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梯度纳米结构TWIP钢的晶体塑性有限元分析
强度和韧性的“倒置关系”是材料研究领域长期存在的难题。大量的实验表明,随着金属材料内部晶粒尺寸的降低,在强度获得提升的同时,韧性将大打折扣。目前,广泛采用的高强材料韧化策略有:(1)改变组分,通过引入和调整材料的多种主要元素,同时激活多种塑性变形机制,高熵合金材料就是采用这种思路;(2)改变微结构,在材料内部引入一种或多种梯度分布的微结构,避免由于特征长度突变带来的性能突变,有效克服金属材料强度和韧性的失配问题,这种材料被称为梯度纳米结构材料。 图1 梯度结构金属材料的类型(摘自:李毅,梯度结构金属材料研究进展,中国材料进展,2016, 35: 658-665)人工制备的梯度纳米金属结构主要包括以下几种:梯度晶粒,梯度位错,梯度孪晶,梯度固溶物,梯度相,以及包含两种以上的梯度混合结构。在已经发展成熟的金属材料内部引入梯度纳米结构,可以进一步提高其强韧性匹配能力。例如,通过表面研磨处理(SMAT)在孪晶诱发塑性(TWIP)钢表面引入大量的塑性变形,使其表面晶粒细化,随着深度的增加,晶粒细化的程度逐渐降低,同时塑性变形也会导致位错演化和孪晶的产生,因此在TWIP钢内部形成了包含梯度晶粒,梯度位错和梯度孪晶的梯度混合结构。这种梯度纳米结构TWIP钢的强度可以提升50%,断裂应变仅从60%下降到52%,具有更高的强韧性匹配能力。目前,关于梯度纳米结构TWIP钢的研究集中于实验,反映物理机制的本构模型研究还鲜见报道。西南交通大学力学与工程学院张旭教授与德国马普钢铁所、中国钢铁研究总院等机构开展合作,指导博士生陆晓翀发展出考虑位错滑移和变形孪晶等物理机制的微结构尺寸相关晶体塑性本构模型。依托DAMASK平台将该模型移植有限元,并对梯度纳米结构TWIP钢的单轴拉伸变形行为展开模拟,揭示了其微结构演化与宏观性能之间的关系,量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。相关研究工作已在金属材料与固体力学交叉领域顶级期刊《International Journal of Plasticity》上在线发表,论文题目为Crystal plasticity finite element analysis of gradient nanostructured TWIP steel。 论文链接: https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2020.102703作者首先使用不同晶粒尺寸Fe-15Mn-2Al-2Si-0.7C (wt.%) TWIP钢的单拉实验数据验证该模型的合理性,结果表明该模型对不同尺寸下的应力应变响应和应变强化行为都可以较好地描述,特别是细晶TWIP钢硬化率曲线中的up-turn效应。通过对内变量演化的分析及对比性模拟,作者发现这种up-turn效应源自于细晶中显著的背应力。 图2 对比不同晶粒尺寸TWIP钢的单拉实验和模拟结果由于梯度纳米结构TWIP钢的微结构十分复杂,晶粒数目众多,通过采用三维均匀化方法,建立了宏观试样尺寸的有限元模型。通过对每层单元赋予不同的晶粒尺寸,初始位错密度和孪晶体积分数,离散地描述材料内部微结构的梯度分布,并通过梯度网格划分方法进一步减少单元数目。对于材料表层微结构变化剧烈的区域,采用密度较高的网格,以保证更加精确地描述微结构的梯度变化。 图3三维均匀化方法示意图作者利用发展的晶体塑性模型,对均匀和梯度纳米结构的Fe-10Mn-0.5C-3Ni (wt.%) TWIP钢的单拉变形行为进行模拟。结果表明,在合理描述均匀结构TWIP钢应力-应变响应的基础上,通过引入微结构的梯度分布,无需修改任何参数就可以较好地描述梯度纳米结构TWIP钢的单拉力学行为。通过对比变形云图,作者发现均匀和梯度纳米结构TWIP钢的表面都会变的粗糙不平,但梯度纳米结构的表面粗糙度更加明显,产生的应变局域化形成了两个凹陷区,且凹陷区在垂直于平面方向也会发生收缩。随着深度的增加,收缩程度逐渐降低。通过对比性模拟,作者发现表面凹陷区的出现就是梯度纳米结构TWIP钢韧性略微下降的原因。而应变局域化的产生与表面纳米层晶粒的应变强化能力有关,提高表面纳米晶的硬化能力,就可以抑制表面凹陷区的出现和韧性的下降。此外,作者通过分析不同层位错密度的演化,进一步证实了上述观点。作者还通过对比性模拟量化了不同梯度结构对材料强韧性的贡献。结果表明:强度的提升源于梯度位错结构,梯度晶粒和梯度孪晶结构有助于保持材料的应变强化能力。 图4 均匀结构和梯度纳米结构TWIP钢的模拟结果对比分析。
西南交通大学 2021-04-10
一种水泥基抹面材料塑性收缩开裂测定方法
本发明涉及一种水泥基抹面材料塑性收缩开裂测定方法。先制备 914³610³20mm 的无底木模框,并在其内侧涂覆机油;再将其置于 1000³700³20mm 的已硬化混凝土基 底上或 1000³700³50mm 已用砂浆粘接平铺好的粘土砖基底上;然后按水泥∶砂∶水∶ 防裂纤维=1∶1∶0.5∶0~0.20 质量比量取,搅拌 1-3min 制成水泥基抹面材料后倒入 木模框内,并沿边缘螺旋式向中心进行浇注,注满后立即快速刮平表面,并打开风速为 5m/s 的电风扇和位于抹面材料上方 1.5m 处的 1000W 碘钨灯,光照 4h 和风吹 24h 后,在 20±2℃和相对湿度为 50±10%下测量和计算开裂权重值。本发明在 1~2 天内获得其塑 性失水干燥收缩开裂性能的表征结果。可广泛用于测定工程中水泥净浆、砂浆及其复合 材料的塑性收缩性能,指导防裂施工,具有明显经济和社会价值。
同济大学 2021-04-13
一种电磁力驱动的金属材料塑性成形方法
本发明公开了一种电磁力驱动金属材料塑性成形方法,包括如 下步骤:在金属胚料上下两表面喷涂绝缘涂层后,将其置于下模具上并用压边模压紧,上模具与金属胚料上表面保持一定间隔;在金属胚 料上施加电流,同时在上模具上施加与金属胚料电流方向相反的电流, 或/和在下模具上施加与金属胚料电流方向相同的电流,电流的相互作 用产生向下的电磁力驱动金属胚料发生形变;金属胚料在电磁力驱动 下经自由胀形、贴模等变形阶段后与下模具凹槽的上表面贴合,发生 塑性变形直至成形。本发明还公开了相应的成形装置。本发明利用电 流产生稳定持
华中科技大学 2021-04-14
天麻素高效合成专利技术
天麻素是天麻的主要活性成分,具有镇静、抗惊厥、抗炎及增 强机体免疫等作用,临床上广泛用于眩晕、头疼(神经衰弱及神经衰弱综合症、 血管性头疼、紧张性头疼、脑外伤综合症、偏头疼等)及癫痫的辅助治疗。 目前,临床应用的天麻素原料药主要来源于植物提取和化学合成。由于天 麻素在天麻中含量极低(约 0.1%),因此采用植物提取法获取天麻素存在着提取 成本高、工作量大、高纯度样品难于制备及不利于资源保护等问题,发展一种 可规模化制备天麻素的合成方法已势在必行。目前工业化学合成制备天麻素的 方法存在:收率低、成本高、产品中易引入重金属及环境污染严重等弊端。 本技术采用价廉易得、稳定性好的全乙酰吡喃葡萄糖为糖基给体,对甲苯 酚为受体,经糖苷化等 4 步反应合成天麻素。该合成技术收率高(4 步反应总收 率 50%),条件温和,操作方便,环境污染轻,所得副产物可以回收利用,成本 低。按目前原材料和产品价格计算,该技术生产的天麻素利润为 500-700 元/公 斤。目前该技术已授权发明专利 2 项。 
青岛农业大学 2021-04-11
原花青素保健食品
研发阶段/n原花青素(Procyanidins,PC)系多酚类聚合物,是由不同数量的儿茶素或表儿茶素缩合而成,人们对它的研究已有30多年历史,特别自80年代以来,世界各国对原花青素的研究日益广泛深入。1995年美国民意测验结果表明,原花青素是公众信赖的10种植物药之一,目前以原花青素为原料的药已在美国、欧洲和澳洲、东南亚等地区广泛使用,并应用于化妆品。原花青素在自然界中广泛存在,如葡萄、山楂、花生、银杏、苹果、燕麦、高梁、草莓、连翘、山枣等植物,而许多原料均为加工过程中的废弃物,来源易得,为原花青素
华中农业大学 2021-01-12
口服长效胰岛素软胶囊
本项目是利用胰岛素与高分子化合物结合形成的小于100nm 的纳米囊分散在某种含有添加剂的油相中而成的软胶囊。初步动物实验结果:在给空腹的糖尿病大鼠口服单一剂型的长效口服胰岛素软胶囊中的油溶液,对血糖浓度的控制与皮下注射胰岛素控制效果类似。给药后2小时血糖开始下降12小时出现血药浓度峰值,持续达3天,5天内完成清除。这比常规的皮下注射胰岛素起效慢,但作用持续
西安交通大学 2021-01-12
番茄红素产业化研发
番茄红素是类胡萝卜素家族中的一种,具有很强的抗氧化性,被广泛应用于医药和食品行业。三孢布拉氏霉作为一种丝状好氧真菌,是目前番茄红素工业化生产的主要微生物。在三孢布拉氏霉的类胡萝卜素代谢过程中,carRA 编码的蛋白对菌体的番茄红素、γ-胡萝卜素及 β-胡萝卜素的含量起着至关重要的作用。 为了提高菌体的番茄红素含量,本研究获得了 carR 和 carRA 同源敲除菌株及 carA 过表达菌株。对正负菌混合发酵培养 6 天后的类胡萝卜素含量及所占比例的分析发现,carR 敲除株的番茄红素含量和占比分别增至野生型的 2.99 倍和 16.10 倍。表明,敲除 carR 或者过表达 carA 均可以提高三孢布拉氏霉的番茄红素含量。为了进一步提高三孢布拉氏霉的番茄红素含量,本项目对一系列化合物也进行了筛选,发现某化合物的番茄红素提高效果最佳,2 天后的番茄红素占比由 1.7%提高至 90.1%,番茄红素含量分别升高至 83.2 mg/gDW,为未处理对照的 315.8 倍。对 carR 和 carRA 敲除菌株及 carA 过表达菌株也进行同一化合物处理,发现 carA 过表达菌株的番茄红素含量和占比达到 103.6 mg/gDW 和 89%。 我们的技术优势:本项目使用的特殊菌株是我们自己构建的,具有完全的自主知识产权;本项目添加的小分子化合物无毒、用量少、效果好,我们具有完全的自主知识产权;应用三孢布拉氏霉生产番茄红素的传统技术成熟、稳定、投资小,本项目除菌株和添加的小分子化合物与之不同外,其他均完全相同。
南开大学 2021-04-13
高级胰岛素注射练习模块
XM-S17高级胰岛素注射练习模块   一、功能特点: ■ XM-S17高级胰岛素注射练习模块采用高分子材料,皮肤柔软有弹性,配有布质松紧带,可以穿戴在病人身体的特定部位,如腹部、大腿、上臂等,进行胰岛素药物的自我注射,长度和紧度可以调节。 ■ 模块的厚度可以允许使用不同规格的注射器进行穿刺。 ■ 模型背面配有硬质塑料板,可以防止出现注射时模块扎穿的情况。 ■ 可反复进行练习。   二、标准配置: ■ 穿戴式胰岛素注射操作模块:1个 ■ 注射器:1支 ■ 说明书:1册 ■ 保修卡合格证:1张
上海欣曼科教设备有限公司 2021-08-23
一种大塑性非晶基复合材料的制备方法
本发明公开了一种非晶基复合材料的制备方法,其特征在于, 包括:将片状非晶合金与增韧第二相材料交替层叠后置于夹具中,其 中所述增韧第二相为板状且上下表面开有阵列通孔的结构;在恒压或 渐增载荷的条件下,对层叠的非晶合金及多孔板加热,同时对其实施 超声振动,非晶合金迅速软化并被压入第二相增韧板的孔中,使得非 晶相合金与增韧第二相的界面冶金良好结合,而且成形过程中不会发 生晶化,从而获得塑形良好的非晶合金复合材料。本发明还公
华中科技大学 2021-04-14
一种虫草素的提取方法
本技术成果通过人工培养虫草菌丝获得冬虫夏草,给冬虫夏草这一名贵药材继续长久为人类服务提供 了一条新思路。发酵工艺为:原种→摇床培养→一级培养→二级培养→三级培养→四级培养→菌液分离→ 干燥。本技术成果可有效提取虫草素,为新产品开发打下了基础。
中山大学 2021-04-10
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