Macro-micro dynamic behaviors and fracture modes of roll bonded 7A52/ 7A01/7B52 aluminum laminates in high velocity deformation

Damage tolerance improvement in the lamination of aluminum alloy plates and composites has been reported in many studies. In the present study the macro-micro dynamic deformation behavior and related mechanisms of 7A52/7A01/7B52 laminated plates processed by hot roll bonding of 7A52, 7A01 and 7B52 plate at high strain rates and quasi-static compression has been investigated. The microstructure of the laminated plates was examined with backscatter diffraction (EBSD) techniques, scanning and transmission electron microscopies. The results showed that with increased strain rate, obvious strain rate hardening was observed in the single layer specimens. The peak flow stress of the multilayer samples was slightly higher than that of the 7A52 monolayer samples and much lower than that of the 7B52 monolayer samples at the same strain rate. Beyond the peak stress state, the strain hardening was replaced by thermal softening in the 7A52 layer, leading to low resistance of deformation and high tendency to facilitate deformation-induced adiabatic shear bands (ASBs) that consist of dynamic recrystallized grains. ASBs in laminated samples were deflected and bifurcated at the interface of 7A52 layer. In addition, bifurcated ASBs converged at the interface between the 7A52 and 7A01 layers. The high deformation resistance observed in the laminate under dynamic loading was a consequence of the high capacity for strain hardening in the 7A01 layer. This hardening effectively overcame the influences of thermal softening and dynamic recovery during dynamic loading. This study provides an understanding of the laminate's microstructure evolution during dynamic deformation and its relevance to the fracture modes of a multilayer structure under dynamic loading.     

服役经历对7N01铝合金断裂力学性能的影响

材料在服役过程中的可靠性和耐久性是结构安全评估的基础,针对某型高速列车上服役多年的7N01铝合金材料,进行实验室空气环境下断裂力学性能参数测试,并分析服役前后疲劳裂纹扩展行为差异.结果表明:服役经历促使材料的各项断裂力学性能退化,呈规律性下降趋势;服役材料稳态疲劳裂纹扩展阶段da/d N-ΔK关系曲线呈折线现象,分段拟合方法能够精确描述其疲劳裂纹扩展行为.微观形貌的结果显示:服役后7N01铝合金的疲劳裂纹早期扩展区、稳定扩展区和快速断裂区的断裂表面依次为脆性断裂特征、塑性疲劳条带和脆性疲劳条带混合模式及沿晶和穿晶的混合断裂形貌.     

多层膜样品的背散射/沟道、溅射剥层/背散射和二次离子质谱分析

用背散射／沟道、溅射剥层／背散射和二次离子质谱方法分析了分子束外延生长的Si/GexSi1-x多层膜。由2MeV^4He^ 离子背散射／沟道分析，确定了外延生长薄膜的厚度、组分和晶格结构的完美性；用低能Ar^ 离子溅射剥层，减薄样品外延层厚度后，再做背散射分析，可获得有关较深层薄膜与基体界面和溅射剥层的信息；二次离子质谱分析清晰地显示出溅射剥层前后样品的交替层周期性结构。     

6N01-7N01铝合金T型焊接接头的微观组织与性能的研究

6N01和7N01铝合金是高铁列车车体上大量使用的2种重要的轻量化结构材料.本文利用EBSD、光学显微镜、维氏硬度测试和加速腐蚀实验研究了典型6N01-7N01铝合金T型焊接接头的微观组织、硬度分布和腐蚀特性.结果表明:焊缝、熔合区和热影响区的晶粒组织特征存在显著差异.焊缝组织为等轴晶,熔合区组织为等轴晶和柱状晶.靠近焊缝处的6N01合金存在部分晶粒异常长大现象,而7N01合金仅发生了回复和部分再结晶.6N01合金一侧的热影响区会出现硬度比焊缝更低的硬度谷,即软化区,这是由析出相受焊接热的影响发生明显的粗化导致的.经腐蚀实验后,焊缝的硬度显著降低,焊缝和热影响区为焊接接头腐蚀最严重的区域.     

自由阻尼层加筋板的稳态简谐响应分析

应用模态叠加法研究了敷设粘弹性自由阻尼层加筋板的稳态简谐响应，以结构幅频特性曲线的方式来研究粘弹性阻尼以结构响应的控制作用，分析了阻尼材料模量、损耗因子和阻尼层与基层厚度比对结构响应的影响，分析中考虑了结构上下不同位置的结点的情况，结果表明，在相同幅度的情况下，增加阻尼层与基层厚度比比增加阻尼材料损耗因子的减振效果好；粘弹性材料能够有效地控制的共振响应。     

透明导电GZO/Cu/GZO多层薄膜的室温生长及性能研究

研究Ga掺杂ZnO(GZO)和Cu薄膜形成的GZO/Cu/GZO多层薄膜体系,以期提高透明导电薄膜的综合性能。GZO/Cu/GZO多层薄膜由直流磁控溅射技术在室温下制备,研究Cu层厚度对多层薄膜结构、电学和光学性能的影响。结果表明GZO/Cu/GZO多层薄膜具有较好的结晶性能。随着Cu层厚度的增加,多层薄膜的可见光透射率有所降低,同时电学性能大幅度提升。在Cu层厚度为7.5 nm时,GZO/Cu/GZO多层薄膜获得最优的光电综合性能指标,且相对于单层GZO薄膜ΦTC因子从7.65×10-5Ω-1增加到1.48×10-3Ω-1。     

刚性弹体冲击下无机玻璃的损伤破坏机理

使用有限元算法计算无机玻璃板在刚体弹体冲击下的响应过程,分析其损伤破坏机理. 通过计算发现无机玻璃板受冲击时,先出现径向裂纹,之后分叉形成环向裂纹,在径向裂纹与环向裂纹的交错作用下,无机玻璃板破裂成碎块. 无机玻璃板径向裂纹的出现是其被破坏的主要原因,而环向裂纹的出现则为无玻璃板吸收了大量冲击产生的能量. 厚度一定的无机玻璃板在刚性弹体特定速度范围内的冲击作用下吸能效果较好,这为无机玻璃板结构的设计提供了参考依据.     

不连续Fe25Ni75/SiO2多层膜的微结构和隧道磁电阻效应

用射频磁控溅射技术制备了[SiO2(t1)/Fe25Ni75(t2)]N多层膜系列(其中t1和t2分别代表SiO2层和Fe25Ni75层的厚度,N代表层数).研究发现,对[SiO2(3.3 nm)/Fe25Ni75(t2)]10系统,当Fe25Ni75层厚度小于2.4 nm时,Fe25Ni75层从连续变为不连续;当Fe25Ni75层不连续时,lnR基本上正比于T-1/2,表明导电机制为热激发的隧穿导电;在t2=2.1 nm时,隧道磁电阻(TMR)有极大值,为-0.64%.对[SiO2(1.8 nm)/Fe25Ni75(1.6 nm)]N系统,发现磁电阻先随着层数的增加而增加,然后趋于饱和.     

多层钢筒结构在内部强爆炸作用下变形行为的数值模拟

多层防护结构常用于需要抵抗爆炸冲击的场合,如何快速准确地预测其在内部强爆炸作用下的响应行为是当前急需解决的问题. 针对Q345钢制成的多层防护结构,基于有限元软件LS-DYNA,分别采用CONWEP算法和流固耦合算法进行了3种装药量爆炸下的模拟分析,并与实验结果进行对比,验证了数值模拟的有效性. 结果表明,当装药比例距离大于0.152 m/kg^1/3时,采用CONWEP算法施加爆炸载荷,可简单可靠地预测多层防护结构受爆炸冲击的响应行为. 采用多层结构后,内部各层通过塑性变形吸收了作用于结构上约90%的能量.     

石墨烯增强铝基SiC复合材料的动态失效机理与抗侵彻性能

研究石墨烯增强铝基复合材料的动态力学性能、失效机理以及抗侵彻性能.通过静、动态压缩测试掌握了材料在0.001~5 200.000 s-1应变率范围内的力学性能,揭示了该材料的应变率效应,结合光学显微镜（OM）和扫描电镜（SEM）分析了该材料在静、动态压缩下的断裂机理;通过弹道枪试验掌握了该材料与Q235钢面板层叠构成复合结构及12~18 mm厚Q235A钢板的弹道极限速度及极限比吸收能.试验结果表明,Q235A钢/石墨烯增强铝基复合结构的极限比吸收能是12~14 mm厚度范围Q235A钢板的1.79倍,34.10 mm厚石墨烯增强铝基SiC复合材料的极限比吸收能与16.70 mm厚Q235A钢相当.      

颗粒型Ni/Pb不连续多层膜的铁磁共振研究

用射频磁控溅射方法制备了一系列颗粒型 N i/Pb不连续多层膜样品 ,并采用 X射线衍射方法表征了样品的微观结构。在铁磁共振实验中 ,观察到了一致进动模 (uniform m ode)和高场光学模 (optical mode)的共振吸收峰。主共振峰和光学模的峰位依赖于外磁场的角度及薄膜厚度。高场光学模的发现表明 ,颗粒型 N i/Pb不连续多层膜存在较强的反铁磁耦合 ,耦合强度随Pb层厚度以指数衰减形式变化。这与面内磁滞回线得到的饱和场随 Pb层厚度的变化关系定性上一致。     

钢箱梁横隔板-U肋疲劳裂纹钢板加固参数分析

针对疲劳裂纹建立局部有限元模型,分析钢板加固机理,通过提取连接焊缝焊趾应力评价受损构件钢板加固效果,针对胶层应力分析钢板加固胶层破坏模式,提取裂纹尖端应力强度因子用于研究钢板加固效果。通过设置多种工况,研究加固件面积、形状、厚度等参数对于加固效果的影响。研究表明：针对横隔板弧形缺口-U肋焊缝细节,钢板加固可改善应力水平。钢板可直接贴合加固裂纹,加固作用体现为代替受损截面参与构件协同受力。钢板加固范围对于加固效果影响较大,沿连接焊缝方向延长加固件,可提升加固效果,短裂纹加固时适当增加板厚,设置十字形加劲肋加固效果劣于等效增加板厚。     

具有垂直各向异性的Co/Pt多层膜中各Co层之间铁磁性耦合

使用磁控溅射法制备了一系列具有不同Pt中间层厚度的glass/NiO(1.nm)/[Co(0.4.nm)/Pt(0.5.nm)]3/Pt(xnm)/[Co(0.4.nm)/Pt(0.5.nm)]3样品并对Co层之间的铁磁性耦合强度进行了测量.整体磁滞回线和局部磁滞回线的测量结果表明,上下两层Co/Pt多层膜之间的铁磁性耦合强度随着Pt中间层厚度的增加单调减小,当Pt中间层厚度超过4.nm时铁磁性耦合消失.除了上下两层Co/Pt多层膜之间通过Pt中间层产生的铁磁性耦合作用之外,它们之间也存在弱的次耦合作用,这导致底层出现宽的磁滞.     

FeSi／Cu多层膜的磁性和磁光效应

用射频交流溅射法制备了具有不同层厚的ＦｅＳｉ／Ｃｕ多层膜系列样品。通过铁磁共振谱测量发现：当Ｃｕ层厚度（ｄＣｕ）小于１５Ａ时，ＦｅＳｉ层间发生交换耦合。室温饱和磁化强度测量发现：ｄＣｕ＜１５Ａ，磁化强度随ｄＣｕ减小而明显下降。磁光克尔谱测量则表明：ｄＣｕ＜１５Ａ时，谱线出现异常。将上述三个结果进行综合分析提出如下模型：ｄＣｕ＜１５Ａ，Ｃｕ层中传导电子被反向极化，并通过ＲＫＫＹ相互作用使ＦｅＳｉ层间     

7050铝合金材料R曲线的三维效应与试验研究

裂纹扩展阻力曲线(R曲线)反映了疲劳裂纹扩展断裂的真实物理过程,但是现阶段测量材料R曲线的方法在计算试样阻抗应力强度因子时,未考虑厚度的影响,并且在计算裂纹扩展阻力R时,仅考虑了平面应力状态与平面应变状态两种极端情况,忽略了更为普遍的过渡状态。首先对中心孔裂纹板进行了三维弹塑性有限元分析,通过计算其三维应力强度因子表示式,建立了裂纹扩展阻力与试样厚度的关系模型。其次,依据三维状态下能量释放率与应力强度因子的关系式,结合裂纹扩展阻力与试样厚度的关系式,建立了不同厚度试样三维裂纹扩展阻力R值的计算模型。最后,基于该模型,通过试验测定了不同厚度7050铝合金板的R曲线,得到了R曲线与试样厚度的函数关系式。     

Cu/Ni多层膜的电阻与位错

采用电桥及X射线衍射线形分析法研究磁控溅射Cu／Ni多层膜（CLI及Ni单层厚度均为5nm）的室温电阻率及平均位错密度随对层（bilayer）层数的变化规律．结果表明,随层数增加,电阻率及平均位错密度减少;多层膜电阻率大于单层膜电阻率;单层膜电阻率大于同质块状体的电阻率．并对其微观机制进行分析．     

焊接工艺对7N01P铝合金激光-MIG复合焊接接头中气孔的影响

铝合金在激光-熔化极惰性气体保护（melt inert-gas,MIG）复合热源焊接过程中形成的气孔会引起应力集中、降低焊接接头的强度和塑性等问题,从而明显降低焊接接头的性能。采用激光-MIG复合热源焊接技术,对4 mm厚7N01P铝合金进行了对接焊接,分析了焊接工艺对焊接接头中气孔的影响。结果表明,采用复合热源焊接技术,在送丝速度为7.0、8.0、9.0 m/min,焊接速度为0.9、1.0、1.1 m/min,功率分别为2.3、2.4、2.5 kW时均可以实现7N01P 铝合金板材的单面焊双面成形。当激光功率为2.3 kW,送丝速度为9.0 m/min,焊接速度为1.0 m/min时,焊接接头中的气孔数量最少,气孔率约为1.2%。此外,激光功率的变化会影响焊接接头中气孔的形成,随着激光功率从2.3 kW增加到2.5 kW时,气孔数量先增加后下降;送丝速度的变化也会影响焊接接头中气孔数量,当送丝速度由7.0 m/min增加至9.0 m/min时,气孔数量有所降低;而焊接速度对焊接接头中气孔的影响是双向的,随着焊接速度的增加,气孔数量先减少（焊接速度从0.9 m/min到1.0 m/min）后增加（焊接速度在1.1 m/min）。可见,工艺参数的优化可以起到减少焊接接头中气孔的作用。     

高水头条件下管道裂隙浆液封堵机制试验研究

针对高水头下管道裂隙浆液留存率低、封堵效果差的问题,通过自主设计的可视化动水注浆试验平台,开展了高水头管道裂隙注浆封堵试验研究,探讨了影响管道裂隙浆液封堵的主次因素,揭示了水灰比、注浆压力及动水流速对水泥浆液封堵效果的影响。研究结果表明:影响高水头管道裂隙浆液封堵沉积厚度及逆向扩散距离的因素依次为动水流速、水灰比、注浆压力;在合理水灰比条件下,浆液沉积厚度及逆向扩散距离随注浆压力增大而单调递增;浆液逆向扩散距离相比沉积厚度对动水流速变化更加敏感。     

磁控溅射Si/Co多层膜的小角X射线衍射测试研究

用小角X射线衍射方法对Si/Co多层膜进行了测试研究,应用衍射理论对测试中出现的周期数不多的强峰和其间的一系列次强峰进行了分析,在计算多层和单层膜厚度时,提出利用相邻两个衍射峰的角度之差来消除系统误差和定位误差的简便方法,使数据处理得到简化.最后,通过XPS分析指出,在膜层界面具有硅的化合物存在.     

Design and fabrication of soft X-ray multilayer for broadband reflection

A random method used for improving light throughput of a soft X-ray multilayer has been developed in the 18–20 nm spectral region, based on the traditional theory of periodic multilayer, and an 8% gain in integrated reflectance is obtained. The ensemble calculation is presented at the same time, and the multilayer is fabricated by magnetron sputtering. Finally low-angle X-ray diffraction and reflectance comparative measurement are used for testing the multilayer. The results demonstrate that layer thickness disorder yields band broadening and increased integrated reflectance in the spectral range with respect to periodic multilayer, but is accompanied by a reduction in reflectance peak. Layer thickness disorder makes it more difficult to fabricate broadband multilayer, and improving the techniques of layer thickness control is the keystone of experiments.