动车组车轮轮缘塑性变形白层组织分析

本文作者对动车组ER8C车轮轮缘白层的微观组织进行了观察,重点对由于剧烈塑性变形而形成的白层进行了分析和探讨.在光镜下可以观察到白层厚为3~18μm,分布不连续.在扫描电镜下,塑性变形白层主要有两种类型:一种为经塑性变形作用而细化的组织和经动态再结晶作用得到的铁素体纳米晶,后者具有纳米量级的铁素体晶粒.白层内的碳化物数量与塑性变形程度及运行过程中的温升有关,越接近表层未溶碳化物越少、晶粒越小.白层形成机制主要分为两种:一种为反复塑性变形作用的机制,导致铁素体破碎细化同时伴随碳化物碎化溶解;另一种为变形与一定温升综合作用的机制,表层发生动态再结晶而形成超细晶粒组织并伴随碳化物溶解,后者在超细晶粒形成中起主导作用.     

微纳米晶金属的应变率敏感性及应变硬化行为分析

基于亚微米、纳米晶粒组织塑性变形过程中多种变形机制(位错机制、扩散机制及晶界滑动机制)共存,建立了理论模型,用于定量研究亚微米、纳米晶粒组织的塑性变形行为.以铜为模型材料,计算分析了晶粒尺度、应变率以及温度对亚微米、纳米晶粒组织塑性变形行为的影响.结果表明:相比粗晶铜,亚微米晶铜表现出明显的应变率敏感性,并且应变率敏感系数随晶粒尺度及变形速率的减小而增大;同时,增大变形速率或降低变形温度都能提高材料的应变硬化能力,延缓颈缩发生,进而提高材料的延性.计算分析结果与实验报道吻合.     

可压超弹性-塑性材料中的空穴生成

本文研究了材料的弹塑性性质对球体中空穴生成问题的影响，材料的弹性用一种可压超弹性材料的本构关系来描述，材料的塑性用满足材料的不可压条件和Tresca屈服条件的理想塑性材料的本构关系来描述。这类超弹性．塑性材料中可以发生空穴的生成现象，得到了在表面拉伸作用下球体中空穴生成时空穴半径与临界拉伸之间的关系式和临界拉伸。球体的变形可分为弹-塑性变形阶段和完全塑性变形阶段，球体中心首先形成塑性变形区域，并有空穴的突然生成；塑性变形区域能够快速增长，并且使球体很快进入完全塑性变形阶段；空穴在弹-塑性变形阶段迅速增长，但进入完全塑性变形阶段后增长较慢。同时给出了不同变形阶段球体中的应力分布。数值结果表明材料的塑性性质对材料中的空穴生成有明显的影响。     

SnAgCu焊料的动态力学性能

对SnAgCu焊锡材料在应变率0.001、600、1 200、1 800 s-1下的拉伸和压缩力学性能进行了测试,得到了不同应变率下的应力应变曲线。结果表明,该材料不仅具有明显的应变率效应,而且其动、静态的塑性硬化模量差异很大。金相分析显示:准静态压缩时,塑性变形主要由晶粒的转动、变形和晶界的滑移控制;而动态压缩时,可观察到材料内部的枝状晶粒被折断为大量次级晶枝,呈现出明显不同于准静态情况下的变形机制。     

超细晶D6A钢动态拉伸力学特性实验研究

为了推进超细晶D6A钢在半穿甲战斗部壳体上的应用,研究了动态加载下其宏观力学行为和细观变形机理。运用旋转盘式Hopkinson拉杆技术,开展了超细晶D6A低合金钢（平均晶粒尺寸为510 nm）的动态拉伸实验,获得了不同应变率（500～1000 s?1）下超细晶钢的应力-应变曲线。运用TEM观测微观形貌,从细观层次研究了高应变率拉伸作用下超细晶钢的动态力学特性。结果表明,超细晶D6A钢具有较高的动态拉伸强度和良好的延展性。并且,晶粒细化和纳米析出相（渗碳体）是超细晶钢同时拥有高强度和较好韧性的重要因素;在动态拉伸过程中析出的大量纳米级渗碳体,与高密度晶界共同作用限制了位错运动,从而产生额外的塑性变形抗力,有效提升了超细晶钢的强度;在塑性变形阶段超细晶钢出现的明显应力下降现象,是可动位错密度增高的结果。     

多晶体变形、应力的不均匀性及宏观响应

从单晶滑移变形分析的角度探讨多晶体塑性变形和应力的不均匀性及宏观力学响应：建议了 一种当前构形下以应力为基本变量的单晶黏塑性增量迭代计算方法；用Voronoi晶粒集合体 模型研究多晶体由于晶粒几何及取向的随机性造成的变形和应力的不均匀性, 进行了多晶集 合体的宏观响应和晶粒位向演化数值分析. 结果表明：(1)多晶体内等效塑性应变和应力分量在统计上呈现高斯分布，在应变硬化过程中, 随着塑性变形增加多晶体微观应力的统计变异系数会越来越大；(2)用Voronoi模型计算可得到沿最大剪应力方向的滑移变形带；(3)多晶体内最高三轴拉应力一般出现在晶界特别是三晶交界处；(4)Voronoi模型能用于织构分析.     

纳米多晶NiTi形状记忆合金超弹性的晶粒取向依赖性相场研究

本文基于Ginzburg-Landau理论,建立了一个反映纳米多晶NiTi形状记忆合金取向依赖性的二维多晶相场模型,研究了晶粒取向对其超弹性性能的影响。结果表明,纳米多晶NiTi形状记忆合金的超弹性行为依赖于晶粒取向分布,即：多晶模型中在所研究的参数变化范围内,晶粒取向分布范围越广、晶粒间取向差越大（无明显织构）,超弹性性能越差;而晶粒取向分布范围越窄、晶粒间取向差越小（织构越强）,超弹性性能越好。该晶粒取向依赖性可解释为：由于晶粒取向的不同,马氏体相变过程中相邻晶粒间的变形不匹配程度不同,因此,多晶模型中在所研究的参数变化范围内,晶粒间取向差异越大,晶界处的变形失配越严重,由此而产生的局部内应力将阻碍其附近马氏体相变的扩展,进而导致纳米多晶NiTi形状记忆合金超弹性性能下降。     

超空化条件下液体射流热稳定性研究

基于线性稳定性理论,建立了描述超空化条件下液体射流热稳定性的数学模型,并对数学模型及其求解方法进行了验证;在此基础上,对超空化条件下液体射流与周围气体间的温差对射流稳定性的影响进行了研究。研究结果表明,液体射流与周围气体间存在温差时,射流稳定性变差,扰动波波数范围拓宽,且拓宽的程度随温差的增加有明显加大的趋势;温度扰动对射流稳定性的影响与扰动模式关系不大;温度扰动会在一定程度上削弱超空化对射流稳定性的作用,并有可能完全抑制超空化对扰动波最大波数的作用,只有当超空化达到一定程度后,才能克服温度扰动的抑制作用,使扰动波最大波数变大。     

双相高强钢FeNiAlC的动态剪切行为及微结构机理

绝热剪切带是金属材料在高应变率载荷下常见的一种失效模式。利用霍普金森压杆装置,对双相钢Fe-24.86Ni-5.8Al-0.38C不同微结构的帽形样品施加冲击载荷,研究它的动态剪切变形行为及微结构机理。先通过对固熔处理得到的粗晶态样品进行大应变冷轧获得冷轧态样品,再使用透射电子显微镜和扫描电子显微镜表征两种样品冲击前后微结构的变化差异。结果表明,双相钢FeNiAlC拥有较优异的动态剪切性能,剪切强度达1.3 GPa,均匀剪切应变达1.5。变形前,材料由奥氏体相和马氏体相构成,马氏体体积分数约为20%。变形过程由位错滑移和孪生变形主导,但因应变速率较高致使马氏体相变被抑制。不同微结构样品内均形成绝热剪切带,带内发生动态再结晶,形成超细晶粒,平均晶粒尺寸约300 nm,且剪切带内不发生相变;冷轧态剪切带宽度的实验值（14.6 μm）与理论计算值(12.3 μm)较好吻合,而粗晶态剪切带宽度的实验值（14.6 μm）与理论计算值（30 μm）相差甚远,初步分析可能是因为粗晶态样品应变较大基本不满足完全绝热的理论条件。在变形过程中,粗晶态因塑性变形做功产生的绝热温升高达720 K,而冷轧态的只有190 K。通过实验结果与热塑模型分析,得出绝热温升不是形成绝热剪切带的唯一因素,而应考虑材料的微观结构和局部化变形等的共同影响。     

可压缩旋转气体中超空化射流的热稳定性

液体射流热稳定性研究是对射流稳定性问题的更深层次的探讨,可以进一步加深对液体射流分裂与雾化机理的认识,具有重要的学术意义和工程应用价值. 基于射流稳定性理论,在同时考虑射流周围气体旋转、射流和周围气体可压缩性以及射流液体中含空化气泡的条件下,建立了描述可压缩旋转气体中超空化射流热稳定性的数学模型,并对数学模型及其求解方法进行了验证分析;在此基础上,分析了液体射流表面与周围气体间温差及射流内部温度梯度同时作用下对射流稳定性的影响;并进一步探讨了超空化射流的热稳定性. 结果表明,射流表面扰动波的最大扰动增长率、最不稳定频率以及最大扰动波数皆随气液温差的增大呈近似线性增大趋势;射流内部温度梯度的存在使得气液温差对射流的失稳作用更加显著;射流内部温度梯度会抑制超空化对射流稳定性的影响,但气液温差会在一定程度上促进超空化对射流的失稳作用.      

Mechanical behavior and wrinkling of lined pipes

The paper focuses on wrinkling of lined pipes (sometimes referred to as clad pipes) under bending loading, where a corrosion-resistant thin-walled liner is fitted inside a carbon–steel outer pipe. The problem is solved numerically, using nonlinear finite elements to simulate liner pipe deformation and its interaction with the outer pipe. Stresses and strains are monitored throughout the deformation stage, detecting possible detachment of the liner from the outer pipe and the formation of wrinkles. The wrinkling behavior of elastic and elastic–plastic (steel) lined pipes under bending is examined. The results indicate that the lateral confinement of the liner pipe due to the deformable outer pipe and its interaction with the outer pipe has a decisive influence on the wrinkling behavior of the lined pipe. It is also shown that the behavior is characterized by a first bifurcation in a uniform wrinkling pattern, followed by a secondary bifurcation. The values of corresponding buckling curvature are determined and comparison with available experimental results is conducted in terms of wrinkle height development and the corresponding buckling wavelength. The results of the present research can be used for safer design of lined pipes in pipeline applications.     

聚能装药对混凝土靶板的侵彻研究

系统开展了不同药型罩材料、不同锥角、不同壁厚的聚能装药在不同炸高下侵彻混凝土试验, 研究了罩材料、锥角、壁厚、炸高等结构参数对漏斗坑直径、侵彻孔洞直径、漏斗坑深度以及侵彻深度等参数的影响规律;应用空腔膨胀理论计算了混凝土靶体阻力, 采用改进的伯努利方程和两阶段空腔膨胀理论获得了混凝土靶板在侵彻体作用下的侵彻深度和孔洞直径, 理论结果与试验结果基本吻合;基于AUTODYN 软件平台, 采用与试验一致的聚能装药结构, 开展了57 种工况下侵彻体成形过程的数值模拟研究, 并对其中典型工况的侵彻混凝土过程进行了数值模拟, 计算所得孔洞直径和侵彻深度与试验结果吻合较好, 在此基础上深入探讨了聚能装药作用下混凝土漏斗坑的形成机理, 分析表明, 铝药型罩的开坑机理不同于钢和铜药型罩.      

基于频闪栅线投影的三维微结构高频动态测试系统

在微电子机械系统(MEMS)中,执行器的动作主要通过微结构的微小变形来实现,故其动态变形测试具有十分重要的意义.本文采用栅线投影测量和频闪成像技术,研制了一套三维微结构高频动态测试系统,可以实现高速10MHz频率的动态变形测量.由于在频闪测量中,光源照明信号与器件激励信号需严格同步,本文采用直接数字频率合成和现场可编程...     

一种基于能量法则的爆炸成形弹丸速度的工程计算方法

为了准确预报爆炸成形弹丸的速度,提出了以药型罩中所有内部微元都变处于流动状态的时刻作为爆炸成形弹丸成形结束的标志,并因此得出药型罩自身变形时所消耗的变形能应与使整个药型罩都处于流动状态的熔化能相等。在此基础上利用能量守恒原理,建立了爆炸成形弹丸速度的计算公式,并通过试验和数值模拟验证。实验和计算结果表明,本文中所建立的爆炸成形弹丸速度的计算公式具有较好的工程实用价值。     

耦合路面损伤的车辆随机动荷载特性研究

为准确分析车辆对不平整路面作用的实际动荷载,在传统计算方法的基础上,进一步考虑了永久变形和平整度劣化等路面损伤累积的影响,提出了耦合损伤的车辆随机动荷载分析方法.通过计算轴载作用下路面各点的永久变形,推导路面不平整度的更新方程,将其引入车-路系统动力方程,采用Matlab编制求解程序,即可得到任意时间路面各点受到的车辆随机动荷载序列.基于该方法分析了车辆随机动荷载沿轮迹的分布变化,研究了随机动荷载系数随轴次的演化规律.结果 表明,车辆随机动荷载是随时间逐渐增大的动态演化过程,其沿轮迹的分布具有空间可重复性,随着轴载作用,动荷载的离散程度增大,将引起路面各点的损伤累积差异增大;而车辆行驶速度越低,新建路面越不平整,动荷载随时间演化速率越快,对路面造成的损伤越大.     

深部岩体变形破坏的特征能量因子与应用

深部岩体在高地应力作用下储存了大量的弹性应变能。在开挖或爆破扰动作用下，原有的平衡状态被打破，围岩中形成了有势场和不平衡应力场。在不平衡力场和扰动场的共同作用下，岩体的变形与破坏表现出了诸如分区破裂化、大变形、岩爆以及人工地震等非线性行为。传统的连续介质理论并不能考虑岩体的构造特性与含能特性，因此无法很好地解释深部岩体的特殊非线性力学现象。特征能量因子从能量的角度出发，结合统计物理学观点，为分析深部岩体在动静荷载组合作用下的变形和破坏过程提供了有效的理论支撑。本文主要对特征能量因子进行了简要介绍，并回顾了其在深部岩体分区破裂以及动力诱发围岩不可逆变形等非线性工程灾害现象中的应用。     

Dynamic deformation of rigid-plastic curvilinear plates of variable thickness

A general solution is obtained for the problem of dynamic bending of an ideal rigid-plastic plate of variable thickness with a simply supported or clamped curvilinear contour under the action of a short-time high-intensity explosive-type load uniformly distributed over the surface. Several mechanisms of plate deformation are demonstrated to exist. For each mechanism, equations of dynamic deformation are derived and conditions of mechanism implementation are analyzed. Examples of numerical solutions are given. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 48, No. 5, pp. 108–120, September–October, 2007.     

一种组合药型罩聚能装药战斗部对含水复合结构毁伤的数值模拟及试验研究

为了研究组合药型罩聚能装药战斗部对含水复合结构的毁伤机理,基于LS-DYNA软件的任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)流固耦合算法,对水下组合药型罩聚能装药战斗部侵彻体的形成以及穿靶过程开展研究,采用数值模拟等比例模型对水下组合药型罩聚能装药战斗部对靶板毁伤进行试验验证。研究结果表明,在偏心亚半球缺罩罩顶设计偏心亚半球形罩能够在侵彻体前端形成细长的杆式射流,可以增加整个侵彻体长度和头部侵彻体速度。在穿水和靶板过程中,利用头部杆式射流形成空腔帮助后续侵彻体低阻随进。对靶板毁伤过程的分析发现,与战斗部直接连接的第1层靶板将会受到侵彻体的高速冲击作用和爆炸波沿水介质传播过来的强冲击波联合作用,而随着水层厚度的增加,沿水中传播的爆炸冲击波强度会被迅速衰减,爆炸冲击波对后续靶板的作用变得不明显,主要为侵彻体的冲击作用。最后利用设计的组合药型罩结构开展了试验验证,对比分析了每层靶板的穿孔尺寸,试验结果与数值计算结果符合较好,最大误差小于15%。     

不同温度下2种钨结构增强Zr基非晶合金的动态压缩性能

利用SHPB装置对钨丝增强Zr基非晶复合材料和钨骨架增强Zr基非晶复合材料进行了3种环境温度下多种应变率的动态压缩性能测试。比较了2种材料的动态力学性能,发现二者均具有应变率敏感性和较强的塑性变形能力。但二者承载机制存在较大差异。钨丝增强结构变形主要表现在钨丝的失稳,由数值模拟初步分析了这种局部结构失稳控制的变形以及热失稳现象;钨骨架增强结构变形前期钨骨架起主要承载作用,而不是各成分的共同作用,这导致材料的屈服强度比纯非晶和纯钨的低。     

影响内燃机活塞环—缸套擦伤的因素及防擦伤的摩擦学设计

阐述了内燃机活塞环－缸套擦伤的机理。分析了磨合，缸套表面形貌，活塞环外形，活塞组件的热变形与机械变形，润滑油，材料和表面覆层等因素对活塞环擦伤的影响。指出可以采用内燃机强化系数ｐｅｖｍ作为活塞环防擦伤摩擦学设计的判别特征值，从而为从设计上防止活塞环擦伤提供了思路。