镁碱沸石FER单晶弹塑性双线性本构关系的实验研究与有限元确定.pdfVIP

!第 ! 卷 第 期 #$$% 年 月 太 原 理 工 大 学 学 报 ’()*+,-(./,01),+)+023*40/1(./356+(-(71 289:! +8: +8;:#$$% 文章编号! $$=?!# #$$% # $=$R#=$! 镁碱沸石 .3* 单晶弹塑性双线性 本构关系的实验研究与有限元确定 牛晓燕!林 江!树学锋 !太原理工大学 应用力学研究所山西 太原 $!$$#? # 摘 要!为研究镁碱沸石大单晶 .3* 的力学性能!采用纳米压痕技术!测得随载荷连续变化的 位移!得到载荷 = 位移 曲 线 图根 据 a:5:(9J;F 算 法!利 用 接 触 刚 度 连 续 测 量# 54A $技 术!得 到 .3* 沸石分子筛硬度及弹性模量基于弹塑性双线性本构关系假定!用 ,+414 有限元程序模拟 纳米压痕试验过程!利用有哪些信誉好的足球投注网站法得到沸石大单晶 .3* 的双线性本构关系本文还讨论了摩擦%温 度及压头尖端曲率半径对纳米压痕计算结果的影响 关键词!沸石大单晶 .3* 硬度弹性模量 ,+414 弹塑性双线性本构关系 中图分类号! (% 文献标识码! , 沸石具有特殊的孔径结构对吸附分子的大小 尺寸有极好的选择性在石油化工领域分子筛是重 要的催化剂 之 一被 广 泛 应 用 于 催 化 裂 化$加 氢 裂 化$烷烃的异构化$烯烃催化叠合等工业生产之中% 此外还可用作核废水处理$化学传感器$减少污染 和储氢材料的介质’%利用其晶体具有离子导体的 特性还可以作为光$电$磁功能材料的基质% 沸石分子筛用作催化剂与吸附剂时在使用过 程中由于挤压$碰撞等会受到强烈的压缩和剪切力 而导致晶体结构的破损与微孔体积的崩塌#’%经过 重复使用催化活性会逐步降低而最终导致该材料 的废弃%为了提高沸石分子筛在工业应用中的有效 性$实用性$延长其使用寿命对其力学性能的研究 十分必要%但用传统的实验方法无法测得所研究的 沸石分子筛镁碱沸石 .3* 晶体的力学性能%笔 者 采用纳米压痕硬度技术!’对其进行了实验研究并 基于材料 的 弹 塑 性 双 线 性 本 构 关 系 假 定用 ,+= 414 有限元程 序 模 拟 了 实 验 过 程得 到 了 .3* 大 单晶的双线性本构关系% ! 实验描述 在非水溶 液?’中 合 成 镁 碱 沸 石 .3* 大 单 晶% 用显微镜挑选出优质的颗粒把环氧树脂做成符合 仪器 要 求 的 圆 柱 型使 .3* 沸 石 大 单 晶 镶 于 其 表 面经过表面抛光处理后即可进行力学性能的测试% 图 为 .3* 沸 石 大 单 晶 的 晶 体 形 貌它 是 大 小 为 #$ % UgR$ % U 的片状% 在实验 中用 A/4+DB80BEFBXFI\C 型 纳 米 压痕硬度 计 ]FIZ8;JQG 压 头 把 力 施 加 在 .3* 沸 石 试件上使试件产生压痕试件首先发生弹性变形 继而发生塑性变形%整个压痕过程中用原子力显微 镜可观测得到镁碱沸石 .3* 大单晶的载荷 = 位移关 系曲线如图 # 所示%在实际测试中该仪器采用了 接触刚度连续测量! 54A #的技术实现了硬度和弹 性模量随压痕深度 变 化 的 连 续 测 量再 根 据 a:5: (9J;FI % ’方法计算得到 .3* 沸石分子筛的硬 度$ 弹性模量分别为 $:7CD $ ! 7CD: 4 ( = Q ! # O I ( * E # O ’ * E # A O A ! # # 式中( = 为在任意压痕深度的实时载荷) Q 为在 = 作 用下接触表面的投影面积) O I 为复合响应模量) O E 分别为被测材料的弹性模量和泊松比) O A E A 分别为 压头的弹性模量和泊松比% (((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((( ! 收稿日期! #$$%=$=R 基金项目!国家自然科学基金资助项目! $!#$ # 作者简介!牛晓燕! T #女河北省沙河市人博士主要从事弹塑性力学研究! /F9 # $!%=$$%$ ! 3=UDJ9 # BJM ＿ _JD8 V DB#$$# !:Q8U 图 镁碱沸石 .3* 大单晶晶体形貌 图 # 镁碱沸石 .3* 大单晶的载荷 = 位移曲线 .3* 单 晶 体 的 弹 塑 性 双 线 性 本 构 关系的确定 :! 材料模型假定 镁碱沸石 .3* 是一种连有 % ? 多面单元的三维 骨架结构的分子筛!它属于正交晶系!利用它的对称 性在进行纳米压痕数值模拟时!把模型简化为二维 问题而不会影响计算结果的精度根据实验得到了 .3* 的硬度和弹性模量!而该材料的本构关系无法 取得本文采用弹塑性双线性材料模型假定!