形状记忆合金增韧大块金属玻璃复合材料界面失效分析

基于线性内聚力模型,建立三维代表性体积单元,对形状记忆合金颗粒与金属玻璃基体界面分离(即界面脱粘)过程进行了有限元模拟,并讨论了弱界面对复合材料力学性能的影响。结果表明:界面性能的好坏显著影响基体与颗粒之间的应力传递;随着界面弹性模量的降低,界面的失效应变越大,复合材料整体的失效应变也越大。     

典型循环本构模型对316L不锈钢单轴棘轮行为预测结果评估

分别采用Dafalias-Popov模型,AF模型,OW II模型,AF-OWΙ模型和AF-OW II五种典型循环本构模型对316L不锈钢单轴棘轮行为进行模拟和预测,并对预测结果进行评估。结果表明:Dafalias-Popov模型在循环前期对材料的棘轮应变演化描述得比较合理,但最终预测到安定的棘轮效应;AF模型对单轴棘轮的预测值偏大;AF-OWΙ模型不能较合理地描述棘轮应变率的演化;AF-OW II模型和OW II模型对单轴棘轮应变及其演化速率能够进行合理地预测,且OW II模型比AF-OW II模型预测的棘轮应变值更低。进一步在此基础上对AF-OWΙ模型进行了改进,提高了其对单轴棘轮行为的预测能力。     

金属玻璃基复合材料的变形行为及本构关系研究综述

金属玻璃及其复合材料因其优良的力学性能而具有良好的应用前景,相关研究方兴未艾.本文主要总结国内外的研究成果并结合本课题组的最新研究工作,针对块体金属玻璃基复合材料的变形行为、增韧机理和本构关系研究现状进行较为全面的综述.首先,对近几十年来在块体金属玻璃基体材料的变形行为与失效机理以及本构关系研究方面的丰硕成果进行简要回顾.其次,从实验研究和数值模拟两方面,重点对金属玻璃基复合材料的变形行为与失效机理研究成果进行介绍,总结了金属玻璃基复合材料的塑性变形、增韧机理及影响因素.然后,对金属玻璃基复合材料的本构关系研究最新进展进行评述,重点介绍了均匀化方法在该领域的应用.作为代表,较为详细地介绍了作者新近提出的一个二次均匀化的方法,并在此基础上,结合纳米孔洞作为自变量的失效判据而建立了本构模型,该模型对金属玻璃基复合材料的变形和失效行为进行了合理预测.最后,对该领域的研究现状进行简单的总结,并对未来的研究问题进行展望.     

聚碳酸酯非比例多轴棘轮行为的实验研究

在室温下,对聚碳酸酯进行了一系列非比例加载路径下的循环变形实验。首先讨论了不同非比例路径对聚碳酸酯多轴棘轮行为的影响,其次讨论了轴向平均应力和应力幅值及其历史的影响。实验结果表明:聚碳酸酯在不同非比例路径下均产生了明显的棘轮行为,且棘轮变形的大小明显依赖于加载路径的形状;非比例多轴棘轮行为明显地依赖于轴向平均应力和应力幅值的大小及其历史。     

Dynamic behavior of frozen soil under uniaxial strain and stress conditions

The split Hopkinson pressure bar (SHPB) method is used to investigate the dynamic behavior of the artificial frozen soil under the nearly uniaxial strain and uniaxial stress conditions. The tests are conducted at the temperatures of −3^?C, −8^?C, −13^?C, −17^?C, −23^?C, and −28^?C and with the strain rates from 900 s⁻¹ to 1 500 s⁻¹. The nearly uniaxial stress-strain curves exhibit an elastic-plastic behavior, whereas the uniaxial stress-strain curves show a brittle behavior. The compressive strength of the frozen soil exhibits the positive strain rate and negative temperature sensitivity, and the final strain of the frozen soil shows the positive strain rate sensitivity. The strength of the frozen soil under the nearly uniaxial strain is greater than that under the uniaxial stress. After the negative confinement tests, the specimens are compressed, and the visible cracks are not observed. However, the specimens are catastrophically damaged after the uniaxial SHPB tests. A phenomenological model with the thermal sensitivity is established to describe the dynamic behavior of the confined frozen soil.     

超弹性镍钛形状记忆合金单轴相变棘轮行为的宏观唯象本构模型

超弹性镍钛形状记忆合金因其良好的力学性能以及独特的超弹性和形状记忆效应已广泛应用于土木工程、航空航天和生物医疗等多个领域,在实际服役环境中超弹性镍钛合金元件不可避免地会承受不同应力水平的循环载荷作用,亟待建立描述相变棘轮行为(即峰值应变和谷值应变随着正相变和逆相变循环的进行不断累积)的循环本构模型.为此,基于已有的超弹性镍钛形状记忆合金在不同峰值应力下的单轴相变棘轮行为实验研究结果,在广义黏塑性框架下,对Graesser等提出的通过背应力非线性演化方程反映超弹性镍钛形状记忆合金超弹性行为的一维宏观唯像本构模型进行了拓展,考虑了正相变和逆相变过程中特征变量的差异及其随循环的演化,以非弹性应变的累积量为内变量引入了正相变开始应力、逆相变开始应力、相变应变和残余应变的演化方程,同时通过峰值应力与正相变完成应力的比值来确定演化方程中的相关系数,建立了描述超弹性镍钛合金单轴相变棘轮行为的本构模型.将模拟结果与对应的实验结果进行对比发现,建立的宏观唯像本构模型能够合理地描述超弹性镍钛形状记忆合金的单轴相变棘轮行为及其峰值应力依赖性,模型的预测结果和实验结果吻合得很好.     

棘轮行为及其本构模型和工程应用的研究进展

棘轮行为(Ratcheting)是非对称应力循环加载下材料特有的一种非弹性循环变形特征,是结构安全性和寿命评估中必须考虑的一个重要因素,近二十多年来已经引起了国内外研究者的广泛重视.本文详细评述了近几年来循环棘轮行为的实验研究、本构模拟和模型的有限元实现以及工程应用方面的研究现状,并在此基础上对今后的研究方向提出了一定的建议.     

相对吸湿度对尼龙类材料单轴棘轮行为的影响

由于尼龙类材料易于吸收环境中的水分,进而在不同湿度条件下体现出不同的力学特性,因此,本文研究了以尼龙6为典型对象,通过两种相对吸湿度(RHs=0、1.0和2.12%)下的应力控制循环变形实验,研究了相对吸湿度对尼龙类材料的单轴棘轮行为的影响,讨论了不同相对吸湿度和不同峰值应力保持时间（即0、5和10s）下该类材料的棘轮变形特征。实验结果表明：尼龙类材料在非对称应力循环加载过程中产生了明显的棘轮行为,其棘轮变形包括可恢复的粘弹性和不可恢复的粘塑性变形两部分;棘轮应变随着峰值保持时间的增加而增加,体现出明显的时间相关性;相对吸湿度越高,棘轮效应越明显,不可恢复的粘塑性变形所占份额越大。     

纳米单晶NiTi合金单程形状记忆效应的分子动力学模拟

采用基于第二近邻修正型嵌入原子势的分子动力学方法研究了纳米单晶NiTi合金的单程形状记忆效应,详细阐明了温度诱发马氏体相变和应力诱发马氏体重定向过程中纳米单晶的变形行为和微结构演化,进一步分析了加/卸载速率对NiTi合金单程形状记忆效应的影响。结果表明,NiTi纳米单晶在应力加载过程中发生马氏体重定向,卸载后存在残余应变;当加热到奥氏体转变结束温度以上时,马氏体逆相变为奥氏体相,残余应变逐渐减小,但未完全回复;随着应力加载速率的增加,重定向临界应力和模量逐渐增加;再次降温过程中不同加载速率下的原子结构演化各不相同。     

金属泡沫材料压缩响应模式转变分析

金属泡沫材料的压缩响应是微结构相关的,低无序时以单一塌缩带的形核和扩展为主,高无序度时,主要是扩展能力很弱的弥散塌缩带形核所控制。基于考虑材料微结构Weibull分布的应变梯度塑性模型,探究了胞孔塑性屈曲时,相对强度改变和相对密度改变对变形模式转捩的影响。研究发现:当相对密度改变量为定值时,随相对强度改变量的增大,变形模式的转变在较低的无序度下发生。而强度改变量为定值时,相对密度改变量的变化对多孔材料压缩变形模式转变的临界无序度无确定的影响规律,但变形模式转捩点的应力水平随相对密度改变量的减小而下降。