钠钙/铝硅酸盐玻璃疲劳行为研究进展

钠钙硅酸盐玻璃和铝硅酸盐玻璃因高强度和高硬度等优异的物理性能被广泛用于民用和国防军工等领域。疲劳断裂是钠钙/铝硅酸盐玻璃失效的主要形式之一。研究钠钙/铝硅酸盐玻璃的疲劳行为对指导其加工工艺、预测寿命与防止失效具有重要意义。本文综述了硅酸盐玻璃疲劳行为的基本原理、实验方法以及钠钙硅酸盐玻璃和铝硅酸盐玻璃静态疲劳与动态疲劳行为的国内外研究进展,通过对比钠钙硅酸盐玻璃与铝硅酸盐玻璃的疲劳行为发现:钠钙硅酸盐玻璃原片的裂纹萌生门槛值远低于铝硅酸盐原片玻璃的裂纹萌生门槛值,且化学强化钠钙硅酸盐玻璃与铝硅酸盐玻璃的裂纹萌生门槛值均随表面压应力的增大而增大;钠钙硅酸盐玻璃与铝硅酸盐玻璃的裂纹扩展速率均随假想温度的升高而增加,且铝硅酸盐玻璃的裂纹扩展速率随假想温度的变化更大;钠钙硅酸盐原片玻璃与铝硅酸盐原片玻璃的断裂应力均具有加载速率依赖性,而化学强化铝硅酸盐玻璃的动态疲劳断裂应力不具有加载速率依赖性。因此,应力状态和环境因素对化学强化钠钙/铝硅酸盐玻璃静态疲劳与动态疲劳行为的影响将成为未来研究方向。     

陶瓷材料压痕韧性的统计性质

采用直接压痕法测定了钠钙硅酸盐玻璃和一种ＴｉＣ 颗粒增强Ａｌ_２Ｏ_３复合材料的断裂韧性．研究表明,在同一压痕压制荷载下测得的同一种材料的压痕韧性呈现出较大离散性,可以采用Ｗｅｉｂｕｌｌ分布加以较好地描述．对两种材料的试验数据的对比分析指出,压痕韧性测试值的离散性反映了材料显微结构的不均匀性对材料局部裂纹扩展阻力的影响．基于这一分析,本文建议采用直接压痕法测定材料断裂韧性时,应尽可能增大试验量,从而对压痕韧性测试结果的统计性质作出完整描述．     

原子吸收法测定钠钙玻璃中常量元素的方法改进

传统原子吸收法测定钠钙玻璃中各元素的标准溶液的配制方法既繁琐且不容易消除干扰。通过实验,我们根据标准钠钙玻璃和样品基体元素相近来消除干扰,改进了配制标准溶液的方法,使标准溶液配制简单易行。     

Ti-Si-N超硬复合表面纳米压痕测量过程的有限元仿真

为了深入了解Ti-Si-N纳米复合表面的力学性能,尝试采用有限元方法对纳米压痕测量的加一卸载过程进行了模拟.详细介绍了该三维有限元仿真过程的各个细节,包括对标准Berkovieh压头的建模和相关参数的确定,以及对Ti-Si-N表面模型边界条件、压头与表面接触方式和加一卸栽方式的处理.采用有限元的非线性算法对一个Ti-Si-N表面纳米压痕测量的实验曲线进行了拟合.通过有限元仿真得到了Ti-Si-N样品的屈服极限和应力-应变关系.该研究表明,采用有限元仿真与纳米压痕测量相结合是研究纳米复合表面非线性塑性性能的有效方式.     

一种用于微米／纳米硬度测试的具有纳米分辨率的压痕成像系统

与包括原子力显微镜在内的其他压痕形貌测量方法相比,光学显微镜以其非接触、大测量范围及较快的测量速度等优点在硬度测试中应用广泛,但包括共焦显微镜在内的常规显微镜其分辨率,特别是纵向分辨率,一直不能满足要求．为此开发了一种沿光轴方向的具有纳米分辨率的压痕成像系统．该系统基于层析全场显微术,即在常规光学显微镜的基础上引入结构光照明．应用移相方法得到样品的三维形貌．成像系统样机的测量结果表明,系统的纵向分辨率可达2nm,可以高精度地实现压痕的三维形貌测量,并量化揭示纳米压痕测试中常见的“坟起（pile-up）”及“沉入（sink-in）”现象．该系统有助于进一步研究显微及纳米硬度计量方法并降低计量的不确定度.     

磷酸二氢钾(KDP)晶体纳米压痕过程的有限元分析

为了求得KDP晶体的应力-应变曲线以及材料的屈服应力,基于圣维南定理和实验得到的材料性能参数建立了KDP晶体的压痕过程仿真模型,利用ABAQUS有限元分析软件对KDP晶体压痕过程进行了有限元仿真,得到了KDP晶体的载荷-位移曲线和加/卸载过程中的等效应力变化规律.仿真结果表明:加载过程中最大应力集中在压头尖角处,卸载后最大应力分布在压头棱边所留下的压痕处,KDP晶体材料的屈服应力为120MPa.     

基于纳米压痕技术的本构关系反演分析进展

介绍了应力应变反演分析的几种分析方法,包括Dao-Suresh法、极限分析法以及Zhao-Chen法。针对各种方法的力学理论进行论述,并给出每种方法的优缺点和适用范围。介绍了本构关系反演分析中的唯一性问题,尤其侧重于介绍Liu和Chen的研究工作。对本构关系反演分析的不足进行了阐述,并对发展趋势做出了展望。     

钠钙玻璃上Mg2Si薄膜的制备及其电学性质

采用磁控溅射技术和退火工艺在钠钙玻璃衬底上制备了Mg_2Si半导体薄膜,研究了Mg膜厚度对Mg_2Si薄膜结构及其电学性质的影响。在钠钙玻璃上分别溅射两组相同厚度(175nm)的P-Si和N-Si膜,然后在其上溅射不同厚度Mg膜(240nm、256nm、272nm、288nm、304nm),低真空退火4h制备一系列Mg_2Si半导体薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、霍尔效应测试仪对Mg_2Si薄膜的晶体结构、表面形貌、电学性质进行表征与分析。结果表明:采用磁控溅射技术在钠钙玻璃衬底上成功制备出以Mg_2Si(220)为主的Mg_2Si薄膜。随着沉积Mg膜厚度的增加,Mg_2Si衍射峰逐渐增强,薄膜表面更连续,电阻率逐渐减小,霍尔迁移率逐渐降低,载流子浓度逐渐增加。此外,Si膜导电类型和Mg膜厚度共同影响Mg_2Si薄膜的导电类型。溅射N-Si膜时,Mg_2Si薄膜的导电类型随着Mg膜厚度的增加由P型转化为N型;溅射P-Si膜时,Mg_2Si薄膜的导电类型为P型。可以控制制备的Mg_2Si半导体薄膜的导电类型,这对Mg_2Si薄膜的器件开发有着重要的指导意义。     

等离子喷涂热障涂层材料弹性模量与硬度的压痕测试分析

采用纳米压痕法,研究了经高温热循环处理后的等离子喷涂热障涂层材料弹性模量和硬度的抛物线式演变规律,并采用 Weibull统计分析方法对纳米压痕测试数据进行了处理和分析,提高了实验数据的可靠性.结果表明,经过高温热循环处理之后,不同位置处的热障涂层弹性模量和硬度都呈现出明显的各向异性分布.随着热循环次数的增加,涂层表面和...     

Cr/Al双层纳米薄膜的力学性能测试及其仿真分析

采用纳米压痕仪测量Cr/Al双层纳米薄膜的力学性能,结合有限元仿真的手段对压痕测试进行模拟.通过实验测出了双层膜的弹性模量值和硬度值随着压深h的不同而表现出一定的变化规律,以及得出了溅射时由于核能粒子的轰击而形成的界面层的厚度及其力学性能特征.有限元仿真是对纳米压痕实验的补充,找出了应力主要集中在压头附近的区域,并且发现了最大应力主要集中在双层膜的下层Al膜中,而非上层膜Cr膜中.     

石英玻璃纳米压痕过程有限元模拟的正交实验分析

采用有限元方法模拟纳米压痕过程的影响因素较多,依据正交实验原理提出了确定这些影响因素重要性的一种新方法．选取石英玻璃材料的屈服应力、加工硬化指数以及纳米压头的尖端半径为影响因素,由于材料与压头间的接触摩擦对仿真结果影响不大,且试样在进行纳米实验前都要进行抛光打磨处理,故不考虑摩擦系数和表面粗糙度的影响．将仿真结果与实验结果相对误差的绝对值作为正交实验的指标,利用极差分析可知压头半径是影响模拟结果最重要的因素,屈服应力和加工硬化指数只对模拟出的残余深度有一定的影响．同时通过对比模拟和实验的载荷一位移曲线,得到实际压头尖端半径为300nm,石英玻璃的屈服强度为8GPa,加工硬化指数为0.3     

Use of Nanoindentation,Finite Element Simulations,and a Combined Experimental/Numerical Approach to Characterize Elastic Moduli of Individual Porous Silica Particles

This article describes the use of a combination of experimental nanoindentation and finite element numerical simulations to indirectly determine the elastic modulus of individual porous, micron-sized silica (SiO₂) particles. Two independent nanoindentation experiments on individual silica particles were employed, one with a Berkovich pyramidal nanoindenter tip, the other with a flat punch nanoindenter tip. In both cases, 3D finite element simulations were used to generate nanoindenter load–displacement curves for comparison with the corresponding experimental data, using the elastic modulus of the particle as a curve-fitting parameter. The resulting indirectly determined modulus values from the two independent experiments were found to be in good agreement, and were considerably lower than the published values for bulk or particulate solid silica. The results are also consistent with previously reported modulus values for nanoindentation of porous thin film SiO₂. Based on a review of the literature, the authors believe that this is the first article to report on the use of nanoindentation and numerical simulations in a combined experimental/numerical approach to determine the elastic modulus of individual porous silica particles.     

铁路20 ft玻璃平台式集装箱设计及其有限元分析

目的针对铁路运输玻璃的过程,存在包装成本高、效率低、破损率高等问题,设计一种安全稳定、结构简单、可重复循环使用、可拆解的铁路20 ft(1 ft=0.3028 m)玻璃平台式集装箱。方法制定算例装载加固方案,使用SolidWorks软件对玻璃平台式集装箱进行实体建模和有限元分析,按照集装箱强度和变形量的技术要求,进行可承载的载荷极限计算。最后,将平台式集装箱裸包装玻璃分别与木箱包装形式、公路运输方式进行包装成本、运输成本比较。结果分析得出,玻璃垂向载荷应力最薄弱环节为275.0 MPa;吊起时,最薄弱环节应力为254.3 MPa,纵向载荷应力最薄弱环节为288.5 MPa;各方向应力均小于Q345低合金钢的许用应力(345 MPa)。垂向载荷位移最薄弱环节变形量为5.358 mm;吊起时,最薄弱环节变形量为5.876 mm,纵向力位移变形量为5.156 mm,各方向位移变形量均合理。从经济角度分析,平台式集装箱裸包装玻璃运输成本最小、包装成本最低。结论文中设计的铁路20 ft玻璃平台式集装箱市场前景可观,可极大地提高玻璃运输效率,降低物流成本。     

一种新型可伸缩调节托盘的设计与实现

目的研究并解决托盘尺寸与铁路运输常用运载工具规格不匹配的问题。方法设计了一种新型的托盘,在常规托盘的基础上增加可移动部分,以实现托盘尺寸规格的可调节。结果对比计算表明,在绝大多数情况下,尺寸调节后的托盘在铁路运输常用运载工具上装载后,载盘效率会随着托盘拉伸长度的增加而增加。为了进一步说明托盘拉伸后的允许载荷量,运用Solid Works软件针对3种常用材质的托盘进行了有限元分析,在托盘拉伸100 mm后其载荷仍可达1.5 t左右。结论尺寸规格可调节的新型托盘较之常规托盘,在与运载工具匹配性和载荷量两方面都具有优越性。     

不同跨径比的两跨连续梁的模态分析试验

介绍两跨连续梁不同跨径比对振型的影响,并讨论冲击系数的取值。采用槽型梁作为连续梁模型,利用Midas有限元分析软件和DASP设备分别对连续梁进行模态分析,得出不同跨径比下连续梁的前3阶振型及其频率,并将Midas计算结果与试验结果进行对比,证实振型变化的真实性。结果表明,第2、3阶振型随着跨径比减小会出现转折,中支点振型的曲率发生变化;考虑跨中正弯矩效应时,冲击系数宜按照《桥规》采用基频计算;考虑中支点负弯矩效应时,冲击系数应采用第二或第3阶频率计算。     

折叠式托盘箱货架弯曲的有限元分析及试验验证

目的市场上的托盘箱普遍根据经验设计,其设计周期长,成本高。拟研究利用有限元模拟托盘箱性能的可行性。方法先利用三维软件Solidwokrs完成托盘箱的建模,再导入有限元分析软件Workbench模拟其货架弯曲性能,根据模拟结果修改模型,直至满足要求后进行打样制造,然后进行实际托盘箱样品的实验。结果托盘箱货架弯曲的实验结果和模拟结果总体上吻合度较高,托盘上5个试验位置挠度的相对误差随着载荷的增大而逐渐减小,并趋于稳定。结论使用有限元软件Workbench来进行托盘箱结构的设计和性能模拟分析是可行且有效的。     

阀盖模锻成形模拟分析与试验验证

目的 某型号不锈钢阀盖是一种典型的长肋条内空型零件,在模锻制造过程中,阀盖锻件容易出现不同程度的折叠和裂纹缺陷,亟需改进成形工艺以提升合格率.方法 采用有限元方法分析坯料在制坯/预锻/终锻全流程的金属流动规律和终锻件成形质量,得到最佳成形工艺方案.结果 方坯在后续成形时易产生横向流动,且局部充型不饱满;六边型坯在预成形和终成形时流动均匀、横向流动小,且有效抑制了充型不饱满缺陷;预制坯在过渡区长度过短,产生了折叠缺陷;采用六边形坯料和增加过渡区长度可以获得无缺陷阀体锻件.结论 采用新工艺制备的阀盖锻件合格率达到了100％,通过全流程工艺分析,能够得到金属流线规律,进而优化模锻成形方案,改善成形质量.     

电暖器包装结构优化仿真分析及试验验证

目的 基于有限元软件对运输条件下的电暖器包装件进行踩踏损伤分析和包装结构优化,解决运输环境下的电暖器发生踩踏损伤的问题.方法 依据售后问题对电暖器包装件进行踩踏试验,并基于Creo对电暖器和缓冲包装进行建模,利用有限元软件对产品包装件进行仿真分析,依据仿真结果对电暖器缓冲包装结构进行优化设计,最后对比优化前后的踩踏结果,并进行相关包装运输的测试试验,确保新的包装件符合包装运输的标准要求.结果 包装件原有的缓冲包装结构并未对产品起到保护作用,外罩发生了较大面积的应力集中,最大应力为304.5 MPa.优化包装结构后,新的缓冲结构承受了绝大部分的力,很好地保护了电暖器,满足各项包装运输试验测试的要求.结论 通过利用有限元软件进行包装结构优化设计,有效地解决了电暖器踩踏问题,合理优化了电暖器的缓冲包装结构,节省了新包装结构的开发时间.     

钢板弹簧刚度特性及接触摩擦的非线性有限元分析

传统的钢板弹簧计算方法在精确建立力学模型时难度较大。考虑钢板弹簧实际工作过程中的大变形、片间接触和摩擦等多种非线性因素,建立某钢板弹簧的计算模型。提出考虑由相邻叶片所组成的接触对上接触压力和应力的分布分析方法,计算不同摩擦系数和载荷情况下的变形、等效应力和接触摩擦力对板簧力学性能的影响,以及不同簧片接触对之间接触压力、摩擦应力,接触总应力的相关性,得到若干研究结果。所提出的方法为进一步研究钢板弹簧中相邻叶片之间的非线性状态提供参考。