基于RUS方法的稳定各向同性负泊松比合金材料的研制及特性分析

基本信息
批准号:11304033
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:李东
学科分类:
依托单位:东北大学
批准年份:2013
结题年份:2016
起止时间:2014-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:袁惠群,李英梅,战宇,李莹,寇海江,于印鑫,李岩
关键词:
铟锡合金超声共振谱方法负泊松比准同型相界特性分析
结项摘要

Compared with positive Poisson's ratio materials, materials with negative Poisson's ratio have much higher shear modulus, fracture toughness, resistance to indentation and the energy absorption efficiency etc.; therefore, negative Poisson's ratio has attracted a growing interest from global researchers. Researchers are devoted to obtaining a deep understanding of the deformation mechanism of negative Poisson's ratio and developing a broad application of the materials and structures with negative Poisson's ratio. Until recently, negative Poisson's ratio has been observed in In-Sn alloy within a wide range of temperature by the applicant. There is no report about negative Poisson's ratio in isotropic solids until now. However, the mechanism and characterization of negative Poisson's ratio in this material is still under request. The project will systematically fabricate In-Sn alloys with a series of compositions in the vicinity of the morphotropic βSn+γ-γ phase boundary,and use different heat treatment methods to develop isotropic alloy materials with negative Poisson's ratio. Using advanced resonant ultrasound spectroscopy (RUS) method combined with the finite element software to determine the Poisson's ratio of the alloys.The sensitivities of the Poisson's ratio to the heat treatment histories and services environment will be studied combining with the microstructure analysis. This project will also determine the indentation resistance and the energy absorption capabilities of the alloys with negative Poisson's ratio, and compare the microstructures and mechanical properties of the alloys with negative Poisson's ratio with the materials which have transient negative Poisson's ratio during solid phase transformation such as barium titanate, etc..The results will provide the fundamentals for the design and fabrication of materials and structures with negative Poisson's ratio in the future.

负泊松比材料由于具有更高的剪切模量、断裂韧性、压痕阻力及吸能效率等传统材料无法比拟的优越性能,一经发现,立刻受到新材料领域的高度关注。而对负泊松比材料机理的研究及具有广泛应用价值负泊松比材料和结构的研制,一直是学者们关注的热点。申请人近期观测到各向同性铟锡合金在较宽温度区间内具有稳定的负泊松比行为,该行为之前未见报道,但其机理及特性还尚未明确。本课题拟通过在βSn+γ-γ准同型相界附近制备一系列不同成分比的铟锡合金,经不同的热处理过程,研制出各向同性负泊松比铟锡合金材料;通过超声共振谱方法(RUS)结合有限元仿真,确定出不同成分比铟锡合金准确的泊松比数值;结合材料的显微结构,分析负泊松比铟锡合金对热处理过程、服役环境的敏感度;对负泊松比铟锡合金进行压痕阻力及吸能效率测试,并与在固态相变时具有非稳定负泊松比行为的钛酸钡等材料的微观结构和力学性能进行对比,为今后负泊松比结构的人工制备奠定基础。

项目摘要

本项目圆满完成了《项目计划任务书》中规定的研究目标和研究任务,并超额完成了各项考核指标。负泊松比材料是一种具有更高剪切模量、断裂韧性、压痕阻力及吸能效率等优越性能的新材料。目前具有负泊松比现象的实体材料绝大多数是各向异性的,而本项目所研究的铟锡合金不但是各向同性的,且在特定的成分比下具有稳定的负泊松比行为。为进一步明确其机理及力学特性,本项目通过在βSn+γ-γ准同型相界附近制备一系列不同成分比的铟锡合金,经不同的热处理过程,研制出了各向同性负泊松比铟锡合金材料;通过超声共振谱方法(RUS)结合有限元仿真,得到了全范围泊松比(-1~0.5)与材料共振频率比之间的关系,进而确定出了不同成分比铟锡合金准确的泊松比数值;利用光学显微镜、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)以及扫描电子显微镜(SEM)等手段分析了具有不同成分比的铟锡合金的微观组织,并结合材料的显微结构,分析了负泊松比铟锡合金对热处理过程、服役环境的敏感度;对负泊松比In-Sn合金进行压痕阻力及吸能效率测试,并结合显微组织结构,分析了负泊松比结构的变形机理,确定出了吸能效率最优的负泊松比In-Sn合金材料的参数值。主要研究成果包括:13.5%的铟锡合金具有负泊松比特性,泊松比可达到-0.09,且其负泊松比行为在所研究的温度变化范围内是稳定的;相比正泊松比InSn合金,负泊松比InSn合金具有更明显的应力平台区间,吸能效率更高;抗压痕能力方面正负泊松比的InSn合金没有明显区别。所得研究成果将为负泊松比材料和结构的人工制备及其在焊料、涂层、防护装置、宇航等众多领域的广泛应用奠定基础。本项目共发表学术论文10篇,其中SCI收录7篇,EI收录2篇(均标注本基金项目资助);培养硕士研究生2名。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

玉米叶向值的全基因组关联分析

玉米叶向值的全基因组关联分析

DOI:
发表时间:
2

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
3

硬件木马:关键问题研究进展及新动向

硬件木马:关键问题研究进展及新动向

DOI:
发表时间:2018
4

基于SSVEP 直接脑控机器人方向和速度研究

基于SSVEP 直接脑控机器人方向和速度研究

DOI:10.16383/j.aas.2016.c150880
发表时间:2016
5

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018

李东的其他基金

批准号:51506161
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21476222
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:70472085
批准年份:2004
资助金额:6.00
项目类别:面上项目
批准号:58670286
批准年份:1986
资助金额:3.00
项目类别:面上项目
批准号:70471076
批准年份:2004
资助金额:6.00
项目类别:面上项目
批准号:81101634
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81873105
批准年份:2018
资助金额:52.00
项目类别:面上项目
批准号:71372196
批准年份:2013
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:81901444
批准年份:2019
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11401337
批准年份:2014
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21106145
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51775352
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:61503084
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51305273
批准年份:2013
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30400251
批准年份:2004
资助金额:8.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:69502001
批准年份:1995
资助金额:12.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51904020
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60875013
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:61571288
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:61501068
批准年份:2015
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:70972054
批准年份:2009
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:11771239
批准年份:2017
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:61405163
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11603077
批准年份:2016
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11202249
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61172065
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:71271006
批准年份:2012
资助金额:50.00
项目类别:面上项目
批准号:51902098
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41401406
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41871274
批准年份:2018
资助金额:59.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

基于辛算法的负泊松比碳纳米管波动特性研究

批准号:11402035
批准年份:2014
负责人:侯秀慧
学科分类:A0813
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
2

负泊松比材料的吸能机理与宏观等效性能预测及方法

批准号:51905043
批准年份:2019
负责人:李兆凯
学科分类:E0506
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
3

基于负泊松比结构的动静压轴承自适应调节机理与方法研究

批准号:51705394
批准年份:2017
负责人:李鹏举
学科分类:E0505
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
4

舰艇宏观负泊松比效应减振及防护结构机理与优化设计方法

批准号:51479115
批准年份:2014
负责人:杨德庆
学科分类:E1102
资助金额:84.00
项目类别:面上项目