材料韌性的案例
哈佛大學鎖志剛院士課題組：寬度和厚度依賴的軟材料斷裂韌性
以凝膠和彈性體為代表的軟材料經常以薄膜的形式應用于諸多領域。典型的例子包括粘結層、涂層、離電器件、軟體機器人、細胞培養支架以及柔性顯示等。這些材料在應用過程中，其斷裂韌性是一個非常重要的力學參數。通常情況下，材料的斷裂韌性被認為是一個材料常數。它不依賴于材料的幾何形狀和加載方式。
圖1：軟材料的180°剝離實驗
近日，哈佛大學鎖志剛院士課題組關于軟材料斷裂韌性的研究有了新的發現。研究人員以彈性體為模型材料，使用180°剝離實驗測量軟材料的斷裂韌性（圖1）。在未變形狀態下，彈性體的長度為L、厚度為H、寬度為B。在固化過程中，使用低粘性的薄膜在彈性體中引入一個長度為C的預制裂紋（圖1a）。將可彎曲但不可拉伸的背膜粘在試件的上下兩面。試件通過拉伸機進行加載(圖1b)。在加載過程中，兩個加載臂在豎直方向呈一條直線。載荷傳感器記錄剝離力F(圖1c)。剝離力從零開始逐漸增加。這對應著裂紋尖端的鈍化過程。當裂紋穩定擴展時，剝離力穩定在一個平臺，記作Fss。材料的韌性通過Γ=2Fss/B 計算得到。當B/H比較大時，彈性體的裂紋尖端在剝離過程中處于平面應變狀態 (圖1d)。當B/H比較小時，彈性體的裂紋尖端在剝離過程中處于平面應力狀態 (圖1e)。
研究人員首先固定樣品的厚度H，測量不同寬度B的樣品的剝離韌性。實驗結果如圖2所示?？梢钥吹剑斣嚰膶挾菳比較小時，材料的斷裂韌性隨寬度B增加而增加。當試件的寬度B比較大時，材料的斷裂韌性隨寬度B增加保持不變。寬度大的試件測得的材料韌性比寬度小試件測得的材料韌性高出一個數量級。
展開 認識材料的韌性！
韌性，表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。韌性越好，則發生脆性斷裂的可能性越小。是指材料受到使其發生形變的力時對折斷的抵抗能力，其定義為材料在破裂前所能吸收的能量與體積的比值。
材料變形時吸收變形力的能力。
材料的斷裂前吸收能量和進行塑性變形的能力。與脆性相反，材料在斷裂前有較大形變、斷裂時斷面常呈現外延形變，此形變不能立即恢復，其應力--形變關系成非線性、消耗的斷裂能很大的材料。
通常以沖擊強度的大小、晶狀斷面率來衡量。韌性是表示材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。韌性越好，則發生脆性斷裂的可能性越小。韌性的材料比較柔軟，它的拉伸斷裂伸長率、抗沖擊強度較大；硬度、拉伸強度和拉伸彈性模量相對較小。而剛性材料它的硬度、拉伸強度較大；斷裂伸長率和沖擊強度就可能低一些；拉伸彈性模量就較大。彎曲強度反應材料的剛性大小，彎曲強度大則材料的剛性大，反之則韌性大。在ASTMD790彎曲性能標準試驗方法中說，這些測試方法適合于剛性材料也適合于半剛性材料。未說它適合于韌性材料，所以韌性很大的彈性體是不會去測試彎曲強度的。以上說的韌性和剛性與測試的力學性能關系是相對的?？赡軙霈F意外。例如用玻纖增強塑料后，它的剛性變大，但也可能出現拉伸強度和沖擊強度都增加的可能。
在沖擊，震動荷載作用下，材料可吸收較大的能量產生一定的變形而不破壞的性質稱為韌性或沖擊韌性。建筑鋼材(軟鋼)、木材、塑料等是較典型的韌性材料。路面、橋梁、吊車梁及有抗震要求的結構都要考慮材料的韌性。剛性和脆性一般是連在一起的。脆性是指當外力達到一定限度時，材料發生無先兆的突然破壞，且破壞時無明顯塑性變形的性質。脆性材料力學性能的特點是抗壓強度遠大于抗拉強度，破壞時的極限應變值極小。磚、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、鑄鐵等都是脆性材料。
展開 復合材料纖維方向斷裂韌性的測量方法
近期的材料力學性能數據庫中收錄的部分材料中有一些是有纖維方向斷裂韌性的，歡迎大家點擊“材料庫”菜單查閱。
文章轉載自“復合材料力學”微信公眾號，原文鏈接如下：
復合材料纖維方向斷裂韌性的測量方法
復合材料的斷裂和韌性
復合材料的斷裂和韌性.ppt
華中科技大學柳林組JMCA: 新型熱噴涂3D打印技術制備大尺寸高韌性Fe基非晶合金及其復合材料
研究發現，該非晶合金及復合材料具有優異斷裂韌性主要歸因于熱噴涂產生的扁平狀層間結構，阻礙裂紋貫穿性擴展，從而提高材料的斷裂韌性。在此基礎上，輔以預制模板，就可以打印出形狀較為復雜的三維非晶零件。相比于傳統激光3D打印技術，TS3DP技術具有更高的3D打印效率（是激光3D打印的4-10倍）。本研究成果不僅提供了一種制備大尺寸、高韌性非晶合金及復合材料的新方法，也為促進高性能非晶合金及復合材料的工業應用奠定基礎。
【圖文導讀】
圖1. 熱噴涂3D打印技術原理示意圖以及大尺寸Fe基非晶合金及復合材料樣件
圖2. 熱噴涂3D打印成形非晶合金及復合材料的顯微結構表征（SEM、TEM）
圖3. 熱噴涂3D打印非晶合金及復合材料的壓縮性能與斷裂韌性
圖4. 熱噴涂3D打印非晶合金及復合材料的斷裂與增韌機理分析
圖5. 采用模板輔助熱噴涂3D打印技術制備的形狀復雜的非晶合金及復合材料構件
【小結】
在這個工作中，研究人員開發出一種新型熱噴涂3D打印技術，成功制備出大尺寸Fe基非晶合金及其復合材料，該材料具有高強度（>1.8 GPa）及良好的斷裂韌性（13-21 MPa 1/2）。
在此基礎上，輔以預制模板，打印出形狀較為復雜的三維非晶零件。本研究成果不僅提供了一種制備大尺寸、高韌性非晶合金及復合材料的新方法，也為促進高性能非晶合金及復合材料的工業應用奠定基礎。該研究得到了國家自然科學基金項目（51531003；51471074）以及科技部973項目（2015C856801）等資助。
展開 金屬韌性損傷材料失效模型應用實例-Abaqus/Explicit鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析 ￥49.9
在常溫狀態下，大多數工程金屬具有較高的韌性，這種情況下，材料的失效分析通常會使用韌性損傷漸進失效模型。
如下圖所示，該模型完整的定義了材料的彈性階段、塑性階段、損傷起始與損傷演化。材料承載經歷彈塑性階段后達到損傷起始點a，繼續承載，損傷后的材料剛度折減，出現軟化，直到損傷參數D=1時，材料剛度退化為0，單元刪除。
韌性材料損傷漸進失效模型
工程案例：
鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析
上圖案例中的分析工況按閱讀順序依次是：
沖擊質量5kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度200m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度300m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度400m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚5mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚20mm;
沖擊質量25kg，速度400m/s，桶厚50mm;
沖擊質量25kg，速度500m/s，桶厚50mm;
付費部分為鋼制管狀結構多工況沖擊損傷失效分析案例的9種工況共計9個inp文件壓縮包+CAE 源文件壓縮包。
展開 哈佛大學鎖志剛院士團隊開發出高韌性、低滯后的可拉伸材料
彈性體和凝膠等可拉伸材料常被用于可拉伸電子設備、軟體機器人、藥物輸送和組織再生等領域。而這些領域通常需要材料具有高韌性和低滯后性。高韌性可以消耗較多的能量來抵抗裂縫生長，低滯后性可以在拉伸和恢復過程中耗散較少的能量。然而，因為韌性和滯后是由不同的能量耗散機制引起的，通常具有相關性，難以同時滿足這兩個要求。
高度拉伸的單一聚合物網絡彈性體或水凝膠具有低滯后性和低韌性?？梢酝ㄟ^引入犧牲鍵、纖維或多重聚合物網絡的方法來提升單一聚合物網絡的韌性。這些方法可以有效平衡韌性和滯后的關系。在含有犧牲鍵的材料中，無論是否可修復，當負載的大小超過某一閾值時，裂縫也會隨著拉伸循環不斷地生長，產生所謂的疲勞斷裂，使拉伸時的應力-應變行為復雜化，不利于在機器人、傳感器和致動器中的實際應用。
美國哈佛大學John A. Paulson工程與應用科學學院的鎖志剛教授課題組打破了韌性與滯后的相關性，提出了一種在不引入犧牲鍵的前提下，同時實現高韌性和低滯后性的策略——即采用具有強粘結力的低彈性模量基體和高彈性模量纖維組成復合材料。有趣的是，采用的基體和纖維都具有低滯后（5％）和低韌性（300 J/m2），而其復合材料卻體現低滯后和高韌性（10,000J/m2）?；w和纖維都易于發生疲勞斷裂，而復合材料具有高度抗疲勞性。相關工作以“Stretchable materials of high toughness and low hysteresis”為題，發表在《PNAS》上，第一作者王正錦博士。
研究者首先利用制備聚二甲基硅氧烷（PDMS）的復合材料來實現這一策略。材料前驅體分為基體（A）和固化劑（B），定義重量比為A/B = 10/1為“硬PDMS”，并將固化劑含量更小的樣品稱為“軟PDMS”。
展開 麥吉爾大學PANS助力建筑材料飛躍：同時提高拓撲互鎖陶瓷的強度和韌性
【引言】
構筑特定的微觀結構，利用材料異質性或混合成分已經被大量證明可以提高現代材料的性能。拓撲互鎖材料（TIM）使用摩擦滑動產生大的變形并在其他所有脆性部件中建立韌性。TIM的抗沖擊性比單片形式高10倍，但這種改進通常以靜態強度為代價。本文報告基于八面體塊的TIM設計，其不僅比相同材料的整體板更堅韌（50×），而且更強（1.2×）。由于TIM材料沒有強度和韌性上限，具有作為高性能結構材料的巨大潛力?；诒狙芯抗ぷ?，本文提出了一個無量綱的“互鎖參數”，可以指導未來的研究。在這項工作中，研究者們系統地探索了基于柏拉圖形狀的建筑面板的設計以及它們的截斷版本，以深入了解這些系統的結構-力學-性能關系。
【成果簡介】
近日，加拿大麥吉爾大學的Mohammad Mirkhalaf（第一作者）在Francois Barthelat教授的指導下，在國際頂級綜合性期刊PANS上面發表了文章：Simultaneous improvements of strength and toughness in topologically interlocked ceramics。拓撲互鎖材料（TIM）是一種新興的建筑材料，主要基于剛控制的幾何形狀的剛性構件，可以滑動，旋轉或互鎖，共同提供豐富的可調機構，精確的結構特性和功能。TIM的抗沖擊性通常是其整體形式的10倍，但這種改進通常以犧牲強度為代價。Francois Barthelat教授團隊使用3D打印和復制鑄造來探索基于柏拉圖形狀及其截斷版本的15種建筑陶瓷面板設計。 本文在準靜態和沖擊條件下測試了面板，通過立體成像，圖像相關和三維重建來監控各個塊的位移和旋轉。
展開 太形象了，直觀動圖搞明白材料的強度、硬度、彈性、韌性、延展性！
當為一個項目或者產品篩選合適的材質時，合理的取舍顯得非常重要，需要對材料的一些性能有基本的認知。本文通過一組有趣動圖帶你輕松了解材料強度、硬度、|彈性、韌性、延展性等。
目前我們有成立醫療、儀器、消費電子、家電、色彩、表面處理工藝、家居、智能穿戴等CMF行業交流群，有想加群的朋友可以點擊下方關注我們公眾號，添加微信選擇一個群加入哦~~
強度
材質要能經得起應用場景中受力的考驗，不彎、不斷、不碎、不變形
硬度
較硬的材質一般更抗刮擦，耐用，抗撕裂和壓痕。
彈性
材質吸收受力、能在不同方向彎曲并且能夠恢復到原來的狀態能力。
成型性能
是否方便加工成永久形狀，柿子雖然軟可以隨便捏但是捏完就完了。另外一個極端的例子鉆石硬度太高，也不適合用來加工。鉆石可以用來加工別的。
延性
長度方向上的受力變形能力。橡皮筋的彈性很好。材料方面熱塑性彈性體一般都具有不錯的延性。
抗拉強度
未發生斷裂或者折斷之前的變形能力。
延展性
未出現裂紋前，材質在各個方向上能夠改變形狀的能力 ，考驗的是材料再次塑性的能力。
韌性
材質抗沖擊能力，突然敲打一下，不會斷裂或者破碎 。
展開 『分享』碳纖維復合材料火箭發動機殼體用韌性環氧樹脂基體
本文旨在開發一種應用于固體火箭發動機殼體濕法纏繞成型的碳纖維專用韌性環氧樹脂基體，通過理論分析和大量的實驗研究，得到以下結論：
沖擊試驗機能進行哪些性能測試?
沖擊試驗機是用于評估材料在高速沖擊載荷作用下力學性能的重要設備，廣泛應用于金屬、塑料、橡膠、復合材料等領域。其核心是通過模擬材料在瞬間沖擊下的表現，判斷材料的韌性、脆性、抗沖擊強度等關鍵性能。以下是其主要可進行的性能測試類型：
1. 抗沖擊強度測試
定義：衡量材料抵抗沖擊載荷破壞的能力，通常以單位面積或單位厚度所承受的沖擊能量表示（如 kJ/m2、J/cm2）。
適用場景：金屬材料（如鋼材、鋁合金）的抗沖擊性能評估，判斷其在碰撞、撞擊等場景下的安全性。塑料、橡膠等高分子材料的韌性測試，例如塑料管道、安全帽等產品的抗沖擊指標檢測。
2. 韌性與脆性判斷
通過沖擊后的試樣狀態（如是否斷裂、斷裂面形態）判斷材料的韌性或脆性：
韌性材料：沖擊后可能發生較大變形而不斷裂，或斷裂面呈現纖維狀（如低碳鋼）。
脆性材料：沖擊后迅速斷裂，斷裂面平整且無明顯塑性變形（如鑄鐵、某些陶瓷）。
可結合斷口分析（如通過顯微鏡觀察斷裂面），深入研究材料的斷裂機制（如解理斷裂、韌性斷裂）。
3. 低溫沖擊測試（低溫脆性評估）
許多材料（如金屬、塑料）在低溫下會變脆，抗沖擊性能顯著下降。沖擊試驗機可配合低溫裝置（如液氮冷卻箱），在指定低溫環境（如 - 40℃、-60℃）下測試材料的沖擊性能。
典型應用：嚴寒地區使用的管道、車輛零部件的低溫韌性驗證。金屬材料的 “低溫脆性轉變溫度” 測定（即材料從韌性變為脆性的臨界溫度）。
4. 不同沖擊方式的專項測試
根據試樣形狀、沖擊載荷方向的不同，沖擊試驗機可進行多種標準化測試，常見類型包括：
擺錘式沖擊測試（最常用）：
簡支梁沖擊：試樣兩端固定，擺錘從上方沖擊試樣中部（適用于塑料、橡膠等）。
展開 
數控編程時,記住這十五條用刀技巧,加工很輕松
毛坯材料硬度高：逆銑較好；毛坯材料硬度低：順銑較好。
機床精度好、剛性好、精加工：較適應順銑，反之較適應逆銑。
零件內拐角處精加工強烈建議要用順銑。
粗加工：逆銑較好，精加工：順銑較好。
刀具材料韌性好、硬度低：較適應粗加工（大切削量加工）。
刀具材料韌性差、硬度高：較適應精加工（小切削量加工）。
走刀技巧，數控加工技能，不可不學！
毛坯材料硬度高：逆銑較好
毛坯材料硬度低：順銑較好
機床精度好、剛性好、精加工：較適應順銑，反之較適應逆銑
零件內拐角處精加工強烈建議要用順銑。
粗加工：逆銑較好，精加工：順銑較好
刀具材料韌性好、硬度低：較適應粗加工（大切削量加工）
刀具材料韌性差、硬度高：較適應精加工（小切削量加工）
CNC數控編程技巧的十六條秘籍，必須得收藏！
毛坯材料硬度高：逆銑較好
毛坯材料硬度低：順銑較好
機床精度好、剛性好、精加工：較適應順銑，反之較適應逆銑
零件內拐角處精加工強烈建議要用順銑。
粗加工：逆銑較好，精加工：順銑較好
刀具材料韌性好、硬度低：較適應粗加工（大切削量加工）
刀具材料韌性差、硬度高：較適應精加工（小切削量加工）
走刀技巧，數控加工技能，不可不學！
毛坯材料硬度高：逆銑較好
毛坯材料硬度低：順銑較好
機床精度好、剛性好、精加工：較適應順銑，反之較適應逆銑
零件內拐角處精加工強烈建議要用順銑。
粗加工：逆銑較好，精加工：順銑較好
刀具材料韌性好、硬度低：較適應粗加工（大切削量加工）
刀具材料韌性差、硬度高：較適應精加工（小切削量加工）
學無止境，沒有最好，只有更好。如果你感覺遇到了瓶頸，想往模具設計或者編程發展聯系我
掃描二維碼添加老師微信，備注“模具設計或者UG編程”
微信：CHFX002 QQ：487209997
轉發點贊本文可獲得學習資料分享哦，記得一定要加我?。。?/span>
展開 