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基于微观结构非均匀性理解非晶态聚苯乙烯的应力松弛行为

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物理学报 2024年第3期73卷 258-265页

作者：张婧祺郝奇吕国建熊必金乔吉超西北工业大学伦敦玛丽女王工程学院西安710072 西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072 华中科技大学化学与化工学院武汉430074

研究了非晶态聚苯乙烯材料应力松弛行为与其固有微观结构非均匀性之间的关联,从基本Maxwell黏弹性模型出发,到三参量扩展指数方程,讨论了变形单元特征时间的分布本质及聚合物应力松弛过程中的链段效应.结果表明,非晶态聚苯乙烯应力松弛... 详细信息

研究了非晶态聚苯乙烯材料应力松弛行为与其固有微观结构非均匀性之间的关联,从基本Maxwell黏弹性模型出发,到三参量扩展指数方程,讨论了变形单元特征时间的分布本质及聚合物应力松弛过程中的链段效应.结果表明,非晶态聚苯乙烯应力松弛行为呈现典型非指数特征,单一特征时间的指数衰减形式与有限特征时间的有限谱方法均无法合理描述聚苯乙烯应力松弛行为,这是由于非晶态聚合物微观结构非均匀性所导致的特征时间谱连续分布.此外,本文进一步探究了物理老化导致的应力松弛行为变化,老化导致体系向更稳定能量状态迁移,变形单元难以激活,因而导致应力松弛过程慢化,特征时间延长.

关键词：聚苯乙烯应力松弛黏弹性微观结构非均匀性

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基于应力松弛效应的黏弹性煤层地应力分布模型及在突出煤层中的应用

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煤炭学报 2024年第3期49卷 1447-1462页

作者：李伟邓东郭敬杰周梦琦王海锋程远平煤矿灾害防控全国重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

地应力是控制煤矿瓦斯动力灾害的核心因素,现有地应力模型主要基于弹性煤岩体属性而建立,而对于黏弹性煤层介质不适用,需要建立适合煤层属性的地应力分布模型。煤层尤其是构造煤呈现显著的蠕变和应力松弛特性,基于此,构建了黏弹性煤层... 详细信息

地应力是控制煤矿瓦斯动力灾害的核心因素,现有地应力模型主要基于弹性煤岩体属性而建立,而对于黏弹性煤层介质不适用,需要建立适合煤层属性的地应力分布模型。煤层尤其是构造煤呈现显著的蠕变和应力松弛特性,基于此,构建了黏弹性煤层分数阶麦克斯韦应力松弛数学模型,对扩展伊顿模型中构造应力项改进为黏弹性煤层的应力松弛项,建立了黏弹性煤层地应力分布模型。结果表明,在地质时间尺度内,煤层黏弹性对差应力有显著影响,煤体蠕变和应力松弛程度随黏性系数和分数阶因子的增加而增加;并随弹性模量下降,泊松比、构造比及瓦斯压力增加,煤层应力特征表现为静水压力状态分布趋势,其中弹性模量和泊松比对垂直主应力与水平应力之间差异贡献较大,构造比对水平应力之间差异贡献较大,瓦斯压力对3个主应力贡献相等,应力松弛效应可改变最大、最小水平主应力相对大小及降低应力各向异性。基于临界应力模型,在不同地应力状态下同样获得了摩擦因数降低及瓦斯压力升高的煤层趋近静水压力分布。构造煤力学属性更有利于在地质时间尺度中趋向于静水压力状态。运用地应力模型验证了现场实测结果,并对构造煤瓦斯富集和渗透率降低提出了新的认识。

关键词：地应力分布模型黏弹性煤层应力松弛构造煤煤与瓦斯突出

CNTs/Al复合材料应力松弛时效特性及建模研究

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塑性工程学报 2024年第4期31卷 184-192页

作者：亢少明黄遐陈浩晟周文彬高远李勇北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 中国航空制造技术研究院北京100024

针对新一代航空航天用轻量化壁板结构用高比模量、比强度碳纳米管增强铝基复合材料(CNTs/Al)成形需求,研究了CNTs/Al应力松弛时效变形强化行为及其形性协同预测建模。在130℃条件下,对CNTs/AA2024开展了涵盖弹塑性初始加载条件(215 MPa... 详细信息

针对新一代航空航天用轻量化壁板结构用高比模量、比强度碳纳米管增强铝基复合材料(CNTs/Al)成形需求,研究了CNTs/Al应力松弛时效变形强化行为及其形性协同预测建模。在130℃条件下,对CNTs/AA2024开展了涵盖弹塑性初始加载条件(215 MPa、390 MPa和4%、6%)的应力松弛时效强化系列实验。结果表明,CNTs/AA2024的应力松弛曲线呈现较短的初始变速率松弛阶段(2.5 h)和稳定速率松弛阶段;进入塑性阶段后,应力松弛量未明显提高,可能来源于CNTs对位错移动的阻碍作用。在390 MPa初始应力下,材料的屈服强度随时间延长而提高,在5 h左右达到峰值时效,屈服强度为485 MPa,至16 h未出现明显过时效。在相同时效时间下,CNTs/AA2024屈服强度随着初始应力的提高而增加;塑性加载阶段,屈服强度提升效果更为明显(576 MPa),主要是由于加工硬化和位错诱导析出强化的协同作用。进一步的,建立了针对CNTs/AA2024应力松弛时效的统一本构模型,实现了其应力松弛变形、时效强化以及关键微观变量的协同预测。

关键词：应力松弛本构建模碳纳米管铝基复材人工时效

7050铝合金试样尺寸对淬火后时效应力松弛率的影响

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塑性工程学报 2024年第6期31卷 195-202页

作者：陆绍良夏玉峰张文祥杨文彬滕海灏重庆大学材料科学与工程学院重庆400044 重庆大学先进模具智能制造重庆市重点实验室重庆400044

通过有限元仿真和实验验证方法,研究了7050铝合金在4 h和165℃条件下时效过程中不同倍数H形试样的应力松弛行为。结果表明,模拟结果与实验结果吻合性较好,误差在8.81%以内;尺寸效应主要通过几何特征和淬火应力对时效应力松弛率产生影响... 详细信息

通过有限元仿真和实验验证方法,研究了7050铝合金在4 h和165℃条件下时效过程中不同倍数H形试样的应力松弛行为。结果表明,模拟结果与实验结果吻合性较好,误差在8.81%以内;尺寸效应主要通过几何特征和淬火应力对时效应力松弛率产生影响;在实验范围内,若不考虑初始应力的影响,试样的倍数对时效应力松弛率不构成影响。在实际淬火应力下,A、B、C、D和H点的应力松弛率随试样倍数增大呈对数增加,E、F和G点则在0.44倍试样时出现应力松弛率的极大值,主要原因是试样在0.2~1.5倍区间时淬火应力随试样尺寸发生变化,影响了应力松弛过程;当试样在1.5~5倍区间时,淬火应力趋于稳定,使得时效过程的应力松弛率趋于稳定,尺寸效应减弱。

关键词：尺寸效应 7050铝合金应力松弛蠕变

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饲料颗粒成型的应力松弛特性研究

饲料工业 2024年

作者：金楠王红英王威吴俊华正大投资股份有限公司中国农业大学工学院

为分析饲料颗粒成型中应力松弛特性对饲料颗粒保形效果的影响，文章利用单颗粒压缩试验平台，完成了15%、20%和25%水分饲料在70、80 ℃和90 ℃温度下经过1、3 min和5min热处理的饲料颗粒应力松弛特性试验。基于五元件广义麦克斯韦模型... 详细信息

为分析饲料颗粒成型中应力松弛特性对饲料颗粒保形效果的影响，文章利用单颗粒压缩试验平台，完成了15%、20%和25%水分饲料在70、80 ℃和90 ℃温度下经过1、3 min和5min热处理的饲料颗粒应力松弛特性试验。基于五元件广义麦克斯韦模型建立了饲料颗粒应力松弛流变模型，各湿热处理条件下模型的决定系数R2均大于0.988，预测值与试验值的离差平方和范围为0.016～0.026。模型参数的分析结果表明：随着饲料水分和热处理温度的升高，饲料颗粒的应力松弛量增大，模型中平衡弹簧的Ee值减小，应力松弛后颗粒的残余应力减小，有利于提高饲料颗粒的保形效果。

关键词：饲料加工颗粒成型应力松弛广义麦克斯韦模型湿热处理

水化硅酸钙应力松弛特性的分子动力学研究（英文）

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Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering) 2024年第2期 97-116页

作者：耿志成汤盛文汪洋阿胡宝何真吴凯王磊武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室西安建筑科技大学材料科学与工程学院

目的：水化硅酸钙（C-S-H）是波特兰水泥的主要水化产物，是影响水泥基材料粘弹性机制的主要成分之一。然而，人们还未能在原子层面上完全理解水泥基材料在外加变形作用下随时间变化的粘弹性响应。本文旨在通过建立不同钙硅比的C-S-H模... 详细信息

目的：水化硅酸钙（C-S-H）是波特兰水泥的主要水化产物，是影响水泥基材料粘弹性机制的主要成分之一。然而，人们还未能在原子层面上完全理解水泥基材料在外加变形作用下随时间变化的粘弹性响应。本文旨在通过建立不同钙硅比的C-S-H模型，以分子动力学模拟的方式系统研究不同因素对水化硅酸钙应力松弛性能的影响。创新点：1.基于分子动力学模拟，获得C-S-H的应力松弛特性；2.研究应变状态、钙硅比和内部水含量对C-S-H应力松弛的影响，揭示其在应力松弛过程中所涉及的内部结构及能量变化。方法：1.通过各原子基团的均方位移在应力松弛过程中考虑C-S-H层间区域的粘度变化；2.基于时间相关函数，在不同应变状态、钙硅比以及温度的条件下研究C-S-H层间区域涉及到的化学键断裂与重组；3.阐明氢键网络和C-S-H形态对不同含水量下C-S-H应力松弛特性演变的影响。结论：1.在不同的初始变形条件下，C-S-H应力松弛响应均会发生，并显示出非均质特征；2.钙硅比的增大以及温度的提高会导致水分子、羟基和层间钙原子的运动加快，从而引起C-S-H层间区域的粘度降低，进而导致C-S-H的初始应力及残余应力降低；3.由于水分子会影响C-S-H的形貌以及层间氢键网络，所以C-S-H在不同水含量时展现出不同的应力松弛特性。

关键词：水化硅酸钙应力松弛钙硅比温度水含量原子模拟

不同加载条件对TC4钛合金后继高温应力松弛及其力学行为的影响规律

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锻压技术 2024年第7期 30-38页

作者：周尧刘鑫玺胡启吴会平熊炜陈军上海交通大学塑性成形技术与装备研究院

针对TC4钛合金，在700℃条件下，分别开展了单向拉伸、剪切拉伸和平面应变拉伸后的高温应力松弛与二次加载实验，分析了上述3种条件下的应力松弛行为差异，并结合有限元数值仿真，探讨了应力松弛对不同加载条件下力学行为的影响。结果... 详细信息

针对TC4钛合金，在700℃条件下，分别开展了单向拉伸、剪切拉伸和平面应变拉伸后的高温应力松弛与二次加载实验，分析了上述3种条件下的应力松弛行为差异，并结合有限元数值仿真，探讨了应力松弛对不同加载条件下力学行为的影响。结果表明：应力松弛初始阶段的松弛速率与初始应力大小成正相关，引入塑性变形将提高应力松弛速率；在相同的初始应力条件下，单向拉伸后的应力松弛速率比另外两种条件下的应力松弛速率高；剪切变形和高温应力松弛后，TC4钛合金的流动应力峰值变化不大，单向拉伸和高温应力松弛后，TC4钛合金的流动应力降低，而平面应变拉伸和高温应力松弛后，TC4钛合金的流动应力明显提高；应力松弛显著减弱了剪切变形后材料的高温软化，增加了平面应变拉伸后材料的加工硬化，这两种条件下TC4钛合金的伸长率均得到提高。

关键词： TC4钛合金高温拉伸应力松弛加载条件流动应力

不同盐含量对猪皮明胶凝胶品质特性和应力松弛的影响

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肉类研究 2024年第6期38卷 19-26页

作者：苟浩詹帅徐万军张雅琦包玉龙江苏大学食品与生物工程学院江苏镇江212013

为探究不同浓度NaCl对明胶凝胶性质的影响,以猪皮明胶溶液(质量分数10%)为原料,分别在0.0、0.5、1.0 mol/L的NaCl浓度下制备明胶凝胶,分析凝胶化过程中三螺旋占比及凝胶的质构特性、持水性、水分分布状态和微观结构等理化指标,并对凝胶... 详细信息

为探究不同浓度NaCl对明胶凝胶性质的影响,以猪皮明胶溶液(质量分数10%)为原料,分别在0.0、0.5、1.0 mol/L的NaCl浓度下制备明胶凝胶,分析凝胶化过程中三螺旋占比及凝胶的质构特性、持水性、水分分布状态和微观结构等理化指标,并对凝胶进行应力松弛特性分析。结果表明:随着NaCl浓度的增加,胶黏性、咀嚼性显著降低;NaCl浓度为1.0 mol/L时,明胶的硬度从对照组的3.15 kg下降到2.24 kg,NaCl浓度的增加会限制明胶溶液中三螺旋的形成;随着NaCl浓度的增加,明胶凝胶显示出更松散的网络结构,网络密度减小,孔径增大,持水性显著降低;不同盐含量下明胶凝胶的应力松弛行为差异较大,采用三元Maxwell模型拟合应力松弛测试结果时,1.0 mol/L NaCl组的明胶凝胶平衡弹性模量相比对照组降低53%;当采用CONTIN方法拟合应力松弛测试结果时,凝胶的弛豫峰分布重现性较差。综上,NaCl浓度的提高会减少明胶凝胶中三螺旋的形成,从而导致松散的网络结构,最终削弱明胶的机械性能和持水能力,明胶机械性能的下降与应力松弛测试结果相符。

关键词：明胶质构特性应力松弛三螺旋持水性

不同变形条件下锰铜合金的应力松弛特性及数值仿真

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电子科技 2024年第8期37卷 47-53页

作者：熊亚军刘艳袁贤浦上海材料研究所有限公司上海200437 上海市工程材料应用与评价重点实验室上海200437

计算机运算能力的提升为有限元仿真分析提供支撑,可更高效地求解较复杂的结构及非线性问题。文中基于有限元仿真分析技术,针对锰铜合金复杂的力学特性进行仿真计算,分别采用Prony级数本构模型和并联流变本构模型对锰铜合金进行不同变形... 详细信息

计算机运算能力的提升为有限元仿真分析提供支撑,可更高效地求解较复杂的结构及非线性问题。文中基于有限元仿真分析技术,针对锰铜合金复杂的力学特性进行仿真计算,分别采用Prony级数本构模型和并联流变本构模型对锰铜合金进行不同变形条件下的应力松弛实验仿真。通过提取应力松弛实验数据将其转化为相应模型参数并进行有限元仿真计算,获得可准确描述锰铜合金非线性力学特性的仿真模型参数。通过对比仿真和实验结果可知,并联流变模型能够更加准确地表征锰铜合金的应力松弛行为,在不同初始应变条件下,仿真结果和相应工况下的实验结果相对误差小于1%。并联流变模型比Prony级数模型更适用于锰铜合金在复杂工况下的仿真计算。

关键词：锰铜合金黏弹性非线性并联流变模型 Prony级数有限元应力松弛仿真