Hardening by annealing and softening by deformation in nanostructured metals

We observe that a nanostructured metal can be hardened by annealing and softened when subsequently deformed, which is in contrast to the typical behavior of a metal. Microstructural investigation points to an effect of the structural scale on fundamental mechanisms of dislocation-dislocation and dislocation-interface reactions, such that heat treatment reduces the generation and interaction of dislocations, leading to an increase in strength and a reduction in ductility. A subsequent deformation step may restore the dislocation structure and facilitate the yielding process when the metal is stressed. As a consequence, the strength decreases and the ductility increases. These observations suggest that for materials such as the nanostructured aluminum studied here, deformation should be used as an optimizing procedure instead of annealing.     

Ductile ordered intermetallic alloys

Many ordered intermetallic alloys have attractive high-temperature properties; however, low ductility and brittle fracture limit their use for structural applications. The embrittlement in these alloys is mainly caused by an insufficient number of slip systems (bulk brittleness) and poor grain-boundary cohesion. Recent studies have shown that the ductility and fabricability of ordered intermetallics can be substantially improved by alloying processes and control of microstructural features through rapid solidification and thermomechanical treatments. These results demonstrate that the brittleness problem associated with ordered intermetallics can be overcome by using physical metallurgical principles. Application of these principles will be illustrated by results on Ni(3)Al and Ni(3)V-Co(3)V-Fe(3)V. The potential for developing these alloys as a new class of high-temperature structural materials is discussed.     

自喷高强度复合材料在高原日光温室生态猪舍中的应用

通过采用聚苯板作为基材与自喷高强度复合材料保温层组合应用制作猪舍后屋面及墙体,从后屋面及墙体的结构设计及特征、施工工艺、条件、质量控制要点、具备的优良特征等方面进行了论述。阐述了解决墙体及后屋面在防雨雪、防腐、防火、使用寿命、施工周期、结构强度、施工工艺、质量保证等方面的问题,并展望了这种新型保温墙体的推广应用范围。     

弹塑性反应谱的比较及其应用

等延性强度需求谱常用于结构需求曲线的建立．分析了等延性强度需求谱和等强度延性需求谱在概念上和计算方面的区别，表明改进能力谱法中由等延性强度需求谱反求结构的延性需求会不可避免地带来误差，建议直接采用等强度延性需求谱来计算结构的延性系数、算例分析表明，该法可以简单、有效地估计出结构在地震作用下的顶点位移需求，从而为结构的抗震性能评估提供依据．     

基于有限元法速生杨层积材增强家具直榫优化

以T形无榫肩直通榫中榫头与榫眼的受力为依据,设计竹材增强速生杨木层积材的结构,并在满足结构强度要求的前提下,优化材料制作T形无榫肩直通榫并应用在椅凳家具后腿与望板结合部位的尺寸。采用受力分析法设计材料结构,采用有限元数值分析与试验验证结合的方法,优化材料应用的榫卯结构尺寸。结果表明,竹材增强的速生杨单板层积材用作椅子后腿与望板结合部位时,其材料强度能够满足GB10357-2013《家具力学性能试验第3部分:椅凳类强度和耐久性》的要求;试验验证的榫头破坏形式与仿真模拟基本相同,有限元优化后的径向与弦向的结构强度与试验验证结果误差分别为3.10%和3.76%;优化后T形无榫肩直通榫的尺寸为榫头榫眼宽度10mm,高度20mm,竖材截面宽度为径向25mm,弦向35mm,相同结构达到相同强度时,较未进行强化设计的速生杨木层积材能够减少径向截面宽度10mm材料用量,即在径向能够得到有效增强并节省毛料体积28.6%。研究结果可为有限元数值模拟研究复合材料的建模方法提供一定参考,为实现速生树种木材高效高质利用提供了借鉴技术。     

碳纤维表面改性及增强纤维板力学性能的研究

中密度纤维板具有静曲强度高、平面抗拉强度好等优点,广泛应用于家具制造等行业,但受力学性能的限制,其很少作为建筑结构材料使用。碳纤维作为增强相已被广泛应用于各类复合材料制备,经过表面改性处理的碳纤维表面活性官能团增多,表面能提高,有利于与基体材料的粘合,并进一步提升复合材料的性能。该研究对碳纤维进行了表面改性处理,并用其作为增强相来提高中密度纤维板的力学性能。实验结果表明,改性处理后,碳纤维表面出现沟槽,比表面积增加,用其作为增强相后,中密度纤维板的力学性能有明显提高。     

自攻螺钉与榫卯连接CLT墙体节点力学性能研究

目的正交胶合木（CLT）的出现使木结构建筑突破了以往的层高限制,但现在采用的金属连接件连接方式降低了CLT材料的使用效率,浪费了CLT材料的力学性能优势。因此,连接节点成为CLT研究的关键性问题。对榫卯连接在CLT墙体?墙体处的节点应用进行抗剪性能研究,并与自攻螺钉的连接性能相比较,以探究榫卯连接节点在CLT建筑中的应用提供科学依据。方法分别对自攻螺钉与燕尾榫连接的两类CLT墙体节点H型试件进行单调与低周反复加载试验,得到试件在纯剪作用下的荷载?位移曲线、滞回曲线、骨架曲线等参数,并结合破坏现象比较分析了两类试件的初始刚度、最大承载力、耗能、刚度退化、强度退化等力学特性。结果钉节点一般先于CLT材料破坏,并损坏连接处木材,而燕尾榫节点后于CLT材料发生破坏;在单调加载试验中,燕尾榫节点的延性略低于钉节点,但最大承载力、极限位移、屈服荷载、屈服位移与耗能分别高出钉节点313.50%、35.38%、370.80%、92.76%、459.64%;在低周反复加载试验中,钉节点延性较差,燕尾榫节点延性相对较好,燕尾榫正向加载的最大承载力高出钉节点455.54%,负向加载的最大承载力高出钉节点234.74%,且燕尾榫节点维持刚度和强度的能力,以及耗能能力均优于钉节点。结论与钉节点相比,燕尾榫节点可以更大地发挥CLT材料的优点,以推动CLT建筑的工程应用。      

输油管道运行参数及检测数据的统计分析

统计了某输油管道运行压力和温度、腐蚀检测数据以及管材性能等数据,并进行了分析.对于管道运行温度和压力,推荐了概率分布;对于腐蚀缺陷的深度和长度,分别推荐了指数分布和对数正态分布.拟合腐蚀检测数据,得到了缺陷深度和长度的统计特征值.对管材性能参数推荐采用正态分布,这种分布在95%的置信度下可通过假设检验.认为该输油管道的统计分析结果可以作为输油管道安全评定的基础.     

CLT墙体-楼板T型连接件节点力学性能研究

目的正交胶合木(CLT)较之传统的结构用工程木质材料,因其优异的材料性能使得现代木结构建筑能够向高层建筑发展。然而,现有的结构连接节点并不能完全体现CLT板材本身所具有的优异性能。对T型连接件在CLT墙体-楼板处的节点应用进行抗剪性能研究,并与角钢的连接性能进行比较,以探究T型连接件节点的可行性,为T型连接件在CLT建筑中的应用提供科学依据。方法分别对角钢连接节点试件、不同螺栓直径的T型连接件节点试件进行了单调加载试验。通过特征值分析法,对试验所得的荷载-位移曲线进行分析,对比不同连接节点形式下的峰值荷载、初始刚度、延性系数和耗能情况。结果相比传统的角钢连接节点,T型连接件节点的金属件破坏程度低,木材破坏程度高,且其峰值荷载提高了142.5%,初始刚度提高了125.0%,延性系数下降了33.2%,耗能提高了132.6%。当T型连接件节点的螺栓直径从10 mm增大到12 mm时,其峰值荷载提高了13.2%,初始刚度提高了13.7%,延性系数提高了16.2%,耗能提高了14.8%。结论T型连接件能更好地抵抗墙体-楼板节点的剪切力,并能更好地体现CLT自身的刚度,且T型连接件用于CLT建筑中墙板-楼板节点的力学性能总体好于角钢。对于T型连接件节点,适当增大螺栓的直径可提高其连接强度,但提高程度有限。      

考虑抗力随时间衰减的既有结构可靠度分析

结构在长期使用过程中,在自然环境及使用环境作用下,将发生材料老化、结构损伤,进而造成结构抗力随服役时间的增长而衰减,可靠度降低。因此,在对既有结构进行可靠度分析时,需考虑抗力随时间的变化。鉴于此,本文建立了一种新的既有结构抗力衰减模型,在此基础上提出了考虑抗力随时间衰减的既有结构可靠度分析与计算方法。计算分析表明,该法反映了结构抗力的均值随时间降低,而方差随时间增大的一般规律,形式上与现有的可靠度分析方法相协调,且计算结果偏于安全,可用于既有结构的可靠度分析,从而为既有结构的可靠性鉴定和评估提供了一种有效的分析计算方法。     

3种实木地板材主要物理力学性质比较研究

采用传统的木材物理力学试验方法,对实木地板木材香二翅豆、番龙眼和栎木的主要物理力学性质进行了比较研究.结果表明,3个材种中香二翅豆的干缩率最小,密度、抗弯强度、抗弯弹性模量、顺纹抗压强度、横纹径向抗压和横纹弦向抗压以及冲击韧性最大,其主要物理力学性质品质等级属于高级;番龙眼的弦向干缩率和冲击韧性较栎木的小,其它物理力学性质指标居中,其主要物理力学性质品质等级属于高级;栎木的弦向干缩率和冲击韧性较番龙眼的大,其它上述指标均为最小,其主要物理力学性质品质等级属于中等或高级.方差分析结果表明,除了冲击韧性指标外,3个材种上述主要的物理力学性质指标均在0.01水平达到了显著水平.研究结果对于这些材种实木地板的加工利用具有较大的实际指导意义.     

Bioinspired design and assembly of platelet reinforced polymer films

Although strong and stiff human-made composites have long been developed, the microstructure of today's most advanced composites has yet to achieve the order and sophisticated hierarchy of hybrid materials built up by living organisms in nature. Clay-based nanocomposites with layered structure can reach notable stiffness and strength, but these properties are usually not accompanied by the ductility and flaw tolerance found in the structures generated by natural hybrid materials. By using principles found in natural composites, we showed that layered hybrid films combining high tensile strength and ductile behavior can be obtained through the bottom-up colloidal assembly of strong submicrometer-thick ceramic platelets within a ductile polymer matrix.     

预制装配式圆竹结构房屋的试验与应用

选用我国丰富的毛竹作为结构材料,对圆竹的主要物理力学指标进行了试验与分析.研究结果表明,圆竹的基本力学指标高于TC13级针叶木材,可以作为结构材料使用.设计了几种圆竹构件和结构的金属连接件,基本实现了圆竹构件加工的标准化和施工的预制化.设计了基于墙板模数的圆竹墙体单元,并对2片墙体进行了抗侧力试验,圆竹墙体的抗侧力性能与U型连接件密切相关,抗侧向能力约为同类型轻型木结构墙体的65%.进行了3个圆竹屋架的静载试验,结果表明屋架的极限承载力由变形控制,平均值为12.3 kN.根据试验结果和木结构设计规范,设计和建造了一个约50 m2的预制装配式圆竹房屋示范建筑,验证了该技术的可行性和适用性.示范建筑已使用3年多,目前状况良好.     

Crack Arrest and Multiple Cracking in Glass Through the Use of Designed Residual Stress Profiles

A processing approach has been identified and reduced to practice in which a residual stress profile can be designed such that cracks in a brittle material are arrested or grow in a stable manner. In the approach, cracks in the body encounter an increase in the magnitude of residual compression as the crack propagates. If correctly designed, the process increases strength and significantly decreases strength variability. This approach was demonstrated for a silicate glass, and multiple cracking was observed as a forewarning of the final failure. Normally, such glasses would fail catastrophically with the propagation of a dominant crack.     

木基金属功能复合材料研究进展

为弥补木材固有的缺陷,改变木材物理、力学、化学性质和构造特征,对木材功能改性的研究从未间断过,从最初的木材塑合技术、浸渍技术、乙酰化技术、热处理技术、压缩和弯曲技术、漂白和染色技术等,到现在较为先进的微波处理技术,均极大地推动了木材科学的发展。随着对木材基本物化性能研究的逐步深入,新型木基复合材料也应运而生,如木基金属功能复合材料,其赋予木材新的电磁屏蔽、导热和导电等功能。根据木基金属复合材料的功能特性,可将其分为3类:电磁屏蔽木材、金属化木材和浸透型磁性木材。电磁屏蔽木材主要用于有射线辐射空间的地板、棚板、壁板等,其制备方法主要有化学镀金属和胶合金属两种,化学镀金属是通过化学的方法使木材表面金属化,胶合金属是通过胶黏剂将金属材料与木材相结合,这两种方法均能提高木材的电磁屏蔽效能,可以减少电磁辐射对人体的伤害。金属化木材是将低熔点合金以熔融状态浸透到木材细胞中并冷却固化后形成的复合材料,熔融状态的金属以木材导管为载体,使复合材料的压缩强度、硬度、导热性、导电性、耐磨性、冲击韧性等大幅度提高,可作导热木材用于地热采暖领域。浸透型磁性木材是在一定的压力下使磁流体浸透到木材内,从而制得带有磁性的木材,可用在磁记录、记忆、电磁转换、屏蔽、防护、医疗和生物技术、分离纯化等诸多领域。目前,木基金属功能复合材料的研究主要集中在木材表面化学镀上,此种制备方法金属只能覆盖在木材表面,而不能浸透到木材内部。金属化木材可以使金属浸透到木材中,但现有研究所用的基材没有经过处理,金属的渗透性不高,如何改善基材,最大限度发挥金属化木材的优异性能,进一步推动木基金属功能复合材料的应用范围,将是下一步研究的重点。本文对3种不同功能复合材料（电磁屏蔽木材、金属化木材和浸透型磁性木材）的研究现状进行概述,同时提出木基金属功能复合材料现有研究中的不足,并展望金属化木材在更多领域的应用和发展前景。      

The use of graft copolymers to bind immiscible blends

Computer simulations and experimental studies were combined to design copolymers that enhance the strength of polymer composites. These copolymers contain side chains that associate across the boundary between phase-separated regions to form a "molecular velcro" that effectively binds the regions together. This behavior significantly improves the structural integrity and mechanical properties of the material. Because the side chains can be fabricated from a large class of compounds, the technique greatly increases the variety of copolymers that can be used in forming high-strength polymer blends.     

Hydrogen Embrittlement of Metals: Atomic hydrogen from a variety of sources reduces the ductility of many metals

Hydrogen interacts with many metals to reduce their ductility (2) and frequently their strength also. It enters metals in the atomic form, diffusing very rapidly even at normal temperatures. During melting and fabrication, as well as during use, there are various ways in which metals come in contact with hydrogen and absorb it. The absorbed hydrogen may react irreversibly with oxides or carbides in some metals to produce a permanently degraded structure. It may also recombine at internal surfaces of defects of various types to form gaseous molecular hydrogen under pressures sufficiently high to form metal blisters when the recombination occurs near the outer surface. In other metals, brittle hydrides that lower the mechanical properties of the metal are formed. Another type of embrittlement is reversible, depending on the presence of hydrogen in the metal lattice during deformation for its occurrence. Under some conditions the failure may be delayed for long periods. A number of different mechanisms have been postulated to explain reversible embrittlement. According to some theories hydrogen interferes with the processes of plastic deformation in metals, while according to others it enhances the tendency for cracking.     

非牛顿原油结构恢复特性试验研究

通过小振幅振荡剪切试验，对经历预剪切的非牛顿原油在静置条件下的结构恢复性进行了研究。试验结果表明，在静置条件下，反映非牛顿原油结构强度大小的参数Ｇ＾＊等随时间单调增加，但在静置的初始时刻，原油的结构恢复最快。原油经受的预剪切速率越大，其结构恢复速率越大，但相应的准平衡结构强度越小。     

褐腐杨木微观结构、力学性能与化学成分的关系研究

为了探究褐腐对阔叶材主要材性的影响规律,对杨木边材试件进行室内褐腐培养,为期12周,每周抽样分别测试健康和腐朽木材的微观结构、力学性能及化学成分,并分析其随褐腐程度的变化情况,研究力学性能和化学成分之间的关系。结果表明:随褐腐程度的加深,木材细胞腔内的菌丝越来越多,纹孔膜和纹孔边缘的细胞壁分别于质量损失率为10%、16%时出现开裂;质量损失率为24%时,细胞壁严重溃烂。褐腐培养时间和质量损失率都对力学性能影响极显著;冲击韧性和抗弯强度的损失率随褐腐程度呈对数函数变化趋势,抗弯弹性模量和顺纹抗压强度的损失率呈线性变化趋势。各力学指标对褐腐的响应速度以及受褐腐影响的程度均呈如下规律:冲击韧性抗弯强度抗弯弹性模量顺纹抗压强度。不同褐腐程度试样中的综纤维素、半纤维素以及抽出物含量差异极显著,纤维素和木质素差异不显著。腐朽过程中褐腐菌最先主要降解半纤维素,质量损失率为20%左右时,转为以分解纤维素为主。冲击韧性的快速显著降低与半纤维素的降解有关,抗弯强度的变化与综纤维素含量有关,抗弯弹性模量和顺纹抗压强度的线性降低是由纤维素的缓慢降解决定的。总之,在褐腐过程中,木材微观水平上化学成分的降解和细胞壁结构的破坏从根本上导致了宏观力学性能的降低。