函数曲线拟合确定剪切过程影响裂隙渗透率的因素,给出定量关系。结果表明：未发生剪切时,隙宽的概率密度分布满足标准的高斯分布,而随着剪切过程的发生,隙宽的高斯分布被破坏,仅体现标准高斯分布的部分特征;发生剪切时,渗透率先有一个减小的过程,然后在一定范围内波动;当Re>9.6时,流体开始从线性向非线性发展。对岩石单结构面剪切变形过程中裂隙孔径变化对流体渗流特性的影响进行模拟,可为分析地质体中结构面变形对地热变化的影响提供参考。     

铝合金在三种应力状态下的力学性能研究及断口分析

通过对铝合金(6063)进行平板拉伸试验、带缺口的平板拉伸试验及纯剪切试验,研究了铝合金在三种应力下的力学性能.宏观试验结果发现:平板拉伸时的断裂应变大于带缺口拉伸时的断裂应变,而平板拉伸时的屈服应力及峰值应力小于带缺口拉伸时的屈服应力和峰值应力,剪切时材料的断裂剪应变远远大于平板拉伸时的断裂应变.三种应力状态下试样的断口也明显不同:缺口试样根部明显发生了颈缩现象,而且断面上存在着大量的韧窝;平板拉伸几乎没有发生颈缩现象,断面上的韧窝和剪切唇各占一定的比例;纯剪切试样断口上几乎以剪切唇为主.     

胶东地区星载SAR图象的转换构造研究

胶东地区星载合成孔径雷达图象具有丰富的转换构造信息。ＥＲＳ－１ＳＡＲ和ＪＥＲＳ－１ＳＡＲ的图象纹理以及图象处理分析结果，在胶东地区准确碍定了与转换作用有关的定性构造纹理，为动力学和运动学研究提供了极为重要的直观依据。