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低密度纤维增强纳米孔树脂基复合材料的断裂机制

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复合材料学报 2023年第3期40卷 1764-1772页

作者：张鸿宇钱震蔡宏祥牛波张亚运龙东辉华东理工大学化工学院上海200237

纤维增强纳米孔树脂基复合材料(IPC)是一类轻质高效防隔热一体化耐烧蚀材料,具有典型的非均质结构特征。在外加载荷下,内部的纳米孔隙将会衍生出微裂纹。裂纹的萌生、聚合和扩展对复合材料的强度、刚度、变形性等力学性能有着重要的影... 详细信息

纤维增强纳米孔树脂基复合材料(IPC)是一类轻质高效防隔热一体化耐烧蚀材料,具有典型的非均质结构特征。在外加载荷下,内部的纳米孔隙将会衍生出微裂纹。裂纹的萌生、聚合和扩展对复合材料的强度、刚度、变形性等力学性能有着重要的影响。本文分别以石英纤维针刺网胎(NQF)、石英纤维针刺网胎/纤维布(NQCF)为增强体,制备得到不同纤维结构增强的纳米孔酚醛树脂(NPR)基复合材料(NQF/NPR、NQCF/NPR),对比研究了材料拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率及拉伸疲劳性能,并采用CT原位拉伸装置表征了拉伸过程中复合材料的微观结构演变。结果表明:纤维布的引入极大提高了复合材料的力学性能,并且微裂纹首先在针刺区域边缘的树脂基体中出现。在裂纹扩展过程中,纤维结构对树脂基体的损伤起到了不同程度的阻碍作用。最后结合有限元法建立了NPR及纤维布的有限元模型,分析了不同尺度下材料的断裂机制。

关键词：低密度纤维纳米孔树脂基复合材料力学性能断裂机制微计算机断层扫描(Micro-CT)

Mar-M247合金高温拉伸断裂机制的原位研究

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稀有金属材料与工程 2023年第10期52卷 3442-3451页

作者：刘浩隋永枫余沛坰刘艳领赵新宝王晋张跃飞岳全召谷月峰张泽浙江大学材料科学与工程学院浙江杭州310027 杭州汽轮动力集团股份有限公司先进动力研究院浙江杭州310022 浙江大学工程师学院浙江杭州310027

利用原位高温拉伸台在扫描电镜中研究了镍基铸造高温合金Mar-M247在室温、400与760℃拉伸过程中的动态组织演变和断裂机制。原位测试结果表明,在室温到760℃范围内,Mar-M247合金的屈服强度与抗拉强度随温度的升高略有下降,拉伸塑性略有... 详细信息

利用原位高温拉伸台在扫描电镜中研究了镍基铸造高温合金Mar-M247在室温、400与760℃拉伸过程中的动态组织演变和断裂机制。原位测试结果表明,在室温到760℃范围内,Mar-M247合金的屈服强度与抗拉强度随温度的升高略有下降,拉伸塑性略有提高。室温原位拉伸过程中,并没有出现滑移带;400和760℃原位拉伸时,只在样品断口附近存在少量的滑移带。随拉伸温度的提高,合金的断裂机制并无明显变化,均表现为韧性穿晶断裂。合金的微裂纹主要来源于变形过程中碳化物的破裂,晶内与晶界都存在因碳化物破裂而形成的微裂纹。

关键词： Mar-M247合金原位拉伸组织演变断裂机制

低密度纤维增强酚醛气凝胶复合材料的力学特性及断裂机制

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复合材料学报 2022年第8期39卷 3663-3673页

作者：张鸿宇钱震牛波张亚运龙东辉华东理工大学化工学院上海200237

分别以低密度玻璃纤维、石英纤维、碳纤维针刺预制体为增强体,制备出不同的纤维针刺预制体增强酚醛气凝胶复合材料(NF/PA),研究了纤维种类对材料力学性能及断裂行为的影响。结果表明:酚醛气凝胶与纤维预制体形成良好的界面结构,微观上... 详细信息

分别以低密度玻璃纤维、石英纤维、碳纤维针刺预制体为增强体,制备出不同的纤维针刺预制体增强酚醛气凝胶复合材料(NF/PA),研究了纤维种类对材料力学性能及断裂行为的影响。结果表明:酚醛气凝胶与纤维预制体形成良好的界面结构,微观上呈现“珠串”状三维开孔网络结构特征,因而复合材料具有较低的密度(0.45 g/cm^(3))和室温热导率(0.046~0.067 W/(m·K))。在拉伸与压缩过程中,基于NF/PA明显的塑性形变现象,分析了裂纹扩展过程中材料所吸收的能量,发现纤维种类会显著影响界面特性进而影响材料断裂和失效机制。其中,碳纤维的界面结合强度小于酚醛气凝胶极限剪切应力,在断裂过程中纤维先与酚醛气凝胶脱粘,表现为“滑脱界面”;玻璃纤维与石英纤维界面结合强度大于酚醛气凝胶极限剪切应力,在断裂过程中酚醛气凝胶先被破坏,表现为“粘性界面”。相较于玻璃纤维、石英纤维,碳纤维对NF/PA增韧、补强效果较优。

关键词：热防护材料纤维针刺预制体酚醛气凝胶力学性能断裂机制

铸态高Nb-TiAl合金高温蠕变变形及断裂机制

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中国有色金属学报 2022年第9期32卷 2633-2646页

作者：肖树龙梁振泉赵浩郭应飞郑云飞徐丽娟薛祥田竟陈玉勇哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001 山西机电职业技术学院机械工程系长治046011

通过XRD、OM、SEM和TEM分析铸态合金组织,并进行800~850℃、250~325 MPa范围内的高温蠕变性能测试,以探究铸态Ti-46Al-6Nb-2.5V-0.2B_(4)C合金的显微组织及高温蠕变变形与断裂行为。结果表明:该铸态合金为全层片组织,多种形态的TiB于片... 详细信息

通过XRD、OM、SEM和TEM分析铸态合金组织,并进行800~850℃、250~325 MPa范围内的高温蠕变性能测试,以探究铸态Ti-46Al-6Nb-2.5V-0.2B_(4)C合金的显微组织及高温蠕变变形与断裂行为。结果表明:该铸态合金为全层片组织,多种形态的TiB于片层团内部及晶界处弥散析出,而C原子则固溶于基体中。根据蠕变性能数据计算,Ti-46Al-6Nb-2.5V-0.2B_(4)C合金在测试范围内的应力指数n和蠕变激活能Q_(C)分别为5.71和313.316 kJ/mol。该合金的蠕变变形主要由位错攀移与孪生变形控制,并且蠕变诱导产生动态回复与动态再结晶,发挥软化作用。同时,蠕变过程中Ti_(2)AlC会在TiB与基体的界面处动态析出,并与TiB保持[111]_(TiB)//[1210]_(Ti_(2)AlC)和(110)_(TiB)//(1010)_(Ti_(2)AlC)位向关系。此外,该合金的蠕变断裂机制主要为孔洞的萌生和聚合以及裂纹的扩展。

关键词：高Nb-TiAl合金显微组织蠕变变形机制断裂机制

抗爆型聚脲涂层性能及其防护钢筋混凝土板接触爆炸与断裂机制研究

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工程科学与技术 2022年第5期54卷 218-227页

作者：张锐黄微波吕平孙鹏飞方志强王荣珍青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033

本文借助动态热机械实验,研究Qtech T26抗爆型聚脲(简称为T26聚脲)的动态热机械性能;采用10 kg三硝基甲苯(trinitrotoluene,TNT)接触爆炸试验,研究T26聚脲防护钢筋混凝土板在接触爆炸作用下的防护性能;基于Williams-Landel-Ferry方程拟... 详细信息

本文借助动态热机械实验,研究Qtech T26抗爆型聚脲(简称为T26聚脲)的动态热机械性能;采用10 kg三硝基甲苯(trinitrotoluene,TNT)接触爆炸试验,研究T26聚脲防护钢筋混凝土板在接触爆炸作用下的防护性能;基于Williams-Landel-Ferry方程拟合T26聚脲的损耗模量、储能模量和损耗因子主曲线,并采用扫描电子显微镜对涂层防护钢筋混凝土板迎爆面和背爆面涂层的典型区域进行微观断口形貌分析,探讨其断裂机制。结果表明:T26聚脲受频率影响明显,在热机械性能层面印证了T26聚脲的应变率敏感性;在外界荷载作用频率大于等于1 000 Hz时,T26聚脲的损耗因子保持在0.24以上,吸能效率高;喷涂10 mm T26聚脲涂层的钢筋混凝土板在10 kg TNT接触爆炸破坏下,背爆面涂层完整,无任何破片飞出;迎爆面T26聚脲与混凝土未脱离,T26聚脲与混凝土界面之间在表面处理之后附着力较好,在爆炸产生的拉伸波作用下,涂层与混凝土间仍有良好的附着性。T26聚脲在爆炸荷载作用下的断裂机制表现为高温力学性能失效机制、高温与冲击荷载耦合断裂机制、高速荷载脆性断裂机制和拉伸断裂机制;背爆面最大变形区域为纵向变形区域外侧的圆环区,背爆面中心区域在防护过程中承受高应变率荷载,出现少量脆性破坏。T26聚脲实现了接触爆炸零破片的防护效果,这一效果对实际工程中结构爆炸防破片具有极高的应用价值。

关键词：聚脲抗爆防护时温等效断裂机制

DD6单晶高温合金非对称循环载荷低周疲劳性能及断裂机制

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航空材料学报 2023年第5期43卷 58-66页

作者：李维赵春玲张鑫王强李璞方向彭文雅中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412000

研究DD6单晶高温合金在700℃、R=0.05条件下的低周疲劳性能,采用扫描电镜观察断口形貌和断裂组织,分析疲劳裂纹萌生、扩展及断裂机制。结果表明:随着应变幅增加,合金的低周疲劳寿命降低,合金在非对称循环载荷条件下具有良好的低周疲劳性... 详细信息

研究DD6单晶高温合金在700℃、R=0.05条件下的低周疲劳性能,采用扫描电镜观察断口形貌和断裂组织,分析疲劳裂纹萌生、扩展及断裂机制。结果表明:随着应变幅增加,合金的低周疲劳寿命降低,合金在非对称循环载荷条件下具有良好的低周疲劳性能,不存在过渡寿命,低周疲劳过程中弹性应变起主要作用,塑性变形量极小。随着总应变幅的增加,塑性变形损伤增加;疲劳断口由疲劳源区、裂纹扩展区和瞬断区三部分组成,所有试样断裂机制均为类解理断裂。疲劳裂纹萌生于试样的表面、亚表面或远离表面的显微孔洞,远离表面起裂断口呈现“鱼眼”特征。裂纹先沿与主应力轴垂直方向扩展,然后沿{111}平面扩展,裂纹扩展区有典型的疲劳条带、解理台阶、河流状花样特征,瞬断区有解理平面、滑移带、撕裂棱特征;断裂组织分析表明远离断口处γ′相仍保持立方状形态,断口附近的γ′相发生了塑性变形,断口附近可见滑移带,二次裂纹沿滑移带形成。

关键词： DD6 单晶高温合金非对称循环载荷低周疲劳断裂机制

基于原位TEM拉伸的稀土H13钢塑性形变行为和断裂机制

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金属学报 2020年第12期56卷 1592-1604页

作者：朱健张志豪谢建新北京科技大学新材料技术研究院北京100083 北京科技大学材料先进制备技术教育部重点实验室北京100083

采用原位TEM拉伸结合离位EBSD分析,研究了稀土H13钢在拉伸过程中的组织演化和裂纹扩展行为。结果表明,稀土H13钢拉伸试样晶界处的应力集中和粗大的颗粒状夹杂物是裂纹萌生的主要来源;拉伸过程中多处裂纹萌生后汇聚成较大的主裂纹,主裂... 详细信息

采用原位TEM拉伸结合离位EBSD分析,研究了稀土H13钢在拉伸过程中的组织演化和裂纹扩展行为。结果表明,稀土H13钢拉伸试样晶界处的应力集中和粗大的颗粒状夹杂物是裂纹萌生的主要来源;拉伸过程中多处裂纹萌生后汇聚成较大的主裂纹,主裂纹沿着与拉伸方向垂直的方向扩展到试样边缘,主裂纹具有"Z"字形的锯齿状特征。裂纹附近区域的应力分布不均匀,与应力相对较低的区域相比,应力相对较高区域的V1/V2变体对的晶界长度分数从56.5%增加到58.8%,V1/V3&V5变体对的晶界长度分数从16.3%增加到21.6%;变体对的晶界长度分数增加表明了孪生马氏体含量的提高,从而有效缓解晶界处的应力集中,有利于减少裂纹萌生并提高塑韧性。拉伸过程中,稀土H13钢试样晶界处的残余奥氏体发生应力诱导相变;马氏体基体内的位错发生大量增殖,并在大角度晶界和碳化物析出处形成明显的位错塞积,其中晶界处的位错塞积促进了残余奥氏体的应力诱导相变。

关键词：稀土H13钢断裂机制原位TEM拉伸母相奥氏体取向重构马氏体变体

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温度冲击下煤的微观结构变化与断裂机制

岩土力学 2019年第2期40卷 529-538,548页

作者：王登科孙刘涛魏建平河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 河南理工大学煤炭安全生产河南省协同创新中心河南焦作454000

为研究温度冲击下煤的微观结构变化及其损伤断裂机制,以干燥颗粒煤为研究对象,分别开展了煤样的冷冲击和热冷冲击试验。利用扫描电镜(SEM)观测图像结果,分析对比了两种温度冲击前后煤样微观形貌、裂缝分布、开裂和延伸情况,结合断裂力... 详细信息

为研究温度冲击下煤的微观结构变化及其损伤断裂机制,以干燥颗粒煤为研究对象,分别开展了煤样的冷冲击和热冷冲击试验。利用扫描电镜(SEM)观测图像结果,分析对比了两种温度冲击前后煤样微观形貌、裂缝分布、开裂和延伸情况,结合断裂力学理论分析了煤样内部微裂缝的开裂机制和扩展方向,并通过ANSYS有限元软件模拟了微裂缝扩展时的应力场和位移场的分布情况,揭示了煤样的断裂机制。研究结果表明,两种温度冲击对煤的结构均造成了不同程度的破坏,温度冲击所形成的热应力最终导致了原始裂纹和新生裂纹的扩展和延伸;温度冲击下所产生的裂纹形式主要有沿晶裂纹、穿晶裂纹、翼型裂纹、交叉裂纹、枝须状裂纹和网状裂纹;分析结果表明,温差愈大,所产生的温度热应力愈大,热冷冲击所产生的裂缝的数量更多、扩展更充分,对煤样的破坏更严重,因此,热冷冲击的破煤效果更好。

关键词：温度冲击微观结构断裂机制应力强度因子破煤效果

应力对第3代单晶高温合金超高温蠕变断裂机制的影响

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航空制造技术 2023年第4期66卷 48-54页

作者：李亚微王莉楼琅洪张健中国科学技术大学沈阳110016 中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016

对第3代单晶高温合金DD33进行了1150℃,80~150 MPa的蠕变测试,借助SEM、EBSD、EDS和TEM研究了不同应力下蠕变断口形貌和截面损伤特征,分析了应力对蠕变断裂机制的影响。结果表明,不同应力条件下近断口铸孔普遍发生多面体化且沿端角开裂... 详细信息

对第3代单晶高温合金DD33进行了1150℃,80~150 MPa的蠕变测试,借助SEM、EBSD、EDS和TEM研究了不同应力下蠕变断口形貌和截面损伤特征,分析了应力对蠕变断裂机制的影响。结果表明,不同应力条件下近断口铸孔普遍发生多面体化且沿端角开裂,与低应力条件相比,150 MPa下可观察到较多蠕变孔及其诱发的裂纹。80 MPa下,由于长时间暴露,样品表面产生较厚的氧化影响区,使有效应力提高了35 MPa;断口附近局部可见TCP相,并在其与γ′相界面产生较多孔洞和裂纹。随着应力进一步增加,深入基体的表层裂纹增多,更多碳化物开裂,但组织中未发现TCP相。因此,不同应力下合金的最终断裂除了与内部孔洞开裂、彼此联结直接相关外,还应考虑氧化影响区、深入基体内部的表层裂纹、TCP/γ′界面裂纹以及开裂碳化物的贡献。

关键词：单晶高温合金超高温蠕变应力断裂机制