力學(xué)性能的案例
Al含量對β鍛造TC25鈦合金環(huán)形鍛件力學(xué)性能的影響
本文介紹TC25不同Al含量原材料對環(huán)形鍛件β鍛造的力學(xué)性能影響研究，采用同一原材料廠商不同Al含量原材料通過相同的鍛造和熱處理工藝，解剖實驗鍛件研究不同Al含量原材料對β鍛造環(huán)形鍛件力學(xué)性能的關(guān)系。從而掌握此材料特性，積累數(shù)據(jù)，提出對原材料的管理和控制，完善標(biāo)準(zhǔn)，提高鍛件的力學(xué)性能。
TC25鈦合金屬于Ti-Al-Zr-Sn-Mo-W-Si系的變形馬氏體型α+β兩相鈦合金。合金中含有鉬、鎢等高熔點的元素，熱強(qiáng)性、耐熱性很好。TC25是我國自主研制的材料，由于這種材料的室溫性能、高溫強(qiáng)度、蠕變性能、熱穩(wěn)定性、疲勞性能和斷裂韌性等匹配較好，各項性能優(yōu)良，因此主要用于航空發(fā)動機(jī)上高壓壓氣機(jī)盤件、機(jī)匣類等重要零件。
TC25較其他鈦合金的突出優(yōu)點是工作使用溫度達(dá)500～550℃，在500℃以下工作時間達(dá)6000h，在550℃以下工作時間達(dá)3000h，也是發(fā)動機(jī)的首選的材料之一。因此此材料鍛件對性能的要求比航空發(fā)動機(jī)上其他α+β兩相鈦合金材料高。
TC25鍛件一般要求β鍛造并按β鍛造指標(biāo)驗收的鍛件為模鍛件，因為采用模具整體悶?zāi)３尚伪阌诳刂茰囟鹊淖兓Ｄ壳耙灿幸蟓h(huán)形鍛件按β鍛造工藝進(jìn)行環(huán)軋并按β鍛造指標(biāo)驗收的產(chǎn)品，但之前研究較少，在實驗生產(chǎn)過程中，由于化學(xué)成分的波動導(dǎo)致相同鍛造和熱處理工藝生產(chǎn)的實驗鍛件出現(xiàn)力學(xué)性能沒有富余并不滿足要求的情況。本文主要闡述通過不同Al含量原材料對環(huán)形鍛件β鍛造的力學(xué)性能影響的研究，優(yōu)化化學(xué)成分方案并控制，提高鍛件力學(xué)性能。
β鍛環(huán)形鍛件的化學(xué)成分及力學(xué)性能指標(biāo)
TC25的化學(xué)成分及力學(xué)性能指標(biāo)如表1、表2所示。
表1 化學(xué)成分（單位：％）
表2 力學(xué)性能
試驗方案
試驗原材料為同一廠商提供，其Al元素含量分別為6.4%、6.8%、7.2%，其他元素差異較小。
展開 塑料樣條的制備條件對力學(xué)性能檢測準(zhǔn)確性的研究
圖 2 注射速度對材料力學(xué)性能的影響
3. 保壓壓力對材料力學(xué)性能的影響
由圖3可知，隨著保壓壓力的提高，抗拉強(qiáng)度、最大彎曲強(qiáng)度和破壞彎曲強(qiáng)度均有不同程度的提高，但斷裂伸長率卻出現(xiàn)明顯下降的趨勢。一定范圍內(nèi)保壓壓力的增加會導(dǎo)致材料的密度和均勻性提高，進(jìn)而提升材料的抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度；但對斷裂伸長率而言，過高的保壓壓力很可能導(dǎo)致材料分子鏈取向不當(dāng)，減少了材料的韌性，從而降低了斷裂伸長率。
圖 3 保壓壓力對材料力學(xué)性能的影響
4. 背壓對材料力學(xué)性能的影響
由圖4可知，適當(dāng)?shù)谋硥嚎梢詭椭哿纤芑浞郑瑥亩岣弋a(chǎn)品的強(qiáng)度和質(zhì)量，但當(dāng)背壓達(dá)到一定范圍時對抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度影響不大，但斷裂伸長率隨著背壓的增大有明顯減小的趨勢，可能的原因是背壓的增加可能會影響材料的塑性變形能力，使得材料在受力時更傾向于脆斷而不是塑性。
圖 4 背壓對材料力學(xué)性能的影響
（三）其他影響因素
1. 冷卻速度
如聚乙烯制樣過程中熔體冷卻速度過慢，試樣中易形成大的球晶，大球晶結(jié)構(gòu)使試樣發(fā)脆，導(dǎo)致力學(xué)性能降低；反之如果冷卻速度過快，試樣外表的熔體來不及結(jié)晶而成為非晶結(jié)構(gòu)，但試樣內(nèi)部仍有微晶結(jié)構(gòu)的形成，這種內(nèi)外程度的不均勻性會引起試樣出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，同樣會使試樣的拉伸性能發(fā)生變化。
圖5 聚乙烯球晶的光散射圖形
2. 注塑前的預(yù)處理
在制備樣品前，塑料原料可能需要進(jìn)行干燥處理，尤其是對于那些吸濕性較強(qiáng)的塑料如聚酰胺（PA）、ABS等。水分的存在會在拉伸過程中引發(fā)應(yīng)力集中，導(dǎo)致樣品提前破壞，使測試結(jié)果失真。
展開 原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)——材料微觀力學(xué)性能
材料微觀力學(xué)性能原位測試儀器具有：微觀、原位、復(fù)合載荷、多物理場耦合四大特點，其中復(fù)合載荷、多物理場耦合特點在傳統(tǒng)宏觀力學(xué)測試儀中有應(yīng)用，微觀、原位是不同于傳統(tǒng)宏觀力學(xué)測試試的特點。微觀測試：宏觀測試 傳統(tǒng)力學(xué)測試，（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）針對的都是宏材尺度試件；微觀測試 微納米級；納米尺度下對試件材料進(jìn)行力學(xué)性能測試；微納米力學(xué)測試相比于傳統(tǒng)的力學(xué)測試在測試精度上有著本質(zhì)的提升，（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）使得人類可以從更為微觀的理解材料的力學(xué)性能與微觀未知世界。原位：對材料進(jìn)行力學(xué)性能測試中，通過掃描電子顯微鏡等儀器對載荷作用下材料變形損傷進(jìn)行全程動態(tài)監(jiān)測的一種力學(xué)測試新技術(shù)。（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）原位測試儀器：在顯微成像設(shè)備的腔體內(nèi)進(jìn)行試驗材料拉伸/壓縮力學(xué)性能測試的系統(tǒng)；（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）獲得彈性模量、屈服極限及破壞極限等重要力學(xué)參數(shù)；并結(jié)合顯微成像設(shè)備的圖像記錄功能材料的損傷變形、裂紋產(chǎn)生等力學(xué)行為分析。 （原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）離位測試：試驗機(jī)對材料試作進(jìn)行拉伸試樣；由試驗機(jī)繪出載荷-伸長曲線，進(jìn)而得到載荷作用下應(yīng)力應(yīng)變曲線圖；拿經(jīng)過拉伸試驗的試件去掃描電鏡進(jìn)行放大觀察分析，（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）電鏡將試件放大到5000倍觀察即是微觀級別，放大到10000倍是納米級別。
納米力學(xué)主要研究納米尺度物質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)和動力學(xué)問題，有非常廣泛和重要的科研和應(yīng)用價值。傳統(tǒng)的力學(xué)系統(tǒng)通常由牛頓力學(xué)描述，（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）而納米力學(xué)可以實現(xiàn)傳統(tǒng)力學(xué)體系無法實現(xiàn)的功能和動力學(xué)特性，近年來受到了廣泛的關(guān)注。產(chǎn)生超強(qiáng)非線性效應(yīng)和非對稱的振動傳播，（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）對未來該領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究起到了重要推動作用。 眾所周知，胡克定律是支配力學(xué)系統(tǒng)的重要規(guī)律，其可以表述為對于微小的形變，力學(xué)系統(tǒng)的響應(yīng)是線性的。
展開 淺析激光切割對飛機(jī)蒙皮材料力學(xué)性能的影響
2A12 硬鋁合金通過激光切割后，有如下試驗結(jié)果:
( 1) 飛機(jī)蒙皮材料的激光切割試件與母材相比，抗拉強(qiáng)度下降約50 MPa ～ 60 MPa，延伸率下降約3% ～ 3. 5%，而屈服強(qiáng)度則提高約55 MPa ～ 70 MPa;
( 2) 對激光切割試件做去除掛渣或打磨處理，其力學(xué)性能較不做處理的試件要好。
之所以會出現(xiàn)上述現(xiàn)象，是由于鋁合金材料在激光切割過程中在熱影響區(qū)產(chǎn)生熱致微裂紋，從而降低了力學(xué)性能指標(biāo)，通過去除掛渣或打磨，則可以減小熱致微裂紋對力學(xué)性能的影響。
3. 3 試件壓縮及剪切測試分析
由于飛機(jī)蒙皮材料為一定厚度的板材，其壓縮及剪切強(qiáng)度的測試試件不能采用標(biāo)準(zhǔn)試件樣式， 制備試件，試件分別采用激光切割和機(jī)械加工方式進(jìn)行制備，對這兩種加工方法獲得的試件分別進(jìn)行壓縮和剪切對比試驗。壓縮測試考慮到試件厚度只有2. 5 mm，采用虎鉗夾持、底部支撐的方式保證試件的穩(wěn)定，壓縮面積為12. 5 mm × 2. 5 mm，; 剪切測試采用雙側(cè)雙剪方式，剪切槽寬16. 5 mm，剪切面積為12. 5 mm × 2. 5 mm × 4。
壓縮及剪切測試結(jié)果，從測試結(jié)果可以看出，飛機(jī)蒙皮材料通過機(jī)械加工和激光切割后，其抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度幾乎相同。
3. 4 電鏡照片分析
在上述試驗過程中，激光切割試件的力學(xué)性能發(fā)生了變化，為了進(jìn)一步其變化的本質(zhì)原因，對試件激光切割斷面和拉伸斷面進(jìn)行電鏡分析。
試件激光切割斷面27 倍和300 倍電鏡可以看出激光切割后形成的硬化層，且能夠明顯看出切割的紋理及掛渣。
分別是激光切割試件拉伸斷面95 倍和200 倍電鏡，可以看出激光切割后形成的熱影響區(qū)。
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技術(shù) | 熱處理工藝對TC18電子束焊焊接接頭力學(xué)性能的影響
對經(jīng)過不同熱處理的焊接接頭，測試母材及接頭的拉伸和沖擊性能，對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，優(yōu)選出合理的焊后熱處理工藝，再用該焊后熱處理工藝處理一批焊縫，然后進(jìn)行疲勞性能研究。
2.3 力學(xué)性能試樣制備
經(jīng)過熱處理的焊縫，根據(jù)需要檢測的力學(xué)性能，分別采用不同標(biāo)準(zhǔn)，截取力學(xué)性能檢測試樣。所有試樣取樣位置如圖1所示，焊縫位于試板中間。
根據(jù)GB/T228—2002取拉伸試樣并試驗；根據(jù)GB/T229—2002標(biāo)準(zhǔn)，截取V形缺口標(biāo)準(zhǔn)試樣并進(jìn)行試驗；根據(jù)HB5287—1996《金屬材料軸向加載疲勞試驗方法》，加工疲勞試樣，整個試驗在QBG－100高頻疲勞試驗機(jī)上進(jìn)行，試驗條件見表2。
三、 試驗結(jié)果及分析
3.1 TC18鈦合金接頭拉伸力學(xué)性能
對經(jīng)過不同熱處理工藝的TC18電子束焊焊縫，檢測其拉伸力學(xué)性能，表3為TC18鈦合金母材及電子束焊接接頭經(jīng)過不同熱處理工藝后的拉伸力學(xué)性能數(shù)據(jù)。
從表3中的數(shù)據(jù)可以看出，在經(jīng)過普通退火和去應(yīng)力退火后，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均略低于母材的，斷面收縮率和斷后伸長率均與母材的相近。雙重?zé)崽幚砗螅附咏宇^的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均高于母材的，斷面收縮率和斷后伸長率均小于母材的。
3.2 TC18鈦合金接頭沖擊韌性
表4為TC18鈦合金母材及電子束焊焊接接頭經(jīng)過不同熱處理后的沖擊性能數(shù)據(jù)。從表4中可以看出，經(jīng)雙重退火后，母材和焊接接頭的沖擊韌度均較好，且焊接接頭的沖擊韌度高于母材的。
通過對TC18鈦合金3種熱處理制度下的拉伸與沖擊性能的試驗數(shù)據(jù)比較和分析，可以看出采用焊后雙重退火處理工藝可以保證TC18鈦合金電子束焊焊接接頭具有較好的綜合性能。
展開 直播回顧 | 《材料準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能測試及在材料分析中的應(yīng)用》
高分子基復(fù)合材料作為一種新型材料，以其輕量、耐腐蝕及良好的力學(xué)性能等而倍受青睞。由于其優(yōu)良的特性，復(fù)合材料的研究和應(yīng)用得到了極大關(guān)注，目前已被廣泛應(yīng)用于航空航天、電子、汽車及建筑等領(lǐng)域。作為表征材料性能和安全可靠性保證的手段，力學(xué)性能試驗方法及其標(biāo)準(zhǔn)化是關(guān)系到推進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用，如新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計階段通過模流分析進(jìn)行材料結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具設(shè)計、原料選型等。
模流分析是注塑產(chǎn)品前期分析、模具設(shè)計和注塑成型常用的專業(yè)分析方法，廣泛應(yīng)用于汽車、家電、通訊電子、軍工等模具注塑產(chǎn)品領(lǐng)域。
材料在常溫、靜載作用下的宏觀力學(xué)性能，是進(jìn)行模流分析是必須要確定的力學(xué)參數(shù)。這些力學(xué)性能均需用標(biāo)準(zhǔn)試樣在材料試驗機(jī)上按照規(guī)定的試驗方法和程序測定，進(jìn)而獲取材料的彈性模量、泊松比等材料性能結(jié)果。
上周四的國高材直播間繼續(xù)上周的“智能注塑之模流分析系列培訓(xùn)課程”的第二節(jié)培訓(xùn)課《材料準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能測試及在材料分析中的應(yīng)用》，龐老師向大家從實驗室設(shè)備硬件、軟件和實驗室人員技能精進(jìn)的方法路徑三方面來展開準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能培訓(xùn)。
（部分直播PPT，完整版請至課程回看）
本周四的國高材直播間繼續(xù)上周的“智能注塑之模流分析系列培訓(xùn)課程”的第三節(jié)培訓(xùn)課《材料流變性能測試及在材料分析中的應(yīng)用》，龐老師將向大家從實驗室設(shè)備硬件、軟件和實驗室人員技能精進(jìn)的方法路徑三方面來展開材料流變性能培訓(xùn)。
培訓(xùn)時間：7月8日 17:00
培訓(xùn)大綱：
1. 流變儀的種類及應(yīng)用范圍
2. 設(shè)備選型及管理方法
3. 測試標(biāo)準(zhǔn)及操作介紹
4. 測試影響因素
5.
展開 仿生材料的微組織結(jié)構(gòu)對力學(xué)性能的影響
生物材料盡管由性能并不突出的簡單組元在相對溫和的條件下組裝而成，但卻表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學(xué)性能和功能特性，這主要得益于其跨越不同尺度的復(fù)雜而巧妙的組織結(jié)構(gòu)，特別是由此帶來的獨特的變形與斷裂機(jī)制和強(qiáng)韌化機(jī)理。
圖1 原使取向與受力之后微組織結(jié)構(gòu)的再取向
中科院某科研團(tuán)隊系統(tǒng)地闡明了天然生物材料梯度設(shè)計的形式、原則及其起到的作用與機(jī)制的基礎(chǔ)上，首次提出了新型材料組織結(jié)構(gòu)取向梯度的概念與設(shè)計原則，建立了組織結(jié)構(gòu)取向以及變形過程中發(fā)生的結(jié)構(gòu)再取向與材料力學(xué)性能之間的系統(tǒng)定量關(guān)系，通過控制微觀組織結(jié)構(gòu)取向?qū)崿F(xiàn)材料的局域剛度、強(qiáng)度與韌性的優(yōu)化分布與相互匹配，從而提高材料整體的力學(xué)性能。
圖2 材料通過微觀組織結(jié)構(gòu)再取向?qū)崿F(xiàn)綜合力學(xué)性能的全面同步提升
同時該課題組發(fā)現(xiàn)：材料在加載過程中發(fā)生的組織結(jié)構(gòu)再取向不僅可以提高其變形能力，更能夠為實現(xiàn)綜合力學(xué)性能的改善提供有效的途徑，如圖2所示。通過調(diào)整自身的組織結(jié)構(gòu)與所受外力之間的取向關(guān)系，材料在拉伸條件下的剛度和強(qiáng)度逐步提高，同時裂紋擴(kuò)展路徑逐漸偏離最大正應(yīng)力方向，因而斷裂韌性得以同步增強(qiáng)；而在壓縮條件下，材料的力學(xué)穩(wěn)定性與劈裂韌性也表現(xiàn)出同步增大的趨勢。因此，材料可以利用有限的變形實現(xiàn)其剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性與斷裂韌性的全面提升，而這些性能本身則往往體現(xiàn)出相互制約的關(guān)系。
(a) 復(fù)合結(jié)構(gòu)在受到壓力之后逐漸偏離正應(yīng)力方向；(b、c) 取向軸的角度偏離微觀、宏觀表述
圖3
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201705220
來源：材料前沿科技微信公眾號（ID：clqykj），作者：Mr.Five。
展開 ABAQUS橡膠支座仿真：有初始轉(zhuǎn)角的橡膠隔震支座水平力學(xué)性能研究
Keywords: large-span spatial structure; rubber bearing; initial rotation; horizontal stiffness; experimental study
近些年來，隨著隔震技術(shù)的發(fā)展，隔震建筑不斷涌現(xiàn)，且在歷次大地震的考驗中展現(xiàn)出了優(yōu)秀的抗震性能。隔震技術(shù)被認(rèn)為是最有效的抗震手段之一[1]。其中，采用橡膠隔震支座進(jìn)行隔震是一種比較常用且成熟的方法。在一些使用橡膠隔震支座的大跨空間結(jié)構(gòu)中，其支座常常存在轉(zhuǎn)動問題[2-3]，這必然會對支座的力學(xué)性能產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響其隔震效果。因此，本文對有初始轉(zhuǎn)角的橡膠隔震支座的水平力學(xué)性能進(jìn)行研究，為橡膠隔震支座在大跨空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用和設(shè)計提供參考。
水平力學(xué)性能是橡膠隔震支座最重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一。HARINGX[4]首次將支座假定為一個均勻和各向同性的柱體，提出了在水平力與豎向壓力共同作用下疊層橡膠支座的水平剛度理論計算公式。在中等剪應(yīng)變下，HARINGX的理論計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好[5]。KOH等[6]提出了在大豎向壓力和大剪應(yīng)變下的橡膠支座力學(xué)模型。針對HARINGX理論的不足，CHANG[7]提出采用剛度矩陣法，DING等[8]提出了轉(zhuǎn)換矩陣法，通過研究一個具有上下鋼板約束的單層橡膠墊來分析疊層橡膠隔震支座的力學(xué)性能。HE等[9]根據(jù)HARINGX理論研究了橡膠支座的回轉(zhuǎn)剛度，并提出支座端部的轉(zhuǎn)角會對支座的水平剛度產(chǎn)生較大影響。RAVARI等[10]根據(jù)HARINGX理論，對有初始轉(zhuǎn)角的疊層橡膠支座進(jìn)行了分析，并提出了簡化計算模型。
目前，相關(guān)學(xué)者針對有初始轉(zhuǎn)角的疊層橡膠支座的研究多為理論研究，且大部分均基于HARINGX理論，不能反映橡膠材料本身的變化對支座水平剛度的影響，相關(guān)的試驗研究也還很少。
展開 精沖鋼微觀組織對其力學(xué)性能和精沖性能影響的多尺度模擬研究
為了研究精沖鋼不同微觀組織對精密沖裁工藝的適應(yīng)性，分別建立基于材料組織的微觀代表性體積單元（RVE）模型和基于子模型法的RVE——宏觀有限元耦合多尺度模型，研究了球化退火后材料基體中滲碳體顆粒不同直徑、體積分?jǐn)?shù)以及碳化物帶分布特征對拉伸、剪切力學(xué)性能和精沖性能的影響。
精密沖裁工藝是在很小的凸凹模間隙下，利用精沖凸凹模、反頂凸模及V形齒圈的共同作用使沖裁變形區(qū)處于較高的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，材料延遲斷裂的時間顯著延長，進(jìn)而獲得高質(zhì)量沖裁斷面。與傳統(tǒng)板料沖裁方法相比，精沖工藝條件更為嚴(yán)苛，對所用板材的要求也更高。目前，最常用的精沖材料是精沖用低碳鋼板，通常經(jīng)歷熱軋、冷軋、退火處理等工序得到。
代表性體積單元（RVE)常被用于模擬研究具有多相微觀組織的材料性能，如材料的流動應(yīng)力曲線、損傷和斷裂特性等力學(xué)性能。將RVE模型作為子模型，并結(jié)合宏觀有限元模擬得到的某單元位移場變化，構(gòu)建宏觀—微觀模型，可實現(xiàn)對復(fù)雜成形工藝關(guān)鍵位置處不同微觀組織變形行為的模擬。
本文通過數(shù)值模擬研究了精沖鋼不同的微觀組織對其力學(xué)性能和精沖性能的影響。首先，針對球化退火后的滲碳體顆粒直徑、體積分?jǐn)?shù)、分布狀態(tài)以及未退火的珠光體組織，分別建立了不同的RVE模型；其次，對不同微觀組織模型施加拉伸、剪切邊界條件進(jìn)行數(shù)值模擬研究；再次，基于子模型法，在精沖試驗宏觀有限元模型中提取剪切變形區(qū)中心位置單元的位移歷史作為RVE模型的邊界條件，構(gòu)建宏觀—微觀模型以探究不同微觀組織對精沖性能的影響；最后，通過對比分析模擬所得的子模型單元失效情況與實際精沖試樣的掃描電鏡（SEM)觀察結(jié)果，驗證模擬的準(zhǔn)確性。
精沖鋼的微觀組織
精沖工藝相同時，精沖材料的性能很大程度上決定了精沖質(zhì)量。如前所述，精沖用低碳鋼板因原材料、軋制工藝、退火工藝等的差異，導(dǎo)致材料的微觀組織及性能也會存在差異。
展開 復(fù)合材料常用的力學(xué)性能指標(biāo)有哪些？
復(fù)合材料的力學(xué)性能指標(biāo)與其 “多相、各向異性” 的結(jié)構(gòu)特性密切相關(guān)，需針對性評估其承載、變形、斷裂等核心能力；而力學(xué)測試則需結(jié)合材料特性（如纖維方向、基體類型）和應(yīng)用場景（如航空、建筑）選擇標(biāo)準(zhǔn)方法，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和工程適用性。
一、復(fù)合材料常用的力學(xué)性能指標(biāo)
復(fù)合材料的力學(xué)性能指標(biāo)通常分為基本性能、剛度性能、強(qiáng)度性能和疲勞/斷裂性能。
1、基本性能
纖維體積含量（Fiber Volume Fraction, Vf）： 纖維在復(fù)合材料總體積中所占的比例。這是最重要的一個基本參數(shù)，直接決定材料的剛度和強(qiáng)度。
孔隙率（Porosity）： 材料內(nèi)部孔隙的體積含量。孔隙是缺陷的主要來源，會顯著降低材料的力學(xué)性能，尤其是層間性能。
2、剛度性能（描述材料抵抗變形能力的指標(biāo)）
彈性模量（Elastic Modulus）：
縱向模量（E1）： 沿纖維方向的拉伸/壓縮模量。主要由高性能纖維（如碳纖維、玻璃纖維）決定，非常高。
橫向模量（E2）： 垂直于纖維方向的拉伸/壓縮模量。主要由基體（如環(huán)氧樹脂）決定，相對較低。
面內(nèi)剪切模量（G12）： 描述材料抵抗面內(nèi)剪切變形的能力。由纖維和基體共同作用。
泊松比（Poisson‘s Ratio, ν12）： 沿纖維方向拉伸時，橫向收縮應(yīng)變與縱向伸長應(yīng)變的比值。反映了材料的橫向變形特性。
3、強(qiáng)度性能（描述材料抵抗破壞能力的指標(biāo)）
拉伸強(qiáng)度（Tensile Strength）：
縱向拉伸強(qiáng)度（X?）： 沿纖維方向的抗拉強(qiáng)度。非常高，是復(fù)合材料優(yōu)勢的體現(xiàn)。
橫向拉伸強(qiáng)度（Y?）： 垂直于纖維方向的抗拉強(qiáng)度。較低，主要由較弱的樹脂基體決定。
展開 大連理工|清華大學(xué)發(fā)表頂刊綜述：先進(jìn)蜂窩結(jié)構(gòu)設(shè)計及力學(xué)性能提升研究進(jìn)展！
混雜蜂窩與相應(yīng)的常規(guī)經(jīng)典蜂窩的力學(xué)性能對比，包括彈性模量 E、壓縮強(qiáng)度σ和比能量吸收 SEA
（2）彎曲策略：
自然界中有許多許多曲面結(jié)構(gòu)，例如貝殼、啄木鳥的喙、龜殼和甲蟲的前翅，這些曲面結(jié)構(gòu)在經(jīng)過億萬年的進(jìn)化后在自然生物中發(fā)展起來，具有很高的剛度/強(qiáng)度和能量吸收效率。近年來，借助曲面結(jié)構(gòu)和仿生方法，研究人員已經(jīng)提出了一些具有曲面結(jié)構(gòu)特征的輕質(zhì)蜂窩。
圖11 自然界中的曲面結(jié)構(gòu)
常見的曲面蜂窩結(jié)構(gòu)有圓形、正弦曲線構(gòu)型、U型、V型等，如圖12所示。圖13對比了曲面蜂窩與相應(yīng)的規(guī)則蜂窩之間的機(jī)械性能對比。比率主要集中在1和4之間。曲面設(shè)計可改善部分構(gòu)型的彈性模量、壓縮強(qiáng)度和比吸能特性。研究表明，彎曲策略是一種有效的擴(kuò)大蜂窩材料力學(xué)性能范圍的設(shè)計方法。
圖12 曲面蜂窩結(jié)構(gòu)
圖 13 曲面蜂窩與相應(yīng)規(guī)則蜂窩的力學(xué)性能對比，包括彈性模量 E、壓縮強(qiáng)度σ和比能量吸收 SEA
（3）增強(qiáng)策略：
增強(qiáng)策略是通過人為增加一些加強(qiáng)支柱或局部增強(qiáng)來提高蜂窩結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。例如調(diào)整單胞的厚度、改變接頭的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或增加額外的曲面筋條等，如圖14所示。
圖 15 顯示了帶有加強(qiáng)支柱的蜂窩與常規(guī)經(jīng)典蜂窩之間的力學(xué)性能差異。性能比率主要集中在1到8之間。由于加強(qiáng)支柱設(shè)計，部分構(gòu)型的彈性模量、壓縮強(qiáng)度和比能量吸均有所提升。
圖 14.
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多鐵材料納米力學(xué)性能表征重要進(jìn)展！
近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院納米調(diào)控與生物力學(xué)研究室在多鐵材料納米力學(xué)性能表征領(lǐng)域
取得重要進(jìn)展，提出了一種能夠同時表征多鐵納米材料納米尺度壓電性能和力學(xué)性能的技術(shù)。相關(guān)成果發(fā)表在固體力學(xué)頂級期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids（
一區(qū)，影響因子3.566）上。論文第一作者是深圳先進(jìn)院客座博士研究生朱慶豐。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022509618310160?via%3Dihub
多鐵材料是一種同時具有鐵彈、鐵電、鐵磁兩種或兩種以上序參數(shù)耦合的多功能材料。多鐵磁電材料能展現(xiàn)出獨特的磁電耦合效應(yīng)，其在傳感器、多態(tài)存儲、自旋電子器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。多鐵納米材料由于能夠促進(jìn)電子器件的多功能化、集成化及微型化，近年來受到廣泛的關(guān)注和研究。
多鐵納米材料器件應(yīng)用時，其納米尺度力學(xué)和壓電性能起著至關(guān)重要的作用，一方面是由于磁電耦合效應(yīng)源于復(fù)合材料內(nèi)部應(yīng)力的傳遞，另一方面這一應(yīng)力也可能會導(dǎo)致材料的疲勞甚至損壞，直接關(guān)聯(lián)著器件的性能。因此，用納米尺度同時表征多鐵復(fù)合材料力學(xué)和壓電性，既是理解多鐵復(fù)合材料磁電耦合行為的關(guān)鍵，又是優(yōu)化增強(qiáng)復(fù)合材料磁電耦合性能的基礎(chǔ)，然而當(dāng)前缺乏相應(yīng)的表征技術(shù)。
展開 實例講解：如何解決缸體力學(xué)性能不達(dá)標(biāo)、滲漏、夾渣等缺陷？
我廠主要生產(chǎn)汽油機(jī)和柴油機(jī)缸體，一直采用硅鈣孕育劑進(jìn)行孕育，經(jīng)常出現(xiàn)力學(xué)性能達(dá)不到要求的現(xiàn)象，并且所生產(chǎn)的缸體在機(jī)加工過程中經(jīng)常出現(xiàn)滲漏、夾渣等缺陷。經(jīng)分析，產(chǎn)生這些缺陷的主要原因是組織粗大，在熱節(jié)部位產(chǎn)生縮松;另外，由于硅鈣孕育劑成渣傾向大，處理需用的加人量大，造成渣量較大而易產(chǎn)生鑄件夾渣凹。為解決這一問題，在熔煉上進(jìn)行了多方面試驗，特別是對孕育劑進(jìn)行了多品種的試驗，最后選用鍶硅孕育劑取得了很好的效果。
1、試驗條件
采用容量為6t的變頻感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，造型方式為濕型砂氣沖造型生產(chǎn)線，連續(xù)生產(chǎn)。鐵液出爐溫度為1 480~1 500 C，鐵液包容量為1 000 kg;孕育方式采用包內(nèi)沖人法，孕育劑加入量為0.30%~0.45%，試樣在中間包次澆注完鑄件后澆注。
所用爐料為:廢鋼為優(yōu)質(zhì)碳素鋼，生鐵為河南球墨生鐵和本溪球墨生鐵，回爐料為同類產(chǎn)品回爐料,孕育劑為鍶硅孕育劑和硅鈣孕育劑，其他合金材料還有FeSi、FeMn等。鍶硅孕育劑的主要成分見表1。
爐前檢測采用澆濕型三角試樣檢查白口深度，用激冷型檢查鐵液凝固時頂部發(fā)生的行為作快速判斷。采用濕法分析鐵液成分，10 t萬能強(qiáng)度試驗機(jī)檢測抗拉強(qiáng)度，布氏硬度計檢測硬度，金相顯微鏡檢查金相組織。
2試驗結(jié)果及分析
2.1爐料配比
根據(jù)我廠的實際條件，我們對不同的爐料配比進(jìn)行了試驗，具體的爐料配比見表2。并且在同一種爐料配比方案中同時采用硅鈣孕育劑和鍶硅孕育劑兩種孕育劑進(jìn)行孕育處理。
2.2 試生產(chǎn)抽查結(jié)果
2.2.1
力學(xué)性能和金相組織采用不同的爐料配比方案一和方案二，用硅鈣孕育劑和鍶硅孕育劑分別進(jìn)行孕育處理，其力學(xué)性能和金相組織呈現(xiàn)出不同的結(jié)果，表3為兩種孕育劑孕育處理后的化學(xué)成分，表4為兩種孕育劑孕育處理后的力學(xué)性能和金相組織。
展開 高應(yīng)變速率和準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)拉伸性能有什么不同？如何準(zhǔn)確選擇測試設(shè)備？
基于高速液壓伺服試驗機(jī)的材料動態(tài)拉伸試驗是獲得中低應(yīng)變率力學(xué)性能的主要手段，但如何獲得材料的動態(tài)拉伸載荷、動態(tài)應(yīng)變，以及失效過程的熱耗散數(shù)據(jù)是試驗測試的關(guān)鍵。就像飛機(jī)在服役過程中結(jié)構(gòu)可能會遭受鳥撞、應(yīng)急墜撞等沖擊載荷的作用，如飛機(jī)機(jī)頭和機(jī)翼結(jié)構(gòu)是飛鳥、冰雹等外來物沖擊的密切關(guān)注部位，飛機(jī)機(jī)體下部結(jié)構(gòu)則需進(jìn)行抗墜撞設(shè)計以提高其適墜性。飛機(jī)結(jié)構(gòu)在沖擊載荷作用下，材料的力學(xué)行為相較準(zhǔn)靜態(tài)加載需考慮應(yīng)變率效應(yīng)的影響，即隨著加載應(yīng)變率的提高，材料往往呈現(xiàn)出一定的應(yīng)變率敏感性。以往研究表明，高強(qiáng)度材料的強(qiáng)度極限和失效應(yīng)變等參數(shù)隨著應(yīng)變率的提高會發(fā)生顯著變化，因此，為準(zhǔn)確進(jìn)行飛機(jī)結(jié)構(gòu)的抗沖擊設(shè)計和分析，需通過試驗手段獲得材料的動態(tài)力學(xué)性能參數(shù)。
一般而言，應(yīng)變率范圍10-1s-1～103s-1為中低應(yīng)變率狀態(tài)，處于該范圍左右兩端之外的則分別為準(zhǔn)靜態(tài)和高應(yīng)變率狀態(tài)。需要說明的是在不同的應(yīng)變率范圍，需匹配不同的試驗設(shè)備進(jìn)行力學(xué)性能測試，如圖1所示，如準(zhǔn)靜態(tài)范圍一般通過常規(guī)的靜態(tài)試驗機(jī)，中低應(yīng)變率范圍則一般通過高速液壓伺服試驗機(jī)，而高應(yīng)變率范圍則一般采用霍普金森桿試驗裝置。相較而言，中低應(yīng)變率范圍內(nèi)的材料動態(tài)力學(xué)性能測試方法尚沒有準(zhǔn)靜態(tài)和高應(yīng)變率下的測試方法成熟，主要體現(xiàn)為基于高速液壓伺服試驗機(jī)的材料中低應(yīng)變率動態(tài)拉伸試驗相對較少，在關(guān)鍵試驗參數(shù)測試、試驗數(shù)據(jù)處理等方面有待進(jìn)一步形成共識。
圖1 典型材料在不同應(yīng)變率范圍的試驗裝置
高速拉伸試驗機(jī)
霍普金森桿
材料的動態(tài)應(yīng)變測試
材料力學(xué)性能試驗中應(yīng)變測試的常規(guī)方法包括應(yīng)變電測法和引伸計測量方法。但受限于常規(guī)應(yīng)變片使用量程的限制，無法測量材料的塑性變形全過程。而材料動態(tài)拉伸試驗為瞬態(tài)破壞過程，傳統(tǒng)機(jī)械引伸計易發(fā)生損壞也不適用。
展開 『分享』一些鋼的力學(xué)性能參數(shù)（屈服強(qiáng)度，剪切強(qiáng)度，彈性模量等）
做有限元分析材料參數(shù)很重要，發(fā)一些材料的力學(xué)性能的參數(shù)，包括電工硅鋼 普通碳素鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素工具鋼 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)彈簧鋼 等的在常溫下的屈服強(qiáng)度 彈性模量 剪切強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能參數(shù)。
鼓勵上傳經(jīng)典自創(chuàng)資料
鋼鐵的力學(xué)性能.rar
