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镍基单晶高温合金[111]取向拉压不对称分析

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稀有金属材料与工程 2014年第2期43卷 322-326页

作者：王佰智刘大顺温志勋岳珠峰西北工业大学陕西西安710072

试验表明,[111]取向镍基单晶高温合金宏观滑移迹线符合六面体滑移特征,而微观位错滑移机制为八面体滑移。针对上述宏、微观现象,提出了一种'之'字形交滑移模型,使宏观六面体滑移迹线与微观位错的八面体滑移在该模型中得到了很好的统一... 详细信息

试验表明,[111]取向镍基单晶高温合金宏观滑移迹线符合六面体滑移特征,而微观位错滑移机制为八面体滑移。针对上述宏、微观现象,提出了一种'之'字形交滑移模型,使宏观六面体滑移迹线与微观位错的八面体滑移在该模型中得到了很好的统一。同时,在上述'之'字形交滑移变形机制的基础上,对[111]取向的拉压不对称特性进行了分析,提出一种位错分解方式,对[111]取向产生拉压不对称特性的微观机制进行了表征。最终,基于上述两种机理,建立了[111]取向镍基单晶高温合金的拉压不对称预测模型。该模型不仅能够对[111]取向镍基单晶高温合金屈服强度进行预测,而且可以表征屈服强度的拉压不对称特性,即压缩屈服强度大于拉伸屈服强度以及拉压不对称随温度升高愈加严重的现象。

关键词：镍基单晶高温合金滑移变形屈服强度拉压不对称

马氏体TiNi合金的拉压不对称力学行为与形状记忆效应研究

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马氏体TiNi合金的拉压不对称力学行为与形状记忆效应研究

作者：李运帷华南理工大学

学位级别：硕士

TiNi合金因具有独特的形状记忆效应和超弹性等优良特性而被广泛应用于生物医疗和航空航天等诸多工程领域。近年来随着机械电子产品朝着小型化和精密化的方向发展,TiNi合金在服役环境中所承受载荷呈现出复杂多变的特点,这对TiNi合金在复... 详细信息

TiNi合金因具有独特的形状记忆效应和超弹性等优良特性而被广泛应用于生物医疗和航空航天等诸多工程领域。近年来随着机械电子产品朝着小型化和精密化的方向发展,TiNi合金在服役环境中所承受载荷呈现出复杂多变的特点,这对TiNi合金在复杂载荷条件下的力学行为和形状记忆特性提出了更高要求,因此研究不同类型载荷对TiNi合金性能的影响并阐明其作用机制具有重要的工程意义和应用价值。本论文主要研究拉伸和压缩加载条件下马氏体TiNi合金力学行为和形状记忆效应的不对称性及其影响因素与作用机制,以期为研究和开发适用于复杂力学加载条件下的高性能TiNi合金器件提供参考和设计依据。本论文首先使用非自耗真空电弧熔炼炉制备出系列成分为TiNi(x=47～50)的熔铸态与吸铸态马氏体TiNi合金,研究了不同成分富Ti含量TiNi合金的拉伸和压缩力学行为及拉压不对称性。研究结果表明,在加载过程中随着应变量的增加应力幅值均迅速升高;在压缩加载条件下,等原子比TiNi合金会出现两个加载屈服平台;而在拉伸加载条件下,只具有一个加载屈服平台。应变率变化对TiNi合金的力学响应特性具有不同程度的影响,随着应变率的增加,在首次变形加载过程中,应力-应变曲线的弹性滞后环面积增大;而在增加循环加载次数后,滞弹性逐渐降低;同时,随着循环次数继续增加,弹性滞后环面积不断减小。本论文还研究了拉伸和压缩加载模式下TiNi合金形状记忆效应的不对称性及其影响因素,表征了不同应变量、应变率和循环次数下TiNi合金的形状记忆行为的演变规律和作用机制。研究结果表明,随着应变量的增加,TiNi合金的形状记忆效应回复率呈现出先升高后降低的趋势;但在较低应变量时,压缩条件下获得的回复率要高于拉伸加载;应变率变化对形状记忆效应的影响不明显;当应变量较低时,循环加载有利于回复率的提高;此外,TiNi合金在拉伸和压缩卸载后的相变行为研究表明,经过一定幅值的力学变形后,TiNi合金在加热过程中的一步相变会转变成两步相变。对具有凝固织构TiNi合金的力学行为研究发现,垂直于晶粒生长方向的力学加载会加剧TiNi合金在拉伸和压缩两种加载模式下的差异,即表现出更显著的拉压不对称力学行为和形状记忆效应。

关键词：马氏体TiNi合金力学行为形状记忆效应拉压不对称应力-应变曲线

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TA7钛合金动态拉压不对称行为的研究

TA7钛合金动态拉压不对称行为的研究

作者：郭滔中国科学技术大学

学位级别：硕士

钛合金在航空航天、船舶制造、兵器装备、生物医疗和轨道交通等领域均有着广泛的应用,且在高低温工作环境下有着良好的材料性能。作为结构部件,钛合金在生产制造和服役期间,极有可能遭受冲击载荷的作用。此外,钛合金在拉伸和压缩、加载... 详细信息

钛合金在航空航天、船舶制造、兵器装备、生物医疗和轨道交通等领域均有着广泛的应用,且在高低温工作环境下有着良好的材料性能。作为结构部件,钛合金在生产制造和服役期间,极有可能遭受冲击载荷的作用。此外,钛合金在拉伸和压缩、加载-卸载-反向加载等不同加载条件下往往表现出不一样的力学响应。因此,有必要研究钛合金拉伸和压缩应力-应变响应的应变率相关性和加载路径相关性。基于自研的旋转盘式霍普金森拉杆系统和气枪式霍普金森压杆系统,对TA7钛合金进行了单向拉伸和压缩实验,获得了绝热应力-应变曲线;基于改进的霍普金森拉杆和压杆系统,实现了 TA7钛合金的动态拉伸和动态压缩加卸载实验,获得了高应变率下的等温应力-应变曲线。实验结果表明,TA7钛合金的力学行为具有拉压不对称性,且该不对称性是应变率相关的。基于晶体塑性有限单元法模拟了 TA7钛合金拉伸和压缩塑性变形行为,数值计算获得的准静态和动态加载下的等温应力-应变响应与实验结果符合较好,数值模拟结果亦能体现TA7钛合金的拉压不对称性及其应变率相关性。基于动态加卸载实验技术,对TA7钛合金进行了应变率300s-1的拉伸-卸载-压缩和压缩-卸载-拉伸实验,考察了包辛格效应的应变率相关性和加载路径相关性。依据钛合金屈服行为的拉伸-压缩不对称特征,提出了包辛格效应应力参数,对TA7钛合金在不同预应变量、加载方式和循环周次下的包辛格效应进行表征。实验结果表明,高应变率加载下TA7钛合金的包辛格效应比准静态下要小;预拉伸加载下的包辛格效应要弱于预压缩加载下的包辛格效应,但两种加载路径下的包辛格效应都随着预应变量的增加而减小;循环周次对TA7钛合金的动态和准静态包辛格效应具有不同影响。

关键词：钛合金拉压不对称晶体塑性包辛格效应应变率

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频率区间控制拉压不对称结构拓扑优化

频率区间控制拉压不对称结构拓扑优化

第十四届全国振动理论及应用学术会议(NVTA2021)

作者：贾海朋于瑞生张小江河北工业大学机械工程学院

生物结构的多样性源自材料微观结构,如何表征其本构关系是计算力学面临的重要问题,应用拓扑优化的方法进行结构设计是当前的研究热点。颗粒材料的典型特征是结构和成分复杂,在外载荷作用下具有微观尺度拉压不对称的性质,这将导致宏观尺... 详细信息

生物结构的多样性源自材料微观结构,如何表征其本构关系是计算力学面临的重要问题,应用拓扑优化的方法进行结构设计是当前的研究热点。颗粒材料的典型特征是结构和成分复杂,在外载荷作用下具有微观尺度拉压不对称的性质,这将导致宏观尺度材料各向异性。由这种材料组成的结构的拓扑优化可以建议新的独特拓扑以及材料各向异性分布。本文使用微观尺度相互作用与宏观尺度联系起来的颗粒微观力学方法,建立通过颗粒间刚度系数建立的颗粒材料宏观本构方程。为了防止各向异性材料结构系统受外界激励时产生共振,本文提出了一种颗粒结构在频率区间控制下进行拓扑优化数学模型,并给出了数值计算方法。基于进化结构拓扑优化方法,建立了以颗粒材料模型组成的结构为研究对象,以结构的最大固有频率为目标函数,应用频率区间约束和体积约束的结构拓扑优化数学模型。最后,通过数值例子验证了所提方法的正确性及有效性,并研究了在频率区间控制下,颗粒材料结构对结构拓扑的影响。结果表明,由于微观尺度上的拉压不对称性,新推导的材料模型得到的动力学拓扑优化设计与传统材料设计有显著不同,更为符合某些生物结构的特征,说明了本文拓扑优化数学模型的可靠性。

关键词：颗粒材料拉压不对称拓扑优化渐近结构拓扑优化固有频率

来源： cnki会议评论

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金属玻璃温度依赖的拉压屈服不对称研究

物理学报 2012年第3期61卷 350-355页

作者：陈艳蒋敏强戴兰宏中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100190

考虑静水应力对自由体积演化的影响,研究了金属玻璃在不同温度下的拉压屈服行为.结果表明,在拉伸和压缩载荷下,屈服强度均满足(T/T_g)^(1/2)的温度依赖关系;同时,在不同温度下,材料的压力敏感系数保持为常值0.1.随着温度的升高,压力对... 详细信息

考虑静水应力对自由体积演化的影响,研究了金属玻璃在不同温度下的拉压屈服行为.结果表明,在拉伸和压缩载荷下,屈服强度均满足(T/T_g)^(1/2)的温度依赖关系;同时,在不同温度下,材料的压力敏感系数保持为常值0.1.随着温度的升高,压力对自由体积的影响逐渐降低,从而导致材料的拉压屈服不对称性逐渐趋于不显著.在高温下,显著的结构弛豫减缓了自由体积增长速率,从而抑制材料迅速屈服.这些结果将有助于更深入的认识金属玻璃屈服及其拉压不对称性的内在机理.

关键词：金属玻璃屈服拉压不对称自由体积

超薄Ni/Ni_3Al(001)纳米线力学性能和晶体缺陷拉压不对称性研究(英文)

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稀有金属材料与工程 2014年第8期43卷 1803-1808页

作者：余金桂章桥新武汉理工大学湖北武汉430070

利用分子动力学方法研究超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线力学性能和晶体缺陷的拉压不对称,对应力-应变曲线和晶体曲线在不同的温度下进行比较。模拟表明在拉伸载荷作用下不全位错的施密特因子大于压缩载荷下的施密特因子,在10 K温度下的流变应... 详细信息

利用分子动力学方法研究超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线力学性能和晶体缺陷的拉压不对称,对应力-应变曲线和晶体曲线在不同的温度下进行比较。模拟表明在拉伸载荷作用下不全位错的施密特因子大于压缩载荷下的施密特因子,在10 K温度下的流变应力行为异常,同时超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线在不同温度下都表现为抵抗压缩载荷能力比拉伸载荷强。结果显示超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线具有显著的拉伸不对称特性。此外,堆积层错提高原子移动,不全位错从堆垛层错处发射。在促进位错发射过程中原子移动扮演着重要的角色;而且在拉-压载荷下不同晶体缺陷主要是点位错和层错,层错主要发生在4个{111}方向。研究拉压不对称与温度之间的关系,可以更准确和全面的理解超薄Ni/Ni3Al(001)纳米线的力学性能。

关键词：分子动力学拉压不对称晶体缺陷 Ni Ni3Al

考虑NEPE推进剂力学性能拉压不对称性的装药结构完整性分析

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兵器装备工程学报 2024年第4期45卷 90-99页

作者：周东谟韩王申钟山伟陈航吴晗旭刘向阳中北大学机电工程学院太原030051 北京理工大学宇航学院北京100081

为研究NEPE推进剂拉压不对称性对其装药结构完整性的影响,构建了考虑拉压不对称性的推进剂含损伤非线性本构模型,提出一种考虑拉压不对称性的装药结构完整性评估方法,并对轴向和横向联合过载作用下NEPE推进剂药柱进行了结构完整性分析... 详细信息

为研究NEPE推进剂拉压不对称性对其装药结构完整性的影响,构建了考虑拉压不对称性的推进剂含损伤非线性本构模型,提出一种考虑拉压不对称性的装药结构完整性评估方法,并对轴向和横向联合过载作用下NEPE推进剂药柱进行了结构完整性分析。结果表明:在轴向和横向联合过载作用下,NEPE推进剂药柱处于拉压共存状态,且药柱的拉伸和压缩区域与推进剂本构模型无关;推进剂的拉压不对称性对其力学响应有一定的影响,考虑拉压不对称性的最大等效应变为1.54,介于分别由拉伸本构计算得到的应变0.193和压缩本构计算得到的应变0.100之间。考虑拉压不对称性的安全系数为5.68,大于未考虑时的安全系数1.73和4.98,传统的结构完整性评估方法较为保守。

关键词： NEPE推进剂拉压不对称结构完整性过载力学响应

织构类型和拉压不对称性对Mg-Gd合金蠕变行为的影响

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织构类型和拉压不对称性对Mg-Gd合金蠕变行为的影响

作者：李嘉祥中南大学

学位级别：硕士

镁合金是目前使用最轻的工程应用材料,在航空航天、电子器件等领域有极大的应用价值。但其晶格结构为密排六方,室温塑性较差,变形后容易形成强烈的基面织构,造成性能的各向异性和拉伸-压缩不对称,限制了合金的使用范围。因此,本文研究了... 详细信息

镁合金是目前使用最轻的工程应用材料,在航空航天、电子器件等领域有极大的应用价值。但其晶格结构为密排六方,室温塑性较差,变形后容易形成强烈的基面织构,造成性能的各向异性和拉伸-压缩不对称,限制了合金的使用范围。因此,本文研究了 Mg-3Gd和Mg-2.8Gd-0.2Cu(wt.%)合金集中晶粒取向(CO-0Cu,CO-0.2Cu)和分散晶粒取向(SO-0Cu,SO-0.2Cu)两种状态在473 K下的拉伸蠕变行为,以及Mg-3Gd合金在473 K下沿轧板轧向(RD)和轧板法向(ND)两个方向的拉伸蠕变(T-RD,T-ND)和压缩蠕变(C-RD,C-ND)行为,借助电子扫描、背散射和透射等组织分析手段对蠕变前后组织演化进行观察,结合应力敏感系数对蠕变机制进行分析,探究晶粒取向分布和Cu元素对蠕变行为的影响,以及拉伸蠕变和压缩蠕变行为差异的机制。研究发现晶粒取向对镁合金蠕变行为有较大影响。在473 K蠕变过中,CO-0Cu样品的主要蠕变机制为交滑移,SO-0Cu和SO-0.2Cu样品的主要蠕变机制为拉伸孪晶和基面滑移;CO-0.2Cu样品的蠕变机制主要为拉伸孪晶和锥面滑移。CO-0Cu性能优于SO-0Cu,CO-0.2Cu性能优于SO-0.2Cu,其性能差异由{1012}拉伸孪晶和基面滑移所引起,SO-0Cu和SO-0.2Cu样品蠕变过程容易启动基面滑移和拉伸孪晶,造成抗蠕变性能的恶化。集中的晶粒取向状态下,CO-0.2Cu样品抗蠕变性能优于CO-0Cu。同时,发现Cu元素的加入对性能也有一定影响。在镁中添加Cu元素会降低合金层错能,有利于启动非基面滑移的产生,提高合金性能。Mg-3Gd合金样品在473 K的蠕变载荷下均具有拉伸和压缩抗蠕变性能的不对称性,RD样品的抗蠕变性能不对称性比ND样品的明显。各研究样品的抗蠕变性能优劣为:T-RD>C-ND>T-ND ≈ C-RD。C-RD和T-ND样品主要蠕变机制为交滑移和{1012}拉伸孪晶,T-RD样品主要蠕变机制为交滑移,C-ND样品主要蠕变机制为基面滑移和锥面滑移。研究发现,各方向样品蠕变中产生的孪晶为蠕变性能拉压不对称的主要原因。非基面滑移特别是锥面滑移能够减弱蠕变拉压不对称性,为了研制性能更加优越的含稀土耐热镁合金,应聚焦于激活锥面滑移及抑制孪晶和基面滑移的产生。图43幅,表10个,参考文献102篇

关键词：稀土镁合金织构蠕变拉压不对称孪晶位错

TA2拉压力学性能不对称性及应变速率敏感性

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稀有金属材料与工程 2019年第11期48卷 3571-3576页

作者：陶家辉顾伯勤陈立立周剑锋南京工业大学

研究了不同应变速率下工业纯钛TA2室温拉伸和压缩力学行为。结果发现,TA2具有明显的拉压屈服不对称性和拉压应变硬化不对称性;随着应变速率的增加,拉压不对称性有明显增加。采用电子背散射衍射(EBSD)技术分析了拉伸和压缩时TA2微观变形... 详细信息

研究了不同应变速率下工业纯钛TA2室温拉伸和压缩力学行为。结果发现,TA2具有明显的拉压屈服不对称性和拉压应变硬化不对称性;随着应变速率的增加,拉压不对称性有明显增加。采用电子背散射衍射(EBSD)技术分析了拉伸和压缩时TA2微观变形机制及微观组织演化规律。结果表明,TA2压缩时以孪晶变形机制为主,拉伸时以位错滑移为主;TA2微观变形行为的载荷敏感性导致了宏观力学性能的不对称性。

关键词：工业纯钛拉压不对称微观演化应变速率