长时腐蚀过程中异种材料连接结构的失效机理与性能弱化机制

电偶腐蚀是腐蚀环境下异种材料连接结构的重要失效形式。本文采用浸泡腐蚀试验开展了异种材料连接结构在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为研究,并通过扫描电子显微镜(SEM)和材料拉伸实验对试样的腐蚀形貌观察和力学性能测试,分析了长时腐蚀过程中异种材料连接结构的失效机理与性能弱化机制。研究结果表明,电偶因素和缝隙腐蚀因素联合作用使2A12铝合金的力学性能指标明显降低,但是对强度指标(屈服强度和断裂强度)的影响程度没有对塑性指标(延伸率和断面收缩率)的影响程度大。     

复杂井况下油井套管柱的系统可靠性计算

考虑到套管几何尺寸和力学性能参数的随机性,采用Monte-Carlo方法模拟得到套管强度的随机分布规律.建立套管柱8种不同失效形式的极限状态方程,给出套管强度和载荷均为正态分布时的可靠度计算公式.依据套管柱沿井深方向上的结构、强度及载倚差异将其离散为多个基本单元,利用可靠度计算公式对套管柱基本单元与整体的可靠度进行定量计算,分析不同井深下套管柱的可靠性影响冈素和主要失效形式的发生概率.结果表明,影响套管可靠度的主要因素是套管抗挤强度和外挤载荷,套管失效形式以挤毁为主.     

一种新型生物植入材料磨损测试装置

摩擦磨损是造成人工关节等生物医用材料在体内失效的主要因素. 借助生物材料磨损试验机, 对生物植入材料进行体外实验, 以考察材料的强度、摩擦磨损等性能. 这对于生物材料在人体中的应用研究十分重要. 介绍一种新型的销盘型(pin on disc, POD) 生物植入材料磨损测试装置(Biotribo-POD). 该试验机可以对生物材料进行生物摩擦学试验, 主要用于模拟和预测临床中人工关节等生物材料的磨损特性, 其中对髋关节、膝关节和肩关节植入材料的预测是研究的重点. 该试验机有6 个工位, 可以同时对6 个销进行试验. 装置分为4 个模块:加载模块、销导向模块、框架模块和运动模块. 该试验机的主要特点是可以通过电脑程序的控制实现多种轨迹, 而且可通过调节所受载荷研究运动情况对材料磨损造成的影响.     

复合材料加筋板多失效模式可靠性分析

复合材料加筋板在轴向压缩的曲屈过程中,存在多种失效模式,对整体的可靠度有不同影响.本研究利用ABAQUS软件,建立由shell-solid单元组合的复合材料加筋板渐进失效模型,并基于Quads和Hanish失效判据,用Cohesive单元来模拟胶层,通过对模型轴向加位移的弯曲情况,确定刚心位置后,进行轴向加载仿真实验.通过有限元模拟方法,用均次一值二矩法计算可靠度,分析曲屈失效过程,影响可靠度的主要因素为静力.通过灵敏度分析,归一化计算,得到材料不同弹性模量对复合材料加筋板模型的基体失效、纤维失效、界面层失效和静力失效的贡献率.由失效判断指标可知,纤维失效是造成复合材料加筋板结构整体失效的主要因素,由灵敏度分析结果可知是影响基体失效、纤维失效、界面层失效的主要因素.     

梯度压力分布活性材料准静态压缩特性

采用准静态压缩试验方法研究了梯度压力分布对活性材料力学特性的影响.实验结果表明，梯度压力分布活性材料失效强度较均一活性材料有提高，同时逆梯度压力分布活性材料具有最显著的功能梯度特性.梯度压力从失效行为角度分析，充分压缩的逆梯度压力分布活性材料呈蘑菇状渐变失效，出现多个失效应力峰值.从材料密度分布出发，揭示了活性材料多应力峰值压缩失效梯度压力机理.      

界面性质对颗粒增强复合材料力学性能和破裂过程的影响

界面的力学性质对复合材料的力学特性和破裂机理具有非常重要的影响。研究了具有不同强度界面的颗粒增强脆性基复合材料在单轴拉伸荷载下的力学性能及其破坏过程。从细观尺度考虑了各相材料力学参数的非均匀分布,采用基于细观损伤力学开发的针对材料破坏过程分析的MFPA2D数值模拟程序,对复合材料从裂纹萌生、扩展直至失稳破坏的全过程进行数值模拟。结果表明,当界面结合较强时,复合材料的强度较高但韧性较差;当界面结合较弱时,复合材料的强度较弱而韧性较强,说明较强的界面可有效传递荷载,而较弱界面可增加复合材料的韧性。     

镁铝层合板的界面结合强度对其单轴拉伸行为的影响研究

同质或异质组元板通过轧制连接而成的层合板,其界面结合强度是影响层合板力学性能和力学行为的主要因素。对用不同热轧工艺下制备的镁铝层合板(Al5052/AZ31B Mg/Al5052),采用不同的界面结合强度测试方法,得到了其法向结合强度、剪切强度、剥离强度,并讨论了各种结合强度对轴向拉伸力学性能和行为的影响。实验结果表明,不同的热轧工艺下获得的镁铝复合板,由于具有不同的界面微结构,导致了完全不同的界面结合强度,且界面的结合强度极大地影响了层合板的轴向拉伸力学性能;随着界面结合强度的增强,层合板的轴向拉伸力学性能得到了极大的提高;同时其断裂方式也由一道次的颈缩破坏转变成二道次的层间断裂破坏。     

胞元结构对点阵多孔材料力学性能的影响

为丰富点阵多孔材料的胞元结构,提高点阵多孔材料力学性能,文中以PA12(尼龙)粉末为原料,采用激光粉末烧结(SLS)技术制备了正立方体、小斜方截半立方体和大斜方截半立方体3种晶胞单元结构的尼龙点阵多孔材料试样,并通过准静态压缩试验获得了3种不同胞元结构的尼龙点阵多孔材料的工程应力应变数据。结果表明,胞元结构对尼龙点阵多孔材料的压缩强度、弹性模量等力学性能影响较大;小斜方截半立方体尼龙点阵多孔材料在3种胞元结构中表现出最优的力学性能。最后,通过扫描电镜对断口形貌进行观察与分析,发现尼龙点阵多孔材料的加工缺陷会影响其力学性能;准静态压缩的尼龙点阵多孔材料其断裂模式为韧性断裂,与试验结果一致。     

浸入式水口新材料的显微结构与力学性能

为提高以ＺｒＯ２为主要成分的陶瓷水口新材料的力学性能，延长水口的使用寿命，用电子显微分析方法研究了材料的显微结构特征，提出材料的显微结构对力学性能的影响因素。认为晶粒大小是影响材料力学强度的主要因素，层错、位错缺陷的存在，可以提高材料的断裂韧性。并探讨了稳定剂对材料烧结温度的影响。     

相似材料力学性质影响因素试验研究

选取地下工程物理模型试验中常用的石膏作为胶结剂,石英砂作为骨料制成相似材料试件.将相似材料试件置于不同尺寸、温度、含水率及加载速度条件下进行单轴压缩试验,得到单轴抗压强度和弹性模量,分析不同因素对相似材料力学性质的影响规律.研究发现,相似材料力学性质受尺寸、含水率及加载速度影响大,受温度影响小,且相似材料力学性质受不同因素影响原因与岩石的影响原因相同.为避免这些因素的影响,大型相似材料模型铺设时要严格控制用水量、充分搅拌原料、合理控制密实度及养护已经铺设的材料,同时精确控制荷载施加速度.     

基体材料高温强度对枪管寿命的影响研究

根据界面剪切失效理论和疲劳损伤累积理论,建立了基于枪管镀层—基体界面剪切疲劳损伤累积的枪管寿命预测模型.以某小口径步枪枪管为研究对象,计算了一个冷却周期射击过程中的枪管界面剪切应力,预测了3种不同基体材料枪管的寿命,研究了基体材料高温强度对枪管寿命的影响.研究结果表明,基体材料高温强度是影响枪管寿命的至关重要因素.温度升高引起的界面抗拉强度下降,是导致镀层产生界面破坏以及枪管寿终的重要诱因.增加材料常温强度对提高枪管寿命意义不大,而增加高温强度则可以显著提升枪管寿命.寿命试验结果验证了本文所建寿命预测模型的可用性及预测结果的正确性.      

整体锈蚀与剪跨段锈蚀高性能钢梁失效行为对比

为探究整体锈蚀与剪跨段锈蚀高性能钢梁的失效机理差异,设计9片H形Q460D高性能钢梁,对比研究整体锈蚀与局部锈蚀高性能钢梁的抗弯力学性能。首先,通过电化学加速锈蚀方法得到不同锈蚀水平的上述2类锈蚀钢梁,基于3D扫描技术重现锈蚀钢梁的空间形态。接着,开展了钢梁的四点弯曲加载试验,讨论2种钢梁的截面离散性、各部件的长细比以明确锈蚀对几何特性的影响,对比分析荷载-变形响应、腹板与翼缘的应变发展规律以及失效行为。最后,考虑材料力学性能退化和几何初始缺陷等因素,基于ANSYS软件建立有限元模型,详细探究锈蚀长度以及锈蚀水平等因素对钢梁退化性能的影响。结果表明：锈蚀会降低截面的离散性,并促使受压翼缘均变为纤细型;锈蚀程度低于临界锈蚀水平10%时,2组梁强度和刚度退化不大;进一步锈蚀时,会导致整体锈蚀梁提前发生侧向扭转变形和局部屈曲,剪跨段局部锈蚀梁则由局部屈曲失效转变为腹板屈曲失效;数值分析发现受压翼缘或者受拉翼缘的锈损对于整体锈蚀试验梁的力学行为影响较小,加劲肋与腹板对钢梁的抗弯性能影响较大;锈损大于30%后,剪跨段锈蚀梁的力学性能退化明显,锈蚀长度进入到近跨中侧的腹板中部附近时,失效位置将会由...     

CNT对树脂基和金属基材料的力学增强性能对比

碳纳米管（CNT）不仅具有质量轻、强度高等优异的力学性能,而且化学性质稳定、耐酸碱腐蚀,因此被广泛应用于复合材料中.为探究不同基体中CNT力学增强差异的原因,对CNT增强树脂基和铝合金基两种复合材料进行了准静态拉伸、三点弯和动态冲击实验,进一步揭示了CNT在不同基体中的增强机制.研究结果表明：CNT可以有效提高树脂材料拉伸强度和冲击吸能,并且发现当CNT质量分数为0.7%时增强效果最佳;而对于铝合金,添加CNT会降低材料强度,并且CNT质量分数越高,材料拉伸强度越低.金属基和树脂基加入CNT后力学增强效果不同的本质在于CNT与基体的界面结合性不同,树脂基初始状态为液体,固化后CNT可以填充在基体网络缝隙中,进而增强材料力学性能;而铝合金基为粉体,机械力分散使CNT产生损伤且CNT的存在导致粉体间缝隙变大,进而削弱材料力学性能.研究成果可为CNT复合材料的制备与优化提供参考.     

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。     

论市政工程材料的控制

工程材料是构成工程实体的最基本单元。本文主要从影响工程材料质量的因素、材料性质、检测以及现场控制措施等方面,浅淡市政工程的材料控制。     

组合点阵材料GBCC-BCC变形机制及力学性能分析

点阵材料是一种轻质多功能周期性的开孔多胞材料,与传统材料相比,点阵材料具有高比刚度/强度、高抗爆抗冲击性能等优异力学性能,在高新技术领域中拥有广阔的应用前景,受到了国内外研究者的广泛关注.本文设计了一种变密度体心立方嵌套体心立方(Graded Body Centered Cubic nested Body Centered Cubic, GBCC-BCC)点阵材料,与常规体心立方(Body Centered Cubic, BCC)点阵材料相比,具有更为优异的比力学性能(比刚度、比强度和比吸能).利用3D打印技术制备了不同相对密度的GBCC-BCC点阵材料,采用实验与数值模拟相结合的方式,研究了新型点阵材料GBCC-BCC的力学性能,包括尺寸效应、变形模式、拉压不对称性以及不同相对密度下的比力学性能.实验数据和数值模拟结果均表明在单轴压缩工况下,相对密度大于0.3时, GBCC-BCC点阵材料Z方向的比刚度、比强度和比吸能优于多数基本构型点阵材料和拓扑组合构型点阵材料.     

纳米纤维素序构材料界面力学行为和设计的研究进展

纳米纤维素是具有优异力学性能的可再生天然生物质材料,基于纳米纤维素的序构材料有望成为新一代高性能结构和功能材料并引领可持续发展.合理构建界面力学行为和材料微结构之间的非线性耦合关系是纳米纤维素序构材料强韧化设计研究的关键.本文综述了目前纳米纤维素序构材料界面力学行为和设计的研究进展.重点讨论了纳米纤维素的界面氢键行为、...     

《中国学术期刊文摘》综述文摘选登

珍珠母的微结构与力学行为研究进展许艺(中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室,北京100190)珍珠母(nacre或mother-of-pearl)是软体动物贝壳内层的主要结构材料,具有优异的力学性能,已成为当前先进工程材料仿生设计和制备的研究热点。该生物材料具有完善的分级微结构,使其强度与韧性远高于组成这种材料的纯文石相。从珍珠母的微结构、实验研究以及力学模型3个方面对珍珠母的研究现状进行了概述,并指出目前研究中一些仍待解决的关键问题。     

纤维增强材料在城市给排水管道修复中的应用研究

给排水管道性能劣化及其引发的严重城市内涝和次生灾害对现有城市给排水管道修复提出了更高的技术要求。近年来,纤维增强材料因具有比强度高、力学性能好、抗化学腐蚀性强和耐疲劳性能优异等优势,从各类修复材料中脱颖而出,在城市给排水管道修复中逐步得到应用。针对给排水管道纤维修复材料的基本性能、应用形式及修复效果评价等关键技术问题,分析了管道喷涂材料、纤维增强内衬管和刚性管道加固等三种应用形式及其修复机理;从试验测试、数值模拟和现场调查评估等角度总结了纤维增强材料的管道修复效果评价方法。最后,从新材料开发、纤维材料-管道界面粘结性能及纤维修复材料的环境效应方面展望了纤维增强材料在管道修复中的应用前景。     

二维多晶体材料微结构的力学响应计算

为了研究二维多晶体材料微结构细观尺度的力学性能和失效行为,将材料微结构细观力学响应的数值计算建立在材料微观组织结构的代表性体积单元(RVE)上.利用已开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出二维多晶体材料微结构模型,采用C程序设计和Python脚本语言混合编程的方法,开发出用于材料微结构有限元网格划分与细观应力响应计算的软件AutoRVE,这对评估微裂纹的启裂、扩展,预测复合材料微结构材料损伤后的材料性能,推演微结构"虚拟失效"行为具有指导意义.