3003铝合金冲压变形前后微观组织及其织构演变规律研究

本文应用电子背散射衍射(EBSD)技术,通过极图(PF)、反极图(IPF)和取向分布函数(ODF)图分析手段,研究和分析了420℃×4h等温退火工艺下3003铝合金冷轧板材冲压变形前后的微观组织和织构演变规律.结果表明:经过冲压实验,3003铝合金组织由均匀分布的大尺寸晶粒转变为小尺寸晶粒,再结晶晶粒比例由22.7%减少到了2.9%,变形晶粒比例由77.3%增大到97.1%.其织构主要类型有再结晶织构(立方织构、旋转立方织构、P织构)和变形织构(S织构、铜型织构、黄铜型织构).再结晶织构含量由33.31%减少到30.37%,变形织构含量由24.81%增加到48.7%.     

B4Cp/6061Al复合材料的热变形组织演变研究

为探究B4CP/6061Al复合材料的热变形组织演变规律，进一步优化材料的性能，课题组采用控制变量法，利用热压缩试验分别探究了在不同热变形条件(变形温度、应变速率及应变量)下B4CP/6061Al复合材料的微观组织特征。结果表明：变形温度越高，6061铝基体内部原子的热激活能增大，动态再结晶的形核速度提升，晶粒尺寸也不断增大；随着应变速率增大，复合材料发生动态再结晶的时间缩短，阻碍了晶粒的生长，不利于6061铝基体发生动态再结晶；应变量增加，复合材料的流变应力增大，提高了6061铝基体动态再结晶的形核效率。在不损害复合材料塑性的前提下提高强度和韧性的方法，对改善材料塑性成形能力和优化成形工艺（如轧制、锻造、挤压等）有借鉴意义。     

金属材料塑性变形过程中细观结构演化的几何描述

本文应用弹塑性力学理论,按照金属材料的晶粒分布特征,构造该材料细观界面的几何模型;采用六边形网格模拟单向拉伸过程中金属材料晶界的演化过程;并引进了描述晶界形状的参数—形状因子,定量分析材料晶界形状的演化规律.发现随着晶粒变形的增大,形状因子也越大.     

搅拌摩擦加工细晶TA2纯钛及其热稳定性研究

通过控制搅拌摩擦加工(friction stir processing,FSP)工艺参数实现TA2纯钛的晶粒细化。利用光学显微镜、扫描电子显微镜及显微硬度测试等仪器和技术研究了退火前后细晶纯钛的显微组织与硬度变化。结果表明:在水冷条件下,TA2纯钛的晶粒尺寸可降低至2μm左右,晶粒细化效果主要受到搅拌头搅拌速度/前进速度比值大小影响;当退火温度在450℃及以下时,FSP细晶纯钛显微组织与硬度变化不明显;当退火温度升高至500℃时,FSP纯钛试样的搅拌区晶粒尺寸明显增大,且显微硬度降低。     

多尺度材料模拟及其在含缺陷材料中的应用

多尺度建模与模拟是研究金属及合金特别是纳米结构晶体材料力学性能的重要手段。最近发展的有限温度下动态原子/离散位错耦合材料模拟方法,可进行跨原子、细观、宏观尺度的含缺陷晶体材料力学性能研究。文章应用该方法进行了微米尺寸含裂纹的fcc铝单晶材料在Ⅰ型断裂过程中的变形情况分析,获得了导致裂纹尖端发射位错的临界应力强度因子与温度及裂纹前端厚度之间的关系。     

热处理对Q235钢微结构演变及疲劳性能的影响

通过在不同温度下对Q235钢进行退火处理,研究其微结构的变化及对疲劳性能的影响,分析不同退火温度下材料损伤变量与塑性应变之间的关系.研究结果表明:不同退火温度对疲劳后材料的力学性能有不同的影响:退火温度较低试样和未退火试样力学性能相差不大;当退火温度升高以后,抗拉强度降低,延性升高,韧性升高;屈服强度下降,疲劳寿命也随之降低,当达到材料的临界温度(300℃)疲劳寿命又随之升高.引入损伤形状因子,研究了不同退火温度下材料的微结构演变.100℃退火试样和初始试样的损伤形状因子变化趋势相似,初始损伤阶段增长较300℃退火试样增长明显,超过损伤临界点后增长较为迅速.而退火温度较高时,材料初始损伤阶段增长较为平缓,超过损伤临界点后损伤因子迅速增大.     

CNT网络材料微观结构变化的数值模拟研究

为探究力学载荷作用对碳纳米管（carbon nano tube，CNT）网络材料微观结构的影响，笔者建立了CNT网络材料的粗粒化模型，运用粗粒化分子动力学模拟方法对CNT网络在力学载荷作用下的微观结构变化行为进行仿真分析。结果表明：CNT网络材料的取向程度在拉伸应变增加初期增大速率较快，后续随着拉伸应变的增加取向程度趋于平稳，最终会趋近于稳定值0.95；在压缩载荷作用下，CNT网络材料的取向程度会随着应变的增大而减小，且最后减小至0.15；力学载荷速率不会影响CNT网络取向程度的变化规律。     

基于人工神经网络的2A70铝合金形变显微组织预测

在Gleeble-1500热模拟试验机上对2A70铝合金试样在变形程度为60％、变形温度为360℃～480℃、变形速率为0.01～1S^-1的条件下进行等温恒应变速率压缩试验及固溶处理。分析热变形参数对合金固溶后显微组织的影响，结果表明，2A70铝合金的晶粒尺寸随温度的升高而增大，随变形程度和速率的增大而减小。采用BP神经网络的方法预测2A70铝合金固溶处理后的平均晶粒尺寸，对于样本数据，模型的相对误差不超过±5％；对于非样本数据，模型的相对误差不超过±8％。     

含宏观孔泡沫铝阻尼行为研究

本文采用空气加压渗流技术制备了含宏观孔开孔泡沫铝材料.宏观孔的直径大小为0.8毫米和1.4毫米,宏观孔体积分数为69%和76%.通过多功能内耗仪采用内耗技术测试了泡沫铝在不同温度、不同频率和不同振幅下的内耗谱特征,利用内耗技术研究了宏观孔开孔泡沫铝的阻尼行为.泡沫铝的阻尼能力比致密工业纯铝的阻尼能力得到了很大的提高,泡沫铝的内耗随着测量频率的增加而增加.同时,内耗也随着应变振幅的增加而增大.运用透射电子显微镜对材料的微观结构进行了观察,发现在晶界附近存在有大量的位错亚结构.根据内耗测量和微观观察提出了泡沫铝中可能的阻尼机制:孔周围的应力集中和模式转换、孔洞/金属基体界面处由于动力学模量相差很大而使机械能转化为热能和孔洞发生不均匀的膨胀或畸变使外加应变能耗散为热能.     

不同围压作用下的力学和岩石声发射特性数值实验研究

运用岩石破裂分析RFPA2D系统,研究不同围压对岩石材料强度、变形特性、破坏形式的影响规律,进一步对不同围压下岩石破坏的声发射特性进行深入研究.从模拟结果可看出:随着围压的增大,岩石试件变形过程中的延性区间增长;所得到的围压与抗拉强度的关系是非线性曲线,说明使用的数值模拟系统能够反应出岩石复杂的、非线性的破坏过程.同时,通过研究岩石破坏过程中声发射的变化规律发现随着围压的增加,岩石声发射频度最大时刻存在滞后效应,且各阶段的力学行为造成不同阶段岩石内部的结构变化的特征信息.     

超薄镍基合金P MPAW焊缝成形特征及微观组织演变

为了获得成形良好的超薄镍基合金焊接接头及其细化的微观组织,课题组基于恒定的平均电流,设计不同脉冲电流参数,采用脉冲微束等离子弧焊（P MPAW）对100 μm厚的镍基高温合金板材进行焊接实验。然后借助超景深显微镜对焊缝的宏观形貌及微观组织进行观察,分析脉冲参数下焊缝成形特征,并采用直线截点法计算焊缝中心的平均晶粒尺寸。结果表明：不同脉冲参数匹配下形成5种焊缝形貌,随着基值电流和脉冲频率的增加,焊缝熔池趋于连续均匀变化趋势。当基值电流为0.8 A、占空比为30%以及脉冲频率为100 Hz时,焊缝中心的平均晶粒尺寸最小。因此,脉冲微束等离子弧焊下,较小的占空比和基值电流以及较大频率的脉冲参数匹配,可获得成形良好且晶粒细化的焊缝。     

矿渣微粉在水泥基材料中的作用时效及其微结构演变规律

为探究矿渣在水泥基材料中作用时效及其微结构演变规律,采用宏观性能测试和微观结构分析相结合的方法,通过对比方法研究了掺入不同掺量的矿渣以及与矿渣粉粒径相近的石英粉后对复合硬化浆体的强度、物相组成以及微观形貌的影响规律。结果表明:3d时矿渣微粉在复合浆体中仅起微集料的物理填充作用,7d时矿渣粉的火山灰效应显现,硬化浆体密实度逐渐提高,28d时矿渣 水泥复合组分(掺量分别为10%、20%、30%、50%)的硬化浆体强度分别为纯水泥试样的113.87%、120.94%、124.10%、115.18%;宏微观结果表明:矿渣的最佳掺量为30%且不超过该临界值时,其复合胶凝材料总的水化产物数量变化不大,此外,养护7d和28d时矿渣 水泥复合组分的水化产物结晶点较对比组增多且结晶体尺寸小,排列紧密,结构整体较纯水泥组分和石英粉 水泥复合组分致密。     

振动频率对消失模铸造AlSi9Mg组织及性能影响

采用自制的三维振动台,将砂箱固定于振动台上,实现共振,研究一维振动(垂直振动)时,振动频率对AlSi9Mg合金组织及性能的影响.实验结果表明:振动凝固技术对细化合金组织和提高力学性能有很大帮助.一维垂直振动,振幅为0.11 mm,随着振动频率的增大,晶粒尺寸先减小后增大,当振动频率为36 Hz时,金相组织均匀细小,趋向于球状或蔷薇状,晶粒尺寸为80μm.振动频率对抗拉强度及伸长率影响较大,随着振动频率的增加,抗拉强度、布氏硬度及伸长率均先增大后减小.振动频率为36 Hz时,抗拉强度较普通铸态提高了16.5%,布氏硬度提高了23%,伸长率提高了35%.     

准脆性材料（岩石）结构的尺度效应

由于岩石类准脆性材料存在特征长度,其尺度效应不再符合Weibull尺度效应统计理论.具有非均匀性的岩石类准脆性材料,一方面特征长度破坏了几何相似,另一方面其破坏前的能量释放是与均匀材料构件完全不同的.本文运用RFPA2D软件研究了由于具有特征长度的材料本身的非均匀性引起的尺度效应以及能量释放规律.同时,对河北省井陉地区石灰岩进行了单轴压缩试验,结果与数值模拟取得了很好的一致性.研究认为(1)对于无宏观裂纹、均质度为2的岩石材料结构,临界尺度随材料特征长度的增大而增大.在临界尺度范嗣内,材料单轴抗压强度随尺度的增加呈幂函数减小;(2)对于无宏观裂纹、均质度为100的岩石材料结构,不同特征长度的材料临界尺度几乎相同,均为100mm;(3)岩样声发射能量随尺度的增加而增加,是解释准确性脆性材料尺度效应的重要研究思路.     

三轴压缩时砂岩的割线模量及其峰后损伤演化特征

基于典型岩石应力-应变曲线的分类特征,并根据割线模量衰减特征定义了损伤系数,对比围压对割线模量和损伤演化特征的影响,借助于砂岩的三轴压缩试验,对理论模型进行了验证,结果表明:基于割线模量衰减定义的损伤系数,本质上是刚度退化系数;围压通过抑制横向变形间接提高了割线模量,降低了割线模量衰减速度,延缓了损伤的发展;临界损伤系数随着围压的增大而增大,该系数可以用于定量表征材料的延性特征。     

美国次贷危机的信用机制与宏观效应

本文从美国次贷危机产生的信用机制入手,揭示美国次贷危机微观主体信用行为引发的信用危机及由此扩展演变为全球金融危机的宏观效应.     

关于工程力学实验独立设课的思考

近几十年来,随着科学技术的进步,力学得到了迅速发展。力学研究的对象、涉及的领域、研究的手段都发生了深刻的变化。例如：由传统的金属材料、土木等材料力学行为的研究,扩大到新型复合材料、高分子材料、结构陶瓷、功能材料等力学行为的研究;由传统的连续体力学行为的研究发展到含缺陷体、细微观结构力学行为的研究;由传统的电、光测实验技术研究发展到全息、云纹、散斑、超声、光纤测量等力学实验技术;由传统的静强度、刚度设计发展到断裂控制设计、抗疲劳设计、损伤容限设计、结构优化设计、耐久性设计、可靠性设计以及动力响应计算和计算机数值仿真等。力学在工程中的应用目的,除传统的保证结构与构件的安全和使用功能外,已经或正在向设计—制造—使用—维护的综合分析与控制,功能—安全—经济的综合性评价以及自感知、自激励、自适应,甚至自诊断、自修复的智能结构设计与分析的方向延伸。     

高矿化度油气田盐卤水对碳钢的腐蚀行为研究

我国高矿化度油气田盐卤水资源丰富,为保障油气田开采和卤水综合利用过程的安全,采用失重法、扫描电镜、能谱分析和交流阻抗测试技术研究了碳钢在高矿化度卤水中的腐蚀行为。研究结果表明：碳钢的平均腐蚀速率随着温度的升高先增大后减小,在70℃时出现峰值,矿化度增大促进平均腐蚀速率升高;卤水中的Na+易于形成NaCl晶体沉积在钢表面,Ca2+有最大的参与成膜倾向,而Mg2+在产物膜中的含量较低;腐蚀产物膜的微观缺陷将导致点蚀源出现,当点蚀坑超过临界尺寸之后会稳定发展,随着时间增长,点蚀的诱发和稳定发展呈现不同的电化学特征,建立了相应的腐蚀等效电路。     

纳米铜单晶及双晶静拉伸二维力学行为的原子模拟

用分子动力学方法模拟了纳尺度铜单晶与铜双晶的 (111)面原子的静拉伸力学行为。模拟结果表明纳米铜晶体的静拉伸变形过程中 ,原子系统的排列结构在弹性阶段没有变化 ;在塑性阶段铜单晶出现两个方向的交错滑移 ,铜双晶的塑性变形机制远比铜单晶复杂从而导致两者应力应变曲线的差异。模拟还发现纳米铜晶体具有良好的塑性变形自组织能力。     

稀土Ce掺杂纳米Cr_2O_3粉体的制备及光催化活性研究

氧化铬是工业颜料重要产品之一,超细Cr_2O_3的研究能使其广泛应用于无机颜料、磁性材料、记录材料以及有机合成反应催化剂等方面。稀土Ce元素的掺杂量对纳米Cr_2O_3的物相、微观形貌具有一定的影响,随着Ce掺杂量的增加,纳米Cr_2O_3的结晶度降低,晶粒尺寸变小。但当Ce掺杂量为2. 0%时,纳米Cr_2O_3的微观形貌发生变化,由更加细小的颗粒组装形成,其且颗粒尺寸有所增加;另外,稀土Ce元素的掺杂会使Cr_2O_3晶体发生晶格畸变,增加导带中电子浓度,提高电子和空穴的分离效率,能够有效提高纳米Cr_2O_3的光催化活性,当Ce掺杂量为1. 0%时,纳米Cr2O3的光催化降解效率最佳。