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关键词： 高温结构弛豫   力学性能   显微结构   大块金属玻璃   复合材料  

摘要： 采用铜模吸铸法制备了Cu40Zr44Al8Ag8非晶复合材料(BMGCs),在玻璃转变温度(Tg)退火不同时间(5,10,15,20,25,40,60,85min)后,采用单轴压缩实验测试了试样退火前后的力学性能,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和同步差示扫描量热仪(DSC)等手段对退火前后试样的显微结构和断口形貌进行分析。结果发现:所制备铸态试样主要为非晶结构,非晶基体中弥散分布着少量的纳米级及微米级的Al3Zr金属间化合物。随着退火的进行,非晶复合材料中微米级晶体相的尺寸和形貌并不发生变化,这些晶体相是裂纹形成的源泉;但是纳米级晶体相不断增加,最终析出产物相为Al3Zr,Cu10Zr7和Ag3Al相。非晶复合材料中自由体积与析出晶体相共同控制着该BMGCs的力学性能。退火初期,试样的强度和塑性缓慢增长,至退火15 min时达到极值,最高强度达到1.77 GPa,最大塑性应变量达到1.67%;但是继续退火,试样内自由体积大量减少,强度和塑性均迅速下降;其断裂方式也由单一剪切面断裂转变为多剪切面断裂,最后发生脆性劈裂。

关键词： 材料力学   实验教学   教学改革   二维数字图像相关法  

摘要： 将新的科学研究引入到材料力学实验教学中,既可以通过科研促进教学水平的提高,又可以开拓学生的视野,提高学生的学习兴趣。二维数字图像相关法测试方便,操作简单,适合本科生力学实验教学或者毕业设计的开发和应用。文中以梁的弯曲实验测试为例,应用二维数字图像相关法测量梁截面的弯曲正应变分布和试件的弹性模量。应变条纹图清晰地显示了梁的弯曲正应变沿横截面线性分布的特点,同时,测量的弹性模量值与理论值相近。实验结果表明,该方法在力学实验教学中是实用和有效的。

关键词： 碳纳米管   电沉积   C/SiC   复合材料   微观结构   力学性能  

摘要： 采用电沉积法与化学气相渗透(CVI)法将碳纳米管(CNTs)分别引入到碳纤维表面和SiC基体中,制得了不同物相电沉积CNTs的C/SiC复合材料(CNTs-C)/SiC和C/(CNTs-SiC)。研究了CNTs沉积物相对C/SiC复合材料力学性能的影响,分析了不同CNTs沉积物相的C/SiC复合材料的拉伸强度及断裂机制。结果表明:相较于未加CNTs的C/SiC复合材料,CNTs沉积到碳纤维表面的(CNTs-C)/SiC复合材料的拉伸强度提高了67.3%,断裂功提高了107.2%;而将CNTs引入到SiC基体中的C/(CNTs-SiC)复合材料的断裂功有所降低,拉伸强度也仅提高了6.9%,CNTs没有表现出明显的增强增韧效果;C/(CNTs-SiC)复合材料与传统的C/SiC复合材料有相似的断裂形貌特征,断裂拔出机制类似,主要为纤维增强增韧,CNTs的作用不明显。

关键词： 截面几何性质   惯性积   材料力学备课  

摘要： 就材料力学课程中“截面几何性质”的传统教学进行分析,从牛顿经典力学的角度阐述了参数鲜明的力学特征,由此提出了在教学上的建议。且从注意物理意义的分析与教学,把握材料力学教学的直观性原则等方面,深化论述了材料力学备课所应具备的深、广、度三个方面。

关键词： CDIO教育理念   材料力学   教学改革   课程考核体系  

摘要： 结合土木工程专业材料力学课程教学中存在的问题,从卓越工程师的培养目标出发,把CDIO教学理念引入到材料力学教学体系中,从教学内容、教学手段和方法、考核评价等方面提出来了有效的教学改革措施,建立了基于CDIO理念的材料力学教学模式。该教学模式对于提高学生的学习热情,培养学生的综合实践和创新能力有积极意义,是解决目前土木工程专业在力学教学中遇到问题的一个很好的借鉴途径。

关键词： 金属基复合材料   高能球磨   碳纳米管   冷轧  

摘要： 利用高能球磨和冷压烧结工艺制备出碳纳米管(CNTs)增强Al5083复合材料,并对球磨过程中CNTs的演变及成型后复合材料的力学性能和形貌进行研究。结果表明,在球磨过程中,通过机械力的作用下带动钢球将CNTs切断,长径比变小,并均匀地分散在Al基体中;在CNTs含量为2%下,复合材料抗拉强度和屈服强度分别达到294和239 MPa,硬度达到95 HV5,复合材料的力学性能最好。通过观察复合材料的断口,随着碳纳米管含量的增加,复合材料的断口形貌从韧性断裂向脆性断裂转变。

关键词： 非晶合金   室温蠕变   负自由体积   材料力学  

摘要： 本文采用力学试验机、差示扫描量热仪（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）、纳米压痕仪（nanoindentation）、精密密度天平等实验方法系统地研究了一系列Zr基块体非晶合金在室温下的蠕变行为，从理论上分析了非晶合金的蠕变变形机理，初步揭示了合金元素及预应力对蠕变行为及蠕变后材料性能的影响机制。通过在Zr基块体非晶合金中产生预先塑性变形，研究了变形剪切带对非晶合金腐蚀行为的影响。此外，本论文还研究了一种Zr块体非晶合金在空气环境和腐蚀环境中的腐蚀疲劳行为和性能。\n 本研究主要内容包括：⑴以具有良好非晶形成能力及室温韧性的Zr60.14Cu22.31Fe4.85Al9.7Ag3块体非晶合金为对象，研究了该非晶合金在室温下的蠕变行为。实验以该非晶合金屈服强度的90%的应力为施压应力，在这一应力下分别保压24、48和120小时。实验发现经不同时间保压后，非晶合金均发生了永久塑性变形，经120小时保压后的样品塑性应变达0.48%。但SEM并未观察到非晶样品表面有任何剪切带的产生，表明这种在弹性应力范围内发生的蠕变为均匀塑性变形。进一步DSC研究发现，蠕变后各样品的的弛豫焓随着保压时间的延长逐渐减少，其中经过120小时保压后样品的弛豫焓降低了36.7%。随后的力学性能测试发现，相对于原始态样品，保压后样品的屈服强度明显增加，纳米压痕实验显示随着保压时间的延长各样品的硬度和弹性模量均逐渐增加。而密度测试亦发现各保压后样品的密度随保压时间延长而增大。以上实验结果均表明，该非晶合金在弹性应力范围内区的保压引起了非晶合金的自由体积湮灭，即发生了应力硬化（应力退火）效应。根据原子尺度应力模型分析，我们认为这一应力退火效应是非晶合金中存在的正、负自由体积区在应力作用下相互扩散抵消所引起的。⑵选取三种具有不同玻璃转变温度和玻璃转变激活能Zr基非晶合金（Zr55Ni5Cu30Al10、Zr61Ti2Cu25Al12和Zr35Ti30Be27.5Cu7.5），并在相同条件下（以各自屈服强度的90%的应力为蠕变应力）分别保压24、48和120小时，研究了保压后各非晶合金的力学和物理性能。实验发现具有较高的玻璃转变温度和转变激活能的Zr55Ni5Cu30Al10非晶合金(Tg=668 K, Eg=497.4 KJ/mol)和Zr61Ti2Cu25Al12非晶合金(Tg=655 K, Eg=528.3 KJ/mol)保压后自由体积减少，这与Zr60.14Cu22.31Fe4.85Al9.7Ag3非晶合金(Tg=651 K, Eg=689.8 KJ/mol)的结果一致，即发生了应力硬化（应力退火）效应。但具有低的玻璃转变温度和转变激活能的Zr35Ti30Be27.5Cu7.5非晶合金(Tg=584 K, Eg=316.0 KJ/mol)却表现出应力软化的现象。这表明非晶合金在室温蠕变过程中，可以发生应力硬化（即应力退火）效应，也可以发生应力软化效应，这与非晶体系的玻璃转变温度和转变激活能密切相关。进一步理论分析表明，对于玻璃转变温度和玻璃转变激活能较高的非晶合金，由于其非晶结构更稳定，其内部不均匀结构不易被激活，弹性应力仅仅引起正、负自由体积相互扩散和抵消，使总自由体积减少，即发生应力退火效应。而对于玻璃转变温度和转变激活能较低的非晶合金，非晶合金内部不均匀结果易被激活，即使在弹性应力范围内（屈服强度的90%）保压，其内部的不均匀结构也会发生屈服，引起总自由体积增加，即发生应力软化效应。⑶以具有较低玻璃转变温度及转变激活能的Zr35Ti30Be27.5Cu7.5非晶合金为对象，分别施加屈服强度的50%、70%和90%的应力，并保压48小时，研究施加应力大小对该非晶合金蠕变行为的影响。DSC、力学性能和密度测试发现，随着保压应力的增加，该非晶合金的弛豫焓先减少后增加，而屈服强度和纳米压痕下的最大剪切强度先增大后减小，这表明随着保压应力的增加，该非晶合金发生了应力硬化向应力软化的转变。根据原子尺度应力模型结合自由体积理论分析，我们认为在低应力范围内，由于正应力起主导作用，非晶结构的变化受控于正、负自由体积的相互抵消，从而引起总的自由体积湮灭和应力硬化现象的发生；而在高应力范围内，由于切应力起主导作用，它使正自由体积区原子向基体扩散，引起总的自由体积增加和应力软化现象的发生。⑷以Zr60.14Cu22.31Fe4.85Al9.7Ag3块体非晶合金为对象，通过预先塑性变形的调控，在非晶合金样品表面产生单一或多重剪切带，随后将其在1 M的HCl溶液中浸泡处理，研究剪切带对非晶合金腐蚀行为的影响。尽管 SEM观察发现点蚀均发生在剪切台阶上，但机械抛光除去剪切台阶后，点蚀不再集中在剪切带所在位置，而是随机均布于非晶合金表面。这表明非晶合金变形后产生的剪切台阶才是导致

关键词： 羟基磷灰石   碳纳米管   复合材料   力学性能  

摘要： 将力学性能优良的碳纳米管(CNTs)与羟基磷灰石(HA)生物陶瓷相复合,发展CNTs/HA复合材料来应用于骨组织修复领域,有望解决HA生物陶瓷力学性能的不足。通过3种不同的制备方法,即通过表面活性剂将CNTs分散在HA基体中、通过酸碱中和反应将CNTs与HA共沉淀以及通过体外浸泡在CNTs上矿化生长HA等方法来获得CNTs/HA复合材料。深入研究CNTs的表面结构和分散状态对CNTs/HA复合材料力学性能的影响。结果表明,CNTs的添加改变了HA的脆性,导致复合材料抗压力学性能得到提高。但是,由于复合材料制备方法的不同,导致CNTs在HA基体中的分散状态、表面结构的完整性以及与HA的界面结合情况不同,导致其抗压力学性能不同。其中,通过表面活性剂将CNTs分散在HA基体中而获得复合材料的抗压力学性能表现最好,而CNTs与HA通过共沉淀法所获得复合材料的抗压力学性能表现最差。

关键词： 材料力学   凝聚力   教学改革  

摘要： 为了贯彻立德树人教育思想,在《材料力学》教学中引入蕴含团结意义的歌曲,并运用《材料力学》理论知识对体现凝聚力的部分歌词进行了量化分析,在《材料力学》教学中开展了培养学生团队合作意识和团队合作能力的教学改革尝试,发挥了《材料力学》课堂教学的主渠道作用,起到了对大学生进行德育教育的辐射功能,达到了教书育人的目的。

关键词： 工程材料   金属玻璃   应力弛豫   材料力学  

摘要： 金属玻璃作为一种新的无序结构材料，具有许多新奇的力学性能，诸如高弹性极限，高断裂韧性，低杨氏模量等特点，这些特点使得金属玻璃作为结构材料，具有广阔的应用前景。但是由于金属玻璃缺乏拉伸塑性，也极大的限制了金属玻璃的工程应用。至今金属玻璃的变形机制还不是十分清楚，因此如何从微观上理解金属玻璃在外场作用下力学非均匀性演化规律是问题的关键，这有助于帮助我们理解金属玻璃塑性机制以及找到提高金属玻璃塑性的方法。\n 本研究主要内容包括：⑴介绍金属玻璃中的塑性理论，并讨论各种平均场塑性模型中的关键性差异在于激活能同应力的关系以及阐述力学非均匀性研究的意义。⑵介绍常用的表征金属玻璃结构及性能的参量，并给出了这些参量的应用范围，及利用势能图景讨论文献中的结构同性能的关联情况。⑶在外应力作用下，研究金属玻璃力学非均匀性演化。利用非仿射变形分类原子，发现不同种类原子随着应力演化的空间分布规律以及关联性规律，及各类原子的成份演化及研究了各类原子结构特点。⑷金属玻璃分别在应力及温度下，具有不同的弛豫机制。发现应力弛豫具有方向性，而温度弛豫各向同性。弛豫方向性的微观机理为动力学缺陷对应力方向的敏感性。⑸在低温循环中，研究体系势能随不同参数变化的规律，给出系统老化以及年轻化的相图。并讨论年轻化及老化的边界以及利用局域模量研究了年轻化行为的微观机理。