韧性材料在球形压头渐进载荷下仪器化划入行为

使用半径为500μm的球形氧化锆陶瓷压头对3种高分子和20种金属材料在渐进载荷下进行微米划入测试,研究了韧性材料在球形压头仪器化划入过程中的弹塑性变形行为.仪器化划入结果发现:随载荷的增加,金属的弹性回复率、残余划痕硬度、几何划痕硬度和侧向划痕硬度均趋于稳定.而高分子的弹性回复率,几何划痕硬度却是单调减小,很有可能产生损伤破坏,在最大载荷下利用线弹性断裂力学方法计算得到的断裂韧度与文献中的结果一致;在大载荷下,残余划痕硬度和侧向划痕硬度趋近于常数.残余划痕硬度大于几何划痕硬度;摩擦系数随着载荷的增大而非线性增大是由于球形压头几何形状的影响(灰口和球墨铸铁的摩擦系数平稳段是由于石墨的影响).大部分材料的划入响应与力学性能有密切关系:临界划痕应变(弹性回复率平稳阶段的起始应变)与屈服应变成正比;趋于稳定的残余划痕硬度与屈服强度有线性关系,并且与努氏硬度成比例.     

集成电路钝化层薄膜的纳米力学性质研究

利用等离子体增强化学气相淀积工艺在P型单晶硅（111）衬底上制备了厚度为70、150、450nm的SiO2薄膜和100、170、220nm的Si3N4薄膜,并使用纳米压入仪对薄膜进行了纳米力学测试与分析．薄膜在不同载荷下的硬度和弹性模量计算采用Oliver-Pharr方法．在测量两种薄膜的硬度时没有发现压痕尺寸效应．SiO2薄膜的弹性模量与压入深度的依赖关系不明显,但与薄膜厚度的依赖关系较明显,薄膜厚度的增加将导致弹性模量显著减小,而Si3N4的弹性模量与薄膜厚度的依赖关系不明显,但与压入深度的依赖关系较明显,会随着压入深度的增加而逐渐增加到某一定值．     

压入尺寸效应对AZ31镁合金应变率敏感性的影响

通过纳米压入测试方法研究了镁合金在不同应变率下的力学表现,对于AZ31镁合金在不同工况下的应用有着重要意义.压入测试结果表明:随着应变率的增加,压入硬度值逐渐增加,而接触刚度与弹性模量几乎保持恒定;同时,随着压入深度的增加硬度表现出明显的尺寸依赖性.然后,基于Nix-Gao理论获得了AZ31镁合金的尺度无关硬度,并对其应变率敏感指数进行了深入探究.结果表明:压入尺寸效应对材料的率敏感指数影响显著,并获得了剔除尺度影响的率敏感指数.     

水灰比对水泥砂浆高应变率下动态抗压力学性能影响的试验研究

为了研究水灰比对高应变率下水泥砂浆动态抗压力学性能的影响,利用分离式Hopkinsin压杆(SHPB)装置对不同水灰比(0.4、0.5和0.6)的水泥砂浆试件进行了单轴动态抗压试验研究;应变率范围为(39.4～209.4)s-1。同时进行了静态加载试验。试验结果表明,水泥砂浆的单轴抗压强度随着应变率的增大而增大,随水灰比增大,动态抗压强度值随应变率提高而增大的越缓慢;动态抗压强度提高因子DIF随应变率的增加而增大的速度随着水灰比的增加而降低。高应变率下,水泥砂浆试件的峰值压应变与极限压应变随着应变率的增大而增大,水灰比对峰值压应变值与极限压应变值的影响不大。     

大载荷连续压入及整体材料弹塑性行为的研究

用自制的具有新颖性的压入仪,对ＧＣｒ１５,４０Ｃｒ,２０Ｃｒ和退火纯铝等块状材料进行了大载荷连续加载、卸载压入实验．实验结果表明,大载荷压入时,加载曲线的载荷与压入深度具有幂函数关系,卸载曲线为自变量（ｈ－ｈｒ）的幂函数;材料硬度的测定值与载荷大小或压入深度无关,即不存在硬度的压痕尺寸效应．由大载荷连续加载、卸载曲线可得被测材料的塑性功、弹性功、弹塑性比和硬度等材料性能指标．     

仿真分析超声弹性成像在乳腺疾病诊断中的应用

采用超声弹性成像和有限元法,分析了不同乳腺组织模型的应变图,分别对不同弹性模量和不同硬度弹性图进行比较.结果表明:对于弹性模量较大的肿块,超声弹性成像技术在鉴别诊断上具有较高的应用价值,但对于硬度较大的良性病变和硬度较小的恶性病变,则有一定局限性.     

黑云母花岗岩动力学特性与强度准则分析

为了研究黑云母花岗岩动态特性与强度准则的应变率效应,文章采用高压动三轴仪对不同应变率、不同围压下的试样进行动三轴压缩试验。结果表明:相同应变率下,随着围压的增大,岩石破坏模式由轴向劈裂转变为剪切破坏;相同围压下,随着应变率的增大岩石破碎程度加剧;花岗岩的抗压强度随应变率和围压的增大均呈增大趋势,但增长幅度在应变率超过10-3/s和围压大于60 MPa后逐渐减小;弹性模量整体上随应变率的增加而减小,且与围压间变化规律不明确;泊松比与应变率、围压均未见明显关系,其值集中分布在0.33左右。此外,对比分析中等应变率下经典莫尔-库伦强度准则及其2种改进形式的适用性,发现考虑平均主应力修正的莫尔-库伦准则对试验数据的吻合度较高,而直线型莫尔-库伦准则和抛物线型莫尔-库伦准则拟合误差较大,且随应变率的增加,误差有增加趋势。     

基于Hopkinson杆技术的混凝土动态压缩性能研究

采用分离式Hopkinson压杆对混凝土试件(D=74mm)进行了动态压缩试验,得到了不同应变率下的混凝土动态抗压强度,研究了它的率敏感性,并得到了相应的临界应变率。结果表明:随着试件中应变率的增大,混凝土的动态抗压强度相应有不同比例的增加;同时在试验的基础上,分析了应变率对混凝土抗压强度的影响。抗压强度在相应的应变率超过一定值后会有一个较大比例的增加,抗压强度的临界应变率大约是40s-1。     

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．     

岩石巴西圆盘的SHPB试验分析

为了研究花岗岩、千枚岩、磁铁石英岩不同应变率下三种岩石的拉伸敏感系数、弹性模量、能量耗散特征和破坏方式的变化规律,利用霍普金森试验装置对三种岩石进行动态平台巴西圆盘劈裂拉伸试验,试验结果表明:三种岩石的拉伸敏感系数随应变率的提高而增大,且应变率对拉伸敏感系数存在突变阈值;千枚岩和磁铁石英岩的弹性模量随应变率的增加而增大,花岗岩的弹性模量在应变率达到247.1 s-1以后基本不变;入射能、反射能、吸收能随着应变率的提高而增加,但试件吸收的能量相对于入射能是减小的,而透射能基本保持不变;三种岩石均沿加载直径方向劈裂,由中心起裂,满足了巴西圆盘试验的有效性,当应变率较大时,会在试样的加载端部的三角区出现粉碎区.     

考虑不同节理倾角和贯通率的类岩材料单轴压缩试验

为研究节理倾角与贯通率对类岩材料力学特性的影响,选用预制贯通节理类岩材料作为研究对象,对以节理倾角和贯通率为单一变量的两组砂浆试样进行单轴压缩试验。试验结果表明:节理倾角为0°时,随着节理贯通率的增大,试样的峰值强度、峰值应变以及弹性模量均不断减小;不同贯通率试样破坏时均呈现出整体张拉破坏的特征;节理贯通率相同时,随着节理倾角的增大,试样峰值强度呈现V字形变化趋势;试样峰值应变先减小后增大再减小,弹性模量先增大后减小再增大,二者呈现良好对应关系。通过对比节理贯通率和不同倾角对力学特性的影响,发现节理贯通率在试样强度、变形破坏过程中起主要影响作用。     

Anisotropic, gradient and metal-like mechanical behaviors of teeth and their implications on tooth functions

The anisotropy and gradient of the elastic modulus and the hardness of teeth were investigated by means of instrumented indentation method. Such properties are attributed to the unique micro- structures of teeth based on scanning electron microscopic analysis. By comparing the relation- ship between the ratio of hardness to the reduced elastic modulus and the ratio of elastic unloading work to the total work of teeth in course of indentation to those of other materials, we found that the material behaviors of teeth display metal-like characteristics rather than ceramics as considered traditionally. These material behaviors and relevant functions are discussed briefly.     

藏式毛石砌体抗压强度对其弹性模量和峰值应变预测

抗压强度、弹模和峰值应变是藏式毛石砌体力学性能的3个重要参数,由于砌块不规则性和砌筑工艺随机性的影响导致该类砌体抗压强度、弹模、峰值应变都较难直接获得。通过毛石砌块和泥浆黏材强度获得毛石砌体抗压强度,以抗压强度预测弹性模量和峰值应变是为了研究此类砌体变形特征和力学特性。采用西藏传统砌筑工艺砌筑8个毛石棱柱体试件,对棱柱体试件进行单轴压缩力学测试,获得毛石砌体抗压强度、弹模、峰值应变、位移-荷载曲线、破坏形态等。结合已有研究成果对该类砌体抗压强度表达式中砌块与泥浆相关影响系数进一步优化,以抗压强度预测其弹性模量、峰值应变。试验结果表明,该类砌体抗压强度、弹模、峰值应变较低且变形呈阶段性变形特征,位移-荷载曲线与其他类型砌体对比存在差异。以区间估计法和线性回归进行弹性模量和峰值应变预测并与其他类别毛石砌体对比发现吻合度较好。该结论可供该类砌体结构修复、加固和毛石砌体单轴压缩性能研究参考。     

Cu-Zn-Al-Ni合金的组织与性能

采用熔铸和轧制的方法,在Cu-Zn-Al铝黄铜中添加Ni及自制晶粒细化剂,制备出一种新型弹性合金,通过扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜(OM)等对Cu-Zn-A1-Ni铝黄铜的微观组织进行观察、分析,并对其抗拉强度、延伸率、弹性模量等相关参数进行研究.研究结果表明:在合金铸态组织中,Ni,Al和Ti以三元金属间化合物形式主要分布在晶界上,在轧制过程中阻碍基体变形和晶界移动,从而提高合金强度:在均匀化退火过程中,合金中出现层片状A13Ni相,弥散分布在基体内,在冷轧加工后转变为颗粒状;合金再结晶开始温度为350℃,低于再结晶温度退火时,冷轧态合金存在低温退火硬化效应,于250℃退火,硬度达到峰值;冷轧态板材最终退火后,其抗拉强度为731 MPa,延伸率为15%,弹性模量为120 GPa.     

Experimental Research on Grinding Surface-Quality of Dental Zirconia

The properties and cutting performance of Y_2O_3-stabilized tetragonal zirconia polycrystal( Y-TZP) used widely for dental restoration have been introduced. The surface roughness of denture made by the ceramics plays an important role in product quality. In order to enhance the surface quality of denture processing,the effect of grinding parameters such as spindle speed,feed rate and the depth of cut with different levels on denture surface roughness were deeply studied to look for reasonable grinding parameters. The experiment was arranged in the orthogonal method. A new dental bur used only for dentistry was employed to carry out the experiment in a high accuracy machining center which was developed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. The experimental results demonstrated that the depth of cut was the major parameter on surface roughness. With scanning electron microscope( SEM),it was found that the ceramics debris and its surfaces damage were mainly affected by depth of cut. The surface formation mechanism of zirconia ceramics was revealed by the morphology of machined surface. The topographies of the grinded ceramics surfaces demonstrated that zirconia ceramics was removed by its brittle fracture and plastic deformation. The plastic deformation region at grinded ceramic surface was larger with the smaller grinding depth.Finally, an example for grinding molar crown using zirconia ceramics was provided. After processing,the surface morphology of the molar crown was measured. The results showed that its quality was high and met the requirements of dental restoration. The research results of this paper provide useful and theoretical basis for denture processing.     

拉压弹性模量不等材料杆的纯弯曲及偏心压缩

基于弹性力学的基本理论 ,分析了拉压弹性模量不等材料直杆在纯弯曲变形状态下的应力和应变 ,给出相应的应力计算公式 ,并讨论了拉压弹性模量的比值参数对应力分布的影响 .在此基础上又分析了拉压弹性模量不等材料杆在偏心压缩时的应力、应变 ,给出了横截面中性轴位置的数值计算方法和数值解 ,并进行了定性的讨论 .     

辉绿岩单轴及常规三轴压缩下力学特性试验研究

为了分析坚硬脆性岩石在单轴及常规三轴压缩条件下的强度和变形特性,通过在TAW-2000微机控制电液伺服试验机上对辉绿岩进行单轴及常规三轴压缩试验,主要分析辉绿岩在围压为1、3、5、10 MPa时基本物理力学参数的离散程度,其弹性模量的离散程度指标值较小,在0.27%～3.49%波动,能较好地表征辉绿岩的变形特性。试验结果表明:随着围压的增大,岩石峰值应变和残余应变均表现出显著的线性增长关系,可采用一次函数形式拟合,弹性模量、变形模量和泊松比均表现出较明显的非线性增长关系,可采用幂函数形式进行拟合,但并不会随着围压的增大而无限增大,而是趋于一个稳定值,这一规律为实际工程中不同地应力条件下准确选取弹性模量、泊松比等参数提供理论基础;随着围压的增大,岩石的峰值强度和残余强度均呈现出较显著的线性增长关系,可采用一次函数形式拟合,并计算出黏聚力和内摩擦角,为岩石工程设计时强度参数的选择提供参考依据。     

地铁盾构隧道回填层的应力传导性能

盾构法施工隧道中,管片衬砌与围岩间的空隙采用回填层来填充,以达到稳定衬砌、传递压力和防渗等多重效果。基于均匀化理论和摄动技术,推导了水泥浆液和豆砾石两种材料混合而成的回填层的等效弹性模量解析表达式,进而应用弹性力学原理推导了衬砌和回填层的应力应变公式。算例分析结果表明：该方法求得的回填层的等效弹性模量小于根据体积比例计算的数值;提高回填层中水泥浆的弹性模量和体积分数,可以提高回填层的等效弹性模量,使回填层承担较多的应力,从而减小管片内的应力和应变;考虑回填层与否,衬砌的应力和应变值会有较大差异,说明回填层有利于衬砌的稳定性。该研究为TBM盾构施工隧道的衬砌设计提供了理论依据。     

纳米级超显微硬度法对镉变形行为的研究

利用纳米级超显微硬度压痕法研究了具有六方密排结构纯Ｃｄ(９９９９％)的应力应变及加工硬化行为·根据载荷压痕贯穿深度的测量,证明了在Ｃｄ的压痕变形中存在弹性、弹塑性和完全塑性三个阶段,与每个阶段相对应在其载荷压痕深度曲线上都出现一个斜率的改变,从而可以近似确定金属开始塑性变形的应力范围·其加工硬化指数是随着施加的最大载荷由５ｍＮ时的０１增加到４０ｍＮ时的０３,这主要是和加载的速度有关并满足线性方程·