冲击能量特征值的测定及其应用

２００４年第６期物理测试

２１

冲击能量特征值的测定及其应用

唐振廷１，

白

杰２

（１．北京航空航天大学材料学院，北京１０００８３；２．洛阳船舶材料研究所，河南洛阳４７１０３９）

摘要：介绍了冲击能量特征值的测定及其在钢的冷脆转变等方面的应用。关键词：冲击能量；测定；冲击试验；裂纹

ＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ

Ｖａｌｕｅｓｏｆ

ＩｍｐａｃｔＥｎｅｒｇｙ

ＴＡＮＧＺｈｅｎ－ｔｉｎ９１，

ＢＡＩＪｉｅ２

（１．Ｂｅ妇ｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅ巧ｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；

２．ＬｕｏｙａｎｇＳｈｉｐ

ＭａｔｅｒｉａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１０３９，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｄｅｓｃｒｉｂｅｓｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｖａｌｕｅｓｏｆｉｍｐａｃｔｅｎｅｒｇｙａｎｄｉｔｓ

ｕｓｅ

ｓｕｃｈａｓ

ｓｔｅｅｌｄｕｃｔｉｌｅ—ｂｒｉｔｔｌｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ．

Ｋｅｙ

ｗｏｒｄｓ：ｉｍｐａｃｔｅｎｅｒｇｙ；ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ；ｉｍｐａｃｔｔｅｓｔ；ｃｒａｃｋ

　仪器化冲击试验方法对冲击试验的贡献之一就

积；④总冲击能量ｗ。一力一位移曲线下，从Ｓ—ｏ到Ｓ是对普通冲击试验测出的冲击功进行了分解，使冲—Ｓ。的面积。

击功从物理意义不十分明确变成不仅意义明确，而关于裂纹形成能量及裂纹扩展能量，理论上认且便于材料韧脆化的分析和应用。新的仪器化冲击为裂纹在最大力时形成。多数研究者指出［２】，当冲试验标准化方法中能量的总称为能量特征值，它包击力达到最大力时，裂纹在冲击试验缺口处形成，因括：冲击总能量，最大力时的能量，不稳定裂纹扩展此把冲击最大力作为裂纹形成的依据：最大力之前开始时的能量，不稳定裂纹扩展终止时的能量，裂纹所消耗的能量称为裂纹形成能量；最大力之后所消形成能量和裂纹扩展能量，共计有６个能量特征值。耗的能量称为裂纹扩展能量，其测定方法是：①裂纹这６个特征值为分析冲击过程中能量的变化过程提形成能量ｗ；一力一位移曲线下，从Ｓ—ｏ到Ｓ—Ｓ。的

供了依据，因此它也是人们非常关心和引起重视的面积，即Ｗｉ≈Ⅳ。；②裂纹扩展能量Ｗ。一力一位移曲

问题之一。笔者就如下几个问题进行分析：①能量线下，从Ｓ—Ｓ。到Ｓ—Ｓ。的面积，即Ｗ。一Ｗ。一Ｗｉ特征值的测定；②能量特征值之间的关系；③能量特［冲击能量特征值的单位是焦耳（Ｊ）］。征值的应用。

２

能量特征值之间的关系

能量特征值的测定

上面提到的６个能量特征值需要梳理一下，研

按照ＩＳＯ一１４５５６（２０００版）“钢材夏比Ｖ型缺口究其之间的关系（见图１）。为了便于分析，将力一位摆锤冲击试验一仪器化试验方法”标准规定，冲击能移曲线下的面积，以力特征值为界分为５个部分，称量特征的确定方法如下（见图１）［１］：①最大力时的为基本能量单元：

能量Ｗ。一力一位移曲线下，从Ｓ＝０到Ｓ—Ｓ。的面

积；②不稳定裂纹扩展起始能量Ｗ。一力一位移曲线

（１）哌

囫

下，从Ｓ—Ｏ到Ｓ＝Ｓｉ。的面积；③不稳定裂纹扩展终（２）甄口弹塑性变形能量；弹性变形能量；

止能量Ｗ。一力一位移曲线下，从Ｓ—ｏ到Ｓ—Ｓ。的面

（３）％１

圆裂纹稳定扩展能量；

作者简介：唐振延（１９３５一），男，大学本科，教授；收稿日期：２００４一０９一０８

万方数据

物理测试２００４年第６期

＆ｓ科

Ｓｍ

Ｓ诅‰

图ｌ典型的力一位移曲线及能量特征值示意图

（４）％３囫裂纹撕裂能量；

（５）％２

匿圣薹重圈剩余裂纹扩展能量。

标准中给出的能量由上述５个部分组成：Ｗ。一Ｗ。＋Ｗｄ＝Ｗｉ

（１）ｗｉ。一Ⅳ。＋Ⅳｄ＋ｗｐｌ一Ｗ。＋ｗ。１

（２）Ｗ。一Ｗ。＋Ｗｄ＋Ｗ。１＋Ｗ。３一Ｗｉ＋Ｗ。１＋Ｗ。３（３）Ｗｐ—Ｗｐｌ＋Ｗ。２＋Ｗｐ３　

（４）Ｗ。一Ｗ。＋Ｗｄ＋Ｗ。１＋Ｗ。２＋Ｗ，３一ｗｉ＋Ｗ。

（５）

由此可见，冲击能量特征值中对分析材质的韧脆性有重要作用的有：裂纹形成功Ｗｉ、裂纹扩展功Ｗ。和总冲击能量Ｗ。。

裂纹形成功Ｗｉ反映了裂纹形成的难易和快慢，它取决于材质的原子间结合力和材质的滑移系的多少。尽管冲击速度很快，使塑性变形不均匀，由于某些金属的滑移系、滑移面原子密度和滑移方向原子数目较多时，但塑性变形仍然会产生。塑性变形从一处转移到另一处会使变形增加，同时产生形变硬化，使冲击力增强，因而导致冲击裂纹形成功增加。从安全可靠角度分析，希望裂纹形成功大一些，使形成裂纹之前消耗能量增加，因此增加了构件的安全性。

裂纹扩展同裂纹形成一样需要时间。裂纹扩展功Ｗ。反映了具有裂纹的试样在冲击力的作用下裂纹扩展的快慢。扩展越慢，说明材料的韧性越好。冲击韧性的大小，主要取决于裂纹的扩展功，尤其是裂纹稳定扩展功。有裂纹并不可怕，可怕的是它快速扩展，因为它会造成不可弥补的损失。这种由于脆断造成重大损失的例子很多。例如，在二次大战期间，美国的焊接“自由轮”，在使用过程中发生大量的破坏事故，其中有２３８艘船完全报废，１９艘船沉没，均因为钢的缺口敏感性，大部分是由于低温脆性

万方数据

造成的［３］。

裂纹扩展功的大小，表征了阻止裂纹扩展的能力，裂纹稳定扩展功大，说明裂纹扩展比较慢，因此，在材料使用中，它可以事先给出一个安全信息，以防不测。因而在分析冲击试验结果时，把裂纹扩展功的大小看得很重要。

在一些特殊条件下服役的机件（如炮弹，装甲板）均承受大能量冲击，这时总冲击能量Ｗ。值就是

一个很重要的性能指标。对于一些承受大能量冲击的机件，Ｗ。值也可以作为一个结构性能指标使用，

以防止发生脆断。３

冲击能量应用

３．１韧脆性的判断

众所周知，用冲击功Ａｔ作为一个力学性能指

标，用来评定材料的韧性存在许多不足之处，为了解决这个问题许多材料科学工作者想了许多办法。到目前为止，人们用仪器化冲击试验机准确地测出力一时间和力一位移曲线，把冲击功分解成裂纹形成功和裂纹扩展功，才真正的解决了用冲击功判断材料的韧脆性。

标准中提及：“通过摆锤一次打断不同钢件或不同温度下测出的力一位移曲线，即使力一位移曲线下的面积或者吸收能量相同，如果力一位移曲线的形状和特征值有所不同，那么试样变形及断裂性质也不同。以此可以推断出关于试样变形和断裂特征。”以图２为例说明这一性质：曲线工和曲线Ⅱ下的面积相等，即二者的冲击吸收总能量相同。但二者所表现的冲击性能截然不同。曲线Ｉ弹性变形功所占比例大，塑性变形功很小，裂纹扩展功几乎为零，表现出材料断裂前塑性变形小，裂纹一旦形成就会立即断裂。断口将呈现结晶状的脆性断裂；曲线ＩＩ除弹性变形外，塑性变形功所占比例增加，当达到最大力后裂纹生成并产生缓慢扩展，说明试样断裂前发生较大塑性变形，断口呈现纤维区为主的韧性断裂。

由此可见，总冲击能量ｗ。并不能真正反应材料的韧脆性质，只有其中的塑性变形功，尤其是裂纹扩展功，才能显示出材料的韧脆性［４］。３．２用冲击能量特征值研究相变

记忆合金广泛应用在航空航天及医疗等诸方面。北航利用数字化冲击试验机，研究了Ｔｉ５０Ｎｉ４７Ｆｅ３形状记忆合金相变时的动态特性。在此之前很少有人进行这方面的研究，对该合金的相变温度范围内即：一１９６℃（马氏体），一５５℃（Ｒ

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Ｆｉ。下降到Ｆ。是一个很快的过程（标准上称它为急剧陡然下降），从Ｆｉ。到Ｆ。不但所用时间短。而且在力一位移曲线上从Ｆｉ。到Ｆａ之间变形也很小。因此一般把这一阶段消耗的能量忽略不计。在不稳定裂纹扩展终止力Ｆａ（止裂力）之后，裂纹将再次发生低能量扩展，此时的受力状态发生了变化，由于弯冲的由拉变压的应力变化，压应力状态较软，容易引起塑变，因此在Ｆ。以后又产生纤维区（二次纤维区，视材质和应力状态而定）及剪切唇（最后形成的剪切唇，也称之为铰链）。

表ｌ

Ｔｉ５０Ｎｉ４７Ｆｅ３合金不同温度下的冲击试验结果

图２冲击功相等韧脆性不同

相），＋２０℃（奥氏体）三个温度下的三种组织进行簪篡

％一＆乱豇型弱弱¨Ｒ一他ｍ豇型瑚Ⅲ∞

Ⅳ一ｕ加３

仃一曲黔。

％一弛乱ｍ仃一％鹊驵

Ⅳ一蝎¨毖仃一弛蛇北

冲击试验，结果见表１及图３［５］。

从表１及图３中不难看出，尽管最大冲击力提高不十分明显（仅提高１８．６％，但冲击功提高明显，慵

奥氏体（Ａ）相冲击功约为Ｒ相的３倍，其中裂纹扩展功表现尤为突出，Ａ相约为Ｒ相的１０倍。奥氏　体相与马氏体相相比，不论是冲击力还是冲击功，提√硒＼＼～

代高的比较均衡，均约提高２倍。由此可见，该合金相薰

柱

在室温下使用（Ａ相）抗冲击性能可靠性比较好。用都

这种方法研究记忆合金的记忆功能是一种尝试，其晚ｎ

∞

效果明显，为今后研究记忆合金功能提供了一种新（ｃ）

的方法。

Ｊ

心＼４

冲击试样宏观断口与冲击能量特＼

征值的关系

（ａ）２０℃；（ｂ）一５５℃；（ｃ）一１９６℃

图３

Ｔｉ５０Ｎ“７ｌ够形状记忆合金在一１９６℃、一５５℃和从断口的分析可知：冲击断口的宏观形态由３２０℃时的冲击力－位移曲线

个要素组成：纤维区、放射区和剪切唇（见图４），下面分析这３个区的形成过程。

在文献［７］中提到：裂纹是在冲击力达到最大冲击力时，裂纹在缺口根部出现，同时试样缺口两侧呈现侧面收缩。裂纹通常沿两侧和深度方向扩展，中间部分较深。这就是裂纹开始扩展后形成的脚跟形状的纤维区。在力一位移曲线图上相当于从最大力Ｆｍ到Ｆ；。之间所消耗的能量。即Ｗ。，一Ｗｉ。一Ｗ。。换句话说，由于裂纹稳定扩展形成的纤维区所消耗切唇

的能量为Ｗ。。。此后，裂纹开始失稳扩展。在断口上留下的形态就是放射区。放射区形成消耗的能量

很小，即我们称它为撕裂能。它等于Ｗ加因为从

图４断口的宏观形态

万方数据

２４

物理测试２００４年第６期

由此可见，自裂纹开始扩展直至断裂，这一阶段消耗的能量，主要是塑性变形引起裂纹扩展，即裂纹扩展能量（因为形成放射区的撕裂能很小）。所以断口的纤维区大小与裂纹扩展能成比例关系口］。

国标ＧＢ／Ｔ１２７７９１—９１“金属夏比冲击断口测定方法”中给出了冲击试样断口晶状断面率及纤维断面率计算公式：

ＣＡ一（Ａ。／Ａ。）×１００％

（６）ＦＡ一［（Ａ。一Ａ。）／Ａ。］×１００％

（７）

式中：Ａ。——断口中晶状区（放射区）的总面积；Ａ。——原始横截面积；ＣＡ——晶状断面率；ＦＡ——

纤维断面率（纤维断面：包括纤维区，剪切唇及铰链）。

在研究冲击断口的纤维断面率（ＦＡ）与裂纹扩展功（ｗ。）的关系过程中，文献［８］给出冲击值倪。的一个关系式：

ｎｋ一口ｉ＋Ｂ×ＦＦ％

（８）

式中：ｎｋ—Ａｋ／Ｆｖ＝Ｗ。／Ｓｏ；以ｉ—Ａｆ／Ｆｖ—Ｗ／Ｓ０；Ｂ——直线斜率；ＦＦ％——断口纤维区百分数，即ＦＦ％一ＦＡ；Ａ。——冲击功（Ａ。一Ｗ，）；Ｓｏ——新标准中试样缺口处原始截面积（Ｓ。一Ｆ０）；Ｗｉ——新标准中裂纹形　

成功（Ｗ—Ａｒ）。

把上式写成：

Ｖ矿。／Ｓ。一Ｗｉ／Ｓ。＊Ｂ×ＦＦ％（９）

Ｗ。一Ｖ矿ｉ＋ＢＳ。×ＦＦ％Ｗ。一’矿ｉ＝ＢＳ。×ＦＦ％Ｖ矿。一ＢＳ。×ＦＦ％一Ｃ×ＦＦ％（１０）式中：Ｃ—Ｓ。Ｂ。

从式（１０）可以看出，裂纹扩展功Ｗ。与断口纤维断面率之间呈直线关系。５

用裂纹扩展功评定钢的韧脆转变

具有体心立方和密排六方的金属及其合金，特

别是工程上常用的结构钢均会产生冷脆现象。即当试验温度低于某一温度Ｔｔ时，材料将从韧性变为脆性状态，其冲击功明显下降。温度Ｔ。称为韧脆转变温度。系列温度冲击试验是评定材料低温脆断的常用方法，这种方法比较简单，使用的历史较长，积累了许多经验，常用以下２种方法：

（１）能量法

将Ａ。（Ｗ。）值降到某一特定数值时的温度定义为Ｔ。。①取１／２Ａ。冲击值对应的温度或取１／２（Ａｋｍａ；一Ａｈ。。）冲击值所对应的温度；②取工程上规定夏比冲击功Ａｔ所对应的温度。例如船用低碳钢板，取Ｖ型缺口试验的２０Ｊ（即１５ｆｔ—ｆ６）；Ｕ型缺口

万方数据

３００Ｍ钢取４９Ｊ等。这种方法的问题是：Ａｔ值的大小由使用者决定，多数是靠经验数据而定。

（２）断口形貌准测法

以断口形貌转变温度ＦＡＴＴ，通常取冲击断口上出现５０％纤维断面率时的温度ＦＡＴＴ５０为冷脆转变温度。

冷脆转变温度的确定方法很多，共同的特点是物理意义不明确。例如ＦＡＴＴ，它主要反映冲击断裂时裂纹扩展过程中断口形貌在韧脆程度上的差别。而缺口试样冲击功Ａｔ，即包括裂纹形成功，又包括裂纹扩展功。冲击功对缺口尖锐程度敏感，而ＦＡ丁Ｔ对缺口尖锐度不敏感；ＦＡＴＴ虽然能反映裂纹扩展过程中断口韧脆上的差别，但不能对裂纹抗力以定量的评估。当ＦＡＴＴ温度相同时，不同材料的裂纹扩展功可能相差很大，而且ＦＡＴＴ的测量准

确性与测量人员的经验关系很大。

为了克服上述２种方法的不足，采用仪器化冲击实验测出的裂纹形成功或扩展功作为冷脆转变的判据。它能定量、准确的和具有明确物理意义的确定冷脆转变温度。以３００Ｍ钢为例进行了探索。

根据上面分析，笔者把３００Ｍ钢不同试验温度测出的冲击功Ａ。分解成裂纹形成功Ｅ和裂纹扩展

功Ｅｐ，并按照常规方法把Ａ。换算成口ｔ，测出的数据列于表２［９］。并根据这些数据绘出３００Ｍ钢的能量温度曲线（见图５）。

在研究钢材韧脆转变的标准中，能量法应用普遍。为进行比较，笔者采用如下几种方法确定３００Ｍ钢的韧脆温度：①取１／２口ｈ。。冲击韧性值对应的温度为韧脆转变温度，用丁’。表示；②采用３００Ｍ钢技术条件规定值（４９Ｊ／ｃｍ２）为标准，其对应的温度用ｒｔ表示；③裂纹形成功Ｅｉ，随试验温度降低在某一

温度范围急剧下降，其取Ｅｉ—Ｔｏ。曲线转折点所对应的温度为韧脆转变温度，用瓦ｔ表示；④裂纹扩展功Ｅｐ，在韧脆转变温度（用Ｔｔ表示）以下时变化较小，在Ｔｔ以上时显著增加，其转折点所对应的温度，即

表一一

竺型

果一Ｅ一豇豇＆ｎ

互篡：孟猢

鬻薰篇篡兰菱赫一

ｎ拙孔一¨一∞掩蛇盯的弘盯

２００４年第６期

表３

物理测试

３００Ｍ钢不同韧脆判据下的Ｔｋ

为韧脆转变温度。用以上４种判据确定的３００Ｍ钢韧脆转变温度列入表３。

从表３可见，用裂纹形成功Ｅｉ及裂纹扩展功Ｅ。作为判据确定的Ｔｏｔ和瓦与以３００Ｍ钢技术条件规定值为判据定出的韧脆转变温度，７ｔ基本吻合；以１／２口ｔ。。作为判据确定的转变温度Ｔ７ｔ比上述３种方法测出的温度低３０℃左右。

众所周知，用钢材技术条件规定值作为判据，它是根据材料使用条件提出的，它反映不出材料的韧脆转变本质。利用１／２口ｈｎ。。作为韧脆转变判据，由于口ｔ值本身物理意义不明确，同样也不能反映材料的韧脆转变本质。相反裂纹扩展功及裂纹形成功代表材料的韧脆性，有明确的物理意义。Ｅｉ主要消耗在被冲击试样弹性变形、塑性变形及裂纹形成中；Ｅ。主要用于裂纹前沿微观塑性变形及裂纹扩展。显然，用裂纹扩展功来描述材料的韧脆转变更合适。因为它的大小表示裂纹出现后扩展速度的快慢，代表材料韧性的好坏。笔者曾用上述方法对多种材料进行过研究，结果证明用Ｅ。或Ｅｉ作为韧脆转变的

判据是可行的。

３００Ｍ钢韧脆转变的研究结果表明，利用裂纹扩展功和裂纹形成功随试验温度降低的变化曲线转折点作为韧脆转变温度的判据，与其它方法比较，有明显的优点：物理意义明确，变化明显，易于分辨。因此，它将会取代其它韧脆转变判据。

冲击能量特征值的应用研究还仅仅是个开始，有很多对冲击功比较敏感的材料和工艺性能还需进一步开发。例如搅拌摩擦焊接与母材冲击试验结果相比较，不但焊缝部分最大冲击力提高２４％，同时冲击总功也提高８９％，尤其是裂纹扩展功，与母材相比提高了１．５倍。随着仪器化冲击试验机的广泛应用，冲击能量特征值作为一种衡量材料性能的指标将引起人们更多的关注。

参考文献：

　

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Ｔ／℃

邑＼棚拦伯量

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图５３００Ｍ钢冲击能量一温度曲线

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万方数据

冲击能量特征值的测定及其应用

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

唐振廷， 白杰

唐振廷(北京航空航天大学材料学院,北京,100083)， 白杰(洛阳船舶材料研究所,河南,洛阳,471039)

物理测试

PHYSICS EXAMINATION AND TESTING2004，(6)4次

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两参数威布尔分布应用于夏比冲击能量转变温度的测定.提出一种利用两参数威布尔分布函数建立给定累积失效概率下的冲击能量-温度下界曲线和从下界曲线确定指定能量的转变温度的方法.用此方法得到的转变温度比通常方法得到的更具有可靠性和安全性.

5.学位论文 殷陶 基于环氧微胶囊和潜伏固化剂的自修复型环氧复合材料 2007

高分子结构复合材料在加工和使用过程中容易受到低速冲击等外力的破坏，使其在内部产生微裂纹。这些微裂纹的扩展会降低材料的性能，甚至导致材料的整体破坏。近几年，自修复技术成为高分子智能化的研究热点，并在高分子复合材料领域有了长足的进步。它不仅为修复这些内部的微裂纹提供了一种方法，同时也为延长结构材料的使用寿命提供了一种全新的方法和途径。目前，将微胶囊化的修复剂添加到树脂基体中是实现高分子复合材料自修复功能化的一种简便可行的方法，但必须解决催化剂如何与修复剂在断裂面上相遇，以及相遇后能否发生反应，材料在多长时间内能维持这种自修复功能，材料自身的其它基本性能有无下降等问题。能否有效解决这些问题是决定自修复复合材料最终能否实用的关键。

本文以赋予环氧树脂及其复合材料自修复能力为目的，将聚脲甲醛/环氧微胶囊与潜伏固化剂(溴化铜与2-甲基咪唑的络合物，CuBr(2-Melm))组成的自修复体系填充到环氧树脂及玻璃纤维增强环氧基复合材料中，制备了具有微裂纹自修复功能的环氧基自修复复合材料和玻璃纤维织物增强环氧基自修复复合材料。

本文研究了聚脲甲醛/环氧微胶囊、聚脲.环氧微胶囊以及CuBr(2-Melm)潜伏固化剂的制备，通过FTIR、EA、TG、SEM、DSC以及激光粒度分析等多种手段对环氧微胶囊和CuBr(2-MeIm)潜伏固化剂进行了相关表征工作，阐明了CuBr(2-Melm)潜伏固化剂与环氧树脂反应的固化动力学过程。在此基础上，本工作通过单边缺口弯曲(SENB)实验对环氧树脂进行了自修复性能的研究，初步证实填充了聚脲甲醛/环氧微胶囊和

CuBr(2-MeIm)潜伏固化剂的环氧树脂具有自修复功能。进一步，通过双悬臂梁(DCB)实验研究了玻璃纤维织物增强环氧材料的自修复性能。在得到肯定的结果后，一方面继续研究这两大类自修复材料的自修复性能耐久性，并对这些材料在保存初期自修复能力下降的机理进行了探讨；另一方面，我们提出采用冲击后压缩(CAI)实验测定复合层压材料的剩余压缩强度，通过比较修复前后剩余压缩强度的变化来表征复合层压材料的自修复性能。在这几个实验阶段，我们采用了SEM、FTIR、T-Scan等手段对自修复复合材料的分层断裂面、冲击后破坏等进行了表征，并采用DMA研究了自修复复合材料的后固化特征。主要研究结果如下：

1、制备得到聚脲甲醛/环氧微胶囊与CuBr(2-MeIm)潜伏固化剂，研究了CuBr(2-MeIm])与环氧树脂的固化反应动力学。实验表明，CuBr(2-MeIm)络合物在与环氧树脂发生反应前需要较高的反应活化能以解离出2-甲基咪唑，之后反应活化能降低到2-甲基咪唑与环氧树脂固化反应的水平上。反应活化能在低固化度(小于60％)范围内的变化不大，当固化度超过60％后，开始显著增大，表明固化反应后期需要更高的能量。CuBr(2-MeIm)络合物与环氧树脂的等温固化动力学研究发现，CuBr(2-MeIm)络合物在120℃时基本不与环氧树脂发生反应，130℃时反应60分钟内放热完全，这为这类自修复复合材料修复条件的选择确立了依据。扫描电镜的结果表明，CuBr(2-MeIm)作为潜伏固化剂能很好地与环氧树脂混容，这增大了从破裂的聚脲甲醛.环氧微胶囊中流出的液态环氧与催化剂相遇的可能性。

2、包含聚脲甲醛/环氧微胶囊和CuBr(2-MeIm)潜伏固化剂的复合材料的断裂韧性与这两种填料的含量有关。CuBr(2-MeIm)对环氧树脂基体有增韧作用，而聚脲甲醛/环氧微胶囊由于粒径比较大，降低了基体的韧性。因此，环氧自修复材料的断裂韧性与纯环氧树脂的断裂韧性基本相同。就玻璃纤维织物增强环氧复合材料而言，初始层间断裂韧性主要随聚脲甲醛/环氧微胶囊浓度的升高而下降，原因是将聚脲甲醛/环氧微胶囊填入树脂基体中时，增加了树脂的粘度，劣化了树脂对纤维的浸润效果，不充分的界面粘着有利于裂纹的扩展。 3、包含聚脲甲醛/环氧微胶囊和潜伏固化剂的复合材料的修复后断裂韧性以及修复效率与这两种填料的含量以及微胶囊的粒径有关。优化配方是提高修复效率的关键。环氧微胶囊和潜伏固化剂的用量有着最佳配比。由于修复剂与潜伏固化剂的固化物韧性高，环氧树脂的修复效率最大可以超过100％；由于修复剂对断裂的纤维不能修复，玻璃纤维方格布增强环氧树脂复合材料的修复效率最大在79—92％。

4、环氧微胶囊的含量影响复合材料的拉伸性能。对于四乙烯五胺(TEPA)固化纯环氧树脂体系，环氧微胶囊加进预先混好潜伏固化剂的环氧树脂中后略微降低了材料的杨氏模量，但断裂伸长率增大，拉伸强度不变。这表明在这两相的修复体系与基体树脂间存在足以传递应力的界面相互作用，微胶囊也能够通过界面承受一定的负载。对于2--乙基--4--甲基咪唑(2E4MIm)固化纯环氧树脂，由于环氧微胶囊与其基体的相容性相对较差，因而微胶囊的增加使杨氏模量与拉伸强度下降。同降低层间断裂韧性的原因一样，环氧微胶囊的加入降低了玻璃纤维织物增强环氧复合材料的拉伸性能。

5、冲击后压缩实验证实，将环氧微胶囊与CuBr(2-MeIm)潜伏固化剂的两组分自修复体系填入到复合层压材料的环氧基体中，同样能给材料带来自修复功能。当环氧微胶囊含量20 wt％，CuBr(2-Melm)潜伏固化剂含量2 wt％，冲击能量1.5J，修复条件为无压力下140℃、0.5 h时，最大修复效率η，达到100％。冲击能量是影响复合层压材料冲击后修复效果的主要因素。随冲击能量提高，主要的破坏方式由基体裂纹向分层和纤维断裂转变，导致修复效率下降。由于可以提供更多的可利用的修复剂，在适当的范围内，复合层压材料的修复效率会随着聚脲甲醛/环氧微胶囊含量的增加和粒径的增大而提高。

6、自修复复合材料在保存的初期(约1个月)其修复后断裂韧性与修复效率都有所下降，修复效率下降的比例约在10％--17％之间；随着保存时间的继续延长，自修复复合材料的断裂韧性和修复效率基本保持在一个稳定的水平上。DMA分析表明自修复复合材料中环氧微胶囊所含的环氧修复剂在材料保存的初期有部分参与了同基体残余固化剂的反应，使微胶囊中的修复剂含量减少，降低了自修复复合材料的自修复性能。随着反应了的修复剂阻塞囊壁的裂纹，微胶囊内剩余的环氧修复剂的含量相对稳定，从而使修复状况稳定，修复效率不再下降。

6.学位论文 蒋金琳 玉米免耕播种机切茬挖茬装置研究 2004

中国北方部分地区气温低、春天风大、风蚀和春旱严重.种植作物以一茬玉米为主.该地区采用保护性耕作技术,可以有效地抵御春旱、控制风蚀、防治沙尘暴、提高产量和培肥地力.主要技术措施是秸秆回收利用做青畜饲料,留高茬春季免耕直接播种.在有玉米茬的未耕地上进行免耕直播时,由于玉米根茬粗,不易破除,要求免耕播种机具有很好的破茬入土能力.目前生产中所应用的普通免耕播种机,还没有针对处理玉米根茬所设计的破茬装置,在有玉米根茬的未耕地上直接播种时就存在破茬能力差,将种子播在根茬上,或将玉米根掀出形成大坑等问题,严重影响播种质量.为满足生产需要,该文对免耕播种机玉米根茬处理问题进行了深入的理论分析与系统的试验研究,主要研究成果包括:(1)提出了新的切挖处理播种带玉米根茬的思想.根据此原理设计了玉米根茬处理装置,并开发出了新型免耕播种机.通过对新型免耕播种机的田间生产试验,证明了切挖处理播种带玉米根茬原理可行,所开发的机具结构新颖,具有创新性;该机不但能创造无根茬的良好种床条件,有利于种子生长发芽,而且不需大量粉碎根茬,因而扰土量少、整机消耗动力小、破茬入土能力强,有利于充分发挥保护性耕作的优势.(2)首次研究测定了整株玉米根茬及根茬-土壤复合体的力学特性.试验结果表明:①根茬含水率愈高,剪切力愈小,根茬含水率与剪切力近似为二次曲线关系;刀片剪切速度愈快,剪切力愈小;凸曲线、斜线、凹曲线和直线四种不同的刀刃曲线对整株根茬剪切力依此由小到大,凸曲线和斜线剪切时有一定程度的滑切作用,所以剪切力相比较小,当根茬含水率为48.2﹪,剪切速度500mm/min时,与其他三种曲线相比凸曲线型刀刃的剪切力依次分别减少了7.2﹪、22﹪和29﹪;对根茬中部、梢部和根部的剪切力,在相同试验条件下,径向中部最大,比梢部,轴向根部和根部茎秆所需剪切力分别增加32﹪、45﹪和111﹪;当含水率为48.2﹪,刀片的剪切速度为500mm/min时,一年一熟玉米根茬比一年两熟的玉米根茬剪切力增大37﹪.②玉米根茬的抗冲击能量为30.2J~60.4J,在相同试验条件下,一年一熟玉米根茬的抗冲击能量比一年两熟玉米根茬的抗冲击能量增大14﹪~23﹪;根茬径向抗冲击的冲击能量比轴向大约23﹪.③土壤-根茬复合体其抗剪强度τ与剪切面上的法向压应力σ成正比,复合体土壤凝聚力C比无根土壤增加115﹪~205﹪;内摩擦角φ增加11﹪~15﹪.(3)设计制作了用于室内土槽试验研究的根茬处理试验装置,并设计制作了8种不同结构的破茬刀,通过试验建立了各种破茬刀单刀

切茬切土阻力矩数学模型以及根茬处理装置功耗模型;单刀切有根茬土壤比无根茬土壤阻力矩增大约14﹪;随着刀轴转速的增加刀轴所消耗的功率呈平方关系增加;切茬线速度与前进速度之比λ对破茬质量影响较大,随着速比增大,破茬质量明显提高,当速比小于6时,随着速比的减小,破茬效果明显变差.(4)设计出了新型的切挖刀,并对其结构参数进行了较深入的分析和研究.(5)制作出2BMYW-2型切挖式玉米免耕播种机一台,在河北丰宁和学校农场进行了110多亩的免耕播种试验,结果表明:该机对播种带的玉米根茬清除率达92﹪以上,种床基本无玉米根茬,破茬能力强、清茬效果较好,动土量少,表土破土量约占20﹪~27﹪.开沟和播种质量能满足农艺要求.

7.会议论文 赵统武 凿岩机冲击能量测定中几个问题的研究 19868.学位论文 郭琴 铁镍合金激光冲击处理表面强化效应研究 2006

本文对铁镍合金激光冲击处理表面强化效应进行了研究。文章采用JXA-840A型扫描电子显微镜和X-350A型残余奥氏体分析仪等，测定了不同预处理工艺对奥氏体含量的影响，制备了激光冲击试样，以冲击能量70J、功率密度17.84GW/cm2进行了正常激光冲击强化和液氮深冷处理后再强化的对比试验。检测分析了激光冲击处理试样的力学性能变化，研究了Fe-20Ni合金激光冲击强化效果。结果表明：激光冲击强化能明显增加试样的显微硬度，在冲击区产生单一的残余压应力，从而改善金属材料的表面强度。

9.学位论文 代常友 阀式正作用液动冲击器的性能参数分析 2007

液动冲击器简称液动锤，由于其独特的结构和工作原理，使其具有结构简单、适用深孔硬岩钻进等特点，在水文水井、地热井、油气井以及科学深钻中都有良好的应用前景。冲击器的性能参数又是衡量一个冲击器优劣的重要标志，能好好研究并优化其技术参数有非常重要的意义。

本文总结了前人对从液动冲击器的冲击功和冲击频率的测定和计算的方法，对各种方法的利弊进行分析，并在这个基础之上，从液动冲击器的工作原理入手，提出了一种新的分段计算阀式正作用液动冲击器冲击功和冲击频率的方法，并且以YZ-73型液动冲击器为例进行了验证。

本文还对影响液动冲击器的冲击功和冲击频率的液体压力进行了分段分析和计算，并通过试验的方法，测定相关的实验数据，用FLUENT软件对起进行数值仿真模拟，以求获得更准确的性能参数。

在论文的最后，简单的对在冲击作用下的岩石破碎、冲击能量的传播规律和损失、冲锤作用下产生的应力波在传播过程中在各变化截面质点上的速度变化和力的变化规律进行了阐述。

10.期刊论文 杨镇. 王志文 小冲杆试验法及其在评定材料韧性方面的应用 -华东理工大学学报(自然科学版)2002,28(1)

多位研究者证明,作为微试样技术之一的小冲杆试验法可以代替传统试验方法测出材料的各项力学性能.本文简要介绍了这种新型试验方法的工作原理,并详细介绍和分析了用小冲杆试验技术测定材料延脆性转变温度(DBTT或FATT)及断裂韧性(KIC或JIC)等韧性指标的研究工作,探讨了将此项微试样技术用于高温服役材料韧性评定的可行性.

引证文献(4条)

1. 刘扭参. 刘忠侠 复合变质对Al-20Si合金冲击性能的影响[期刊论文]-特种铸造及有色合金 2008(12)2. 李运升. 王耀邦 冲击器回转试验台冲击功的计算机测量方法[期刊论文]-中国水运（学术版） 2007(11)3. 李玉娥. 魏若奇. 者东梅 聚乙烯管材热熔对接焊冲击性能的研究[期刊论文]-中国塑料 2006(6)

4. 朱一辛. 关明杰. 张晓冬 竹材增强杨木单板层积材冲击性能的研究[期刊论文]-南京林业大学学报（自然科学版） 2005(6)

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下载时间：2011年1月14日