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血红细胞力学性能的纳米压痕实验和有限元模拟 被引量:3
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作者 李卫卫 杨庆生 刘志远 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第3期614-621,共8页
采用纳米压痕技术和有限元方法研究了血红细胞的生物力学性能.进行了血红细胞的纳米压痕实验,得到了血红细胞的材料参数和变形形貌;在实验基础上,建立了血红细胞的三维有限元模型,模拟了血红细胞的压痕载荷-位移曲线,并考虑了参数效应.... 采用纳米压痕技术和有限元方法研究了血红细胞的生物力学性能.进行了血红细胞的纳米压痕实验,得到了血红细胞的材料参数和变形形貌;在实验基础上,建立了血红细胞的三维有限元模型,模拟了血红细胞的压痕载荷-位移曲线,并考虑了参数效应.数值模拟结果和实验数据符合很好.通过改变压头与材料之间的摩擦系数和压头曲率半径等参数,比较了载荷-位移曲线的变化情况.研究表明摩擦系数对压痕载荷-位移曲线和应力分布影响很小,而压头曲率对载荷-位移曲线的影响明显. 展开更多
关键词 血红细胞 生物力学 纳米压痕实验 有限元
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基于纳米压痕实验的超声表面滚压镁合金本构参数反演分析 被引量:1
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作者 赵玉婷 周霞 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1469-1479,共11页
本研究对AZ31B镁合金进行超声表面滚压处理,获得在厚度方向具有细晶层的镁合金板并表征其截面的微观结构;通过纳米压痕实验获得了镁合金截面不同位置的力学性能。将ABAQUS有限元软件与Isight软件相结合,反演得出镁合金测量层简化J-C本... 本研究对AZ31B镁合金进行超声表面滚压处理,获得在厚度方向具有细晶层的镁合金板并表征其截面的微观结构;通过纳米压痕实验获得了镁合金截面不同位置的力学性能。将ABAQUS有限元软件与Isight软件相结合,反演得出镁合金测量层简化J-C本构方程参数;对细晶层的力-位移曲线进行有限元计算,探讨了残余应力对镁合金力学性能的影响。结果表明:通过超声表面滚压处理后,试样截面方向形成厚度约为80.68μm的细晶层;截面方向上距镁合金表面越近,镁合金的弹性模量、硬度、残余压应力越大,滚压头的平均位移越小;有限元计算得出镁合金细晶层的残余应力对镁合金塑性性能的提高起到重要作用。通过分析超声表面滚压后AZ31B镁合金的力学性能,对其应用提供了一定的参考和依据。 展开更多
关键词 超声表面滚 纳米压痕实验 有限元计算 反演参数
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基于纳米压痕的煤岩微观力学特性及其影响因素剖析 被引量:12
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作者 蔡益栋 贾丁 +4 位作者 邱峰 刘大锰 闫霞 周优 安康 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期879-890,共12页
煤岩微观力学特性与宏观力学特性关系密切,是剖析宏观力学性质机理的关键指标,也是影响煤层气压裂开采的重要因素。现阶段煤岩微观力学特性研究局限于力学参数表征与现象描述,演化机制及影响机理方面的研究较为缺乏。以我国不同变质程... 煤岩微观力学特性与宏观力学特性关系密切,是剖析宏观力学性质机理的关键指标,也是影响煤层气压裂开采的重要因素。现阶段煤岩微观力学特性研究局限于力学参数表征与现象描述,演化机制及影响机理方面的研究较为缺乏。以我国不同变质程度煤岩为研究对象,通过以纳米压痕实验为主,低温液氮与原位激光拉曼测试为辅的手段,实现了纳米压痕实验关键参数优选,并明确了煤岩镜质组与惰质组微观力学特性及其主控因素。研究结果表明:(1)预实验结果显示,低载荷、小量程下,最大压入深度在1 000 nm左右(对应峰值载荷约为9 mN)的参数设定较为适合煤岩镜质组和惰质组的纳米压痕实验;(2)煤岩惰质组的弹性模量和硬度均普遍高于镜质组,且同一煤样中不同位置显微组分的弹性模量和硬度相近,说明在局部范围内煤基质显微组分的微观力学性质分布具有一定相似性;(3)煤岩显微组分和成熟度通过控制孔隙结构与化学结构以“一主一辅”形式共同影响其微观力学性质,即镜质组微观力学强度随煤化程度加深先升后降再升,下降段主要受因气孔增多导致的孔隙结构变化影响,上升段化学组分和结构为主控因素;惰质组的微观力学性质随煤岩成熟度升高持续增加,始终以受化学组分和结构控制为主。煤岩微观力学性质研究可广泛运用于微观尺度下的煤基质变形机制分析、水力压裂过程中微裂缝的产生与拓展探究以及开发有利区优选。 展开更多
关键词 煤岩 显微组分 微观力学特性 纳米压痕实验 主控因素
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不同晶面单晶铝纳米压痕测试及有限元模拟 被引量:3
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作者 段茜 吴亚丽 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期3467-3472,共6页
采用纳米压入法对单晶铝(100)、(110)、(111)晶面进行力学性能分析,结合实验得到荷载-位移曲线,利用连续刚度技术获得单晶铝的弹性模量和硬度。结果表明:单晶铝具有良好的塑性性能,不同晶面的塑性能力从大到小依次为(110)晶面、(111)晶... 采用纳米压入法对单晶铝(100)、(110)、(111)晶面进行力学性能分析,结合实验得到荷载-位移曲线,利用连续刚度技术获得单晶铝的弹性模量和硬度。结果表明:单晶铝具有良好的塑性性能,不同晶面的塑性能力从大到小依次为(110)晶面、(111)晶面、(100)晶面。材料弹性模量和硬度变化趋势一致,不同晶面弹性模量和硬度的大小关系为:(110)晶面>(111)晶面>(100)晶面。由于晶体变形时发生位错形核与发射,导致荷载-位移曲线在压入初期表现出位移爆发现象。同时运用ABAQUS有限元软件,使用单晶各向异性本构模型定义材料属性,对不同晶面的单晶铝进行仿真模拟,通过反复对比实验与模拟所得的荷载-位移曲线得到不同晶面各向异性的相关材料参数,并分析得出了最大压深时的正应力、剪应力及残余压痕分布的对称性。 展开更多
关键词 单晶铝 纳米压痕实验 有限元模拟
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富有机质页岩高温作用后微观力学特征与热力耦合模拟研究
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作者 李冕 严张萍 唐鑫 《工程地质学报》 北大核心 2025年第2期491-502,共12页
非常规页岩油气勘探与开发呈现出“非常规、深层、难开采”等新特点,储层环境和岩体结构极为复杂。为明确储层勘探开发中的有利温度点及力学特征,本文选取牛蹄塘组富有机质页岩样品,针对常温(25℃)及高温作用(300℃、400℃、500℃)下的... 非常规页岩油气勘探与开发呈现出“非常规、深层、难开采”等新特点,储层环境和岩体结构极为复杂。为明确储层勘探开发中的有利温度点及力学特征,本文选取牛蹄塘组富有机质页岩样品,针对常温(25℃)及高温作用(300℃、400℃、500℃)下的页岩样品,结合纳米压痕、原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)等技术,开展了页岩油储层在高温作用下微观力学性质变化及其影响因素的系统研究。研究结果表明:脆性矿物(硬组分)的弹性模量和硬度显著大于黏土基质(软组分),硬组分的压痕表面深度较深,且在400℃高温作用下,压痕深度明显增加。随着温度的升高,在300℃至500℃的高温作用区间,页岩的整体力学性质呈“V”形变化趋势。在400℃高温作用后,页岩孔隙可见度增大,微裂隙显著增加,受力后出现剪切和张性开裂,弹性模量和硬度显著下降。各参数之间的相关性较好,拟合值接近“1”,表明温度引起的页岩微观结构变化是其力学性质变化的主要原因。该研究为非常规页岩油气的勘探开发提供了重要的微观力学依据,有助于深入理解高温作用对储层性能的影响。 展开更多
关键词 高温作用 微观结构 纳米压痕实验 原子力显微镜实验 热力耦合
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Mechanical heterogeneity characterization of coal materials based on nano-indentation experiments
6
作者 ZHANG Qi LI Xiang-chun +3 位作者 LI Biao MENG Jun-qing NIE Bai-sheng LU Wei-dong 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第9期3142-3155,共14页
To investigate the complex macro-mechanical properties of coal from a micro-mechanical perspective,we have conducted a series of micro-mechanical experiments on coal using a nano-indentation instrument.These experimen... To investigate the complex macro-mechanical properties of coal from a micro-mechanical perspective,we have conducted a series of micro-mechanical experiments on coal using a nano-indentation instrument.These experiments were conducted under both dynamic and static loading conditions,allowing us to gather the micro-mechanical parameters of coal for further analysis of its micro-mechanical heterogeneity using the box counting statistical method and the Weibull model.The research findings indicate that the load–displacement curves of the coal mass under the two different loading modes exhibit noticeable discreteness.This can be attributed to the stress concentration phenomenon caused by variations in the mechanical properties of the micro-units during the loading process of the coal mass.Consequently,there are significant fluctuations in the micro-mechanical parameters of the coal mass.Moreover,the mechanical heterogeneity of the coal at the nanoscale was confirmed based on the calculation results of the standard deviation coefficient and Weibull modulus of the coal body’s micromechanical parameters.These results reveal the influence of microstructural defects and minerals on the uniformity of the stress field distribution within the loaded coal body,as well as on the ductility characteristics of the micro-defect structure.Furthermore,there is a pronounced heterogeneity in the micromechanical parameters.Furthermore,we have established a relationship between the macro and micro elastic modulus of coal by applying the Mori-Tanaka homogenization method.This relationship holds great significance for revealing the micro-mechanical failure mechanism of coal. 展开更多
关键词 nano-indentation experiment MICROMECHANICS heterogeneity characterization COAL
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能量非局部模型和新的应变梯度理论 被引量:4
7
作者 易大可 王自强 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期60-66,共7页
提出一种新的基于能量非局部模型的应变梯度理论,并应用此理论对多晶铜以及薄膜基底的微压痕硬度进行理论预测和数值分析.首先,提出了能量非局部模型,并由此模型,得出新应变梯度理论的本构关系;其次,由变分原理,得出相应的有限元公式;再... 提出一种新的基于能量非局部模型的应变梯度理论,并应用此理论对多晶铜以及薄膜基底的微压痕硬度进行理论预测和数值分析.首先,提出了能量非局部模型,并由此模型,得出新应变梯度理论的本构关系;其次,由变分原理,得出相应的有限元公式;再次,给出了微压痕硬度的有限元分析方法;最后,将该理论预测结果与经典理论预测结果以及实验结果进行了对比.结果表明,计算结果与实验结果相符;而经典理论的预测结果远低于实验结果. 展开更多
关键词 非局部理论 应变梯度理论 纳米压痕实验 薄膜基底 有限元方法
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钨合金基体相原位细观性能的测定 被引量:1
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作者 刘筱玲 宋顺成 +1 位作者 黄伟 史洪刚 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期447-451,共5页
为研究钨合金材料基体相的细观本构关系,采用纳米压痕实验,测定了钨合金基体相微观硬度和平均弹性模量.由纳米压痕实验得到的载荷-位移关系,利用材料的弹塑性硬化模型,经有限元计算,得到了基体相细观屈服强度、硬化模量、弹塑性性能参... 为研究钨合金材料基体相的细观本构关系,采用纳米压痕实验,测定了钨合金基体相微观硬度和平均弹性模量.由纳米压痕实验得到的载荷-位移关系,利用材料的弹塑性硬化模型,经有限元计算,得到了基体相细观屈服强度、硬化模量、弹塑性性能参数和应力-应变关系曲线.分析结果表明,合金成分及变形强化是影响钨合金强度和硬度的两个基本因素.钨合金基体相微观强度和硬度随变形量或钨含量增大而增大. 展开更多
关键词 钨合金 基体 细观力学性能 纳米压痕实验 有限元
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铝膜层数对机械刻划光栅塑性成槽过程的影响 被引量:2
9
作者 张宝庆 于硕 +2 位作者 吉日嘎兰图 韦赟杰 庞壮 《塑性工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期141-147,共7页
为揭示铝膜层数对光栅机械刻划过程中铝膜弹塑性变形过程的影响,对不同铝膜的微观结构及力学特性进行观察与测量。建立了基于混合率方法的两相晶粒铝膜模型,利用有限元方法对刻划过程中各模型的应力分布传递规律及弹塑性变形规律进行了... 为揭示铝膜层数对光栅机械刻划过程中铝膜弹塑性变形过程的影响,对不同铝膜的微观结构及力学特性进行观察与测量。建立了基于混合率方法的两相晶粒铝膜模型,利用有限元方法对刻划过程中各模型的应力分布传递规律及弹塑性变形规律进行了研究,对比了不同层数铝膜在刻划过后的槽型情况。结果表明,应用两相晶粒模型可实现对分层铝膜塑性变形规律的表征。靠近刻槽底部的分层界面储存有压应力,阻碍下方晶粒内部拉应力的释放,减小了薄膜的回弹量。相同膜厚下,随着铝膜层数的增加,薄膜的塑性变形逐渐增强。形成的刻槽底角不断减小并接近刀尖角,单层、3层和4层铝膜与刀尖角的差值分别为18.5°、16.3°和15.2°。同时三者的刻槽深度与刻划深度的差值分别为0.848、0.816和0.797μm,侧向隆起高度分别为1.178、1.205和1.326μm。 展开更多
关键词 中阶梯光栅 机械刻划 塑性变形 晶界 两相晶粒模型 纳米压痕实验
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基于非线性黏弹性模型的上颌中切牙转矩控制有限元研究 被引量:1
10
作者 严斌 施昊天 刘懋 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期105-105,共1页
目的基于纳米压痕实验对人切牙牙周膜的力学性质进行了初步研究,并结合正畸治疗中牙周膜的三维有限元仿真,分析评估上颌中切牙的不同转矩控制引起的牙根应力应变规律,评判牙根吸收的风险,为实现精准矫治提供依据。方法实验样本来自新鲜... 目的基于纳米压痕实验对人切牙牙周膜的力学性质进行了初步研究,并结合正畸治疗中牙周膜的三维有限元仿真,分析评估上颌中切牙的不同转矩控制引起的牙根应力应变规律,评判牙根吸收的风险,为实现精准矫治提供依据。方法实验样本来自新鲜上颌骨,取上颌中切牙段制备牙槽骨-牙周膜-牙齿复合体,选取25 s保载时间、0.5 mN/s加载率、最大载荷为2 mN进行纳米压痕实验,对曲线卸载段使用Oliver-Pharr法计算约化弹性模量。 展开更多
关键词 上颌中切牙 牙根吸收 正畸治疗 牙槽骨 牙周膜 纳米压痕实验 转矩控制 上颌骨
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磷锗锌晶体脆塑转变临界切削深度的研究 被引量:1
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作者 曹中浩 阳红 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2021年第6期908-911,共4页
为实现磷锗锌(ZnGeP_( 2))晶体超精密切削,提高表面加工质量,获得纳米级的超光滑表面,基于纳米压痕实验计算出磷锗锌晶体表面脆塑转变临界深度。在此深度内切削材料产生脆塑转变,并以塑性方式去除。在此基础上,采用单点金刚石飞切机床DF... 为实现磷锗锌(ZnGeP_( 2))晶体超精密切削,提高表面加工质量,获得纳米级的超光滑表面,基于纳米压痕实验计算出磷锗锌晶体表面脆塑转变临界深度。在此深度内切削材料产生脆塑转变,并以塑性方式去除。在此基础上,采用单点金刚石飞切机床DFC600A开展磷锗锌晶体超精密切削。通过控制切削深度低于磷锗锌晶体脆塑转变临界深度,使材料表面仅发生塑性变形,实现了晶体表面纳米级光滑表面加工,表面粗糙度达1.01 nm,达到了对磷锗锌晶体表面的加工要求,验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 磷锗锌晶体 纳米压痕实验 临界深度 超精密切削
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温度依赖的病毒DNA结构及其表观刚度的尺寸效应
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作者 张乘胤 张能辉 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期289-289,共1页
目的生命周期中病毒的力学性能与其生理行为密切相关。构建病毒DNA微观结构与其表观刚度之间的跨尺度关联,力图澄清近期关于病毒结构和力学性能实验结果的争论。方法基于低温电子显微镜所显示的病毒DNA结构特征,提出了刻画病毒DNA微观... 目的生命周期中病毒的力学性能与其生理行为密切相关。构建病毒DNA微观结构与其表观刚度之间的跨尺度关联,力图澄清近期关于病毒结构和力学性能实验结果的争论。方法基于低温电子显微镜所显示的病毒DNA结构特征,提出了刻画病毒DNA微观结构的双区新模型;基于Parsegian的DNA链间介观经验势和Purohit的DNA单区结构弯曲能,建立了描述病毒DNA双区结构自由能的连续介质模型,并采用功能互等定理推导出纳米压痕实验中病毒DNA的等效表观刚度。 展开更多
关键词 连续介质模型 病毒DNA 病毒结构 电子显微镜 纳米压痕实验 温度依赖 力学性能实验 生命周期
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光栅分层结构铝膜塑变应力传递规律研究
13
作者 许世英 于硕 张宝庆 《制造技术与机床》 北大核心 2021年第7期120-124,共5页
近似采用连续均匀介质模型表征分层铝膜机械刻划塑变过程时,无法准确揭示铝膜微观结构对应力传递的影响规律,直接阻碍刻划光栅精密控形成槽技术的获取。首先通过扫描电镜获取光栅毛坯上分层铝膜的微观形貌,结合混合率理论建立具有晶粒... 近似采用连续均匀介质模型表征分层铝膜机械刻划塑变过程时,无法准确揭示铝膜微观结构对应力传递的影响规律,直接阻碍刻划光栅精密控形成槽技术的获取。首先通过扫描电镜获取光栅毛坯上分层铝膜的微观形貌,结合混合率理论建立具有晶粒晶界特性的两相晶粒模型。其次通过纳米压痕及纳米划痕实验获取分层结构铝膜的力学特性。最后利用Abaqus软件,对光栅机械刻划过程进行仿真分析。分析研究表明:临近刻槽的晶界在形变结束后储存压应力,阻碍下方晶粒中拉应力的释放。仿真中的回弹量与划痕数据相吻合,误差较传统模型减小一半。两相晶粒模型可以很好地揭示具有分层结构铝膜的加载形变规律。 展开更多
关键词 机械刻划 中阶梯光栅 有限元分析 晶界 纳米压痕实验
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Scratching by pad asperities in copper electrochemical-mechanical polishing
14
作者 边燕飞 翟文杰 +1 位作者 程媛媛 朱宝全 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第11期4157-4162,共6页
Low dielectric constant materials/Cu interconnects integration technology provides the direction as well as the challenges in the fabrication of integrated circuits(IC) wafers during copper electrochemical-mechanical ... Low dielectric constant materials/Cu interconnects integration technology provides the direction as well as the challenges in the fabrication of integrated circuits(IC) wafers during copper electrochemical-mechanical polishing(ECMP). These challenges arise primarily from the mechanical fragility of such dielectrics, in which the undesirable scratches are prone to produce. To mitigate this problem, a new model is proposed to predict the initiation of scratching based on the mechanical properties of passive layer and copper substrate. In order to deduce the ratio of the passive layer yield strength to the substrate yield strength and the layer thickness, the limit analysis solution of surface scratch under Berkovich indenter is used to analyze the nano-scratch experimental measurements. The modulus of the passive layer can be calculated by the nano-indentation test combined with the FEM simulation. It is found that the film modulus is about 30% of the substrate modulus. Various regimes of scratching are delineated by FEM modeling and the results are verified by experimental data. 展开更多
关键词 electrochemical-mechanical polishing scratch pad asperities nano-scratch model nano-indentation
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