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关键词： Python   可视化   材料力学教学   动态展示  

摘要： 为提升材料力学教学中复杂数据的直观展示效果,基于Python构建多维数据可视化方法,研究应力–应变关系、材料强度特性及变形的动态呈现与交互设计。通过将Matplotlib、VTK和Plotly等工具应用于教学实践,优化了三维应力分布、强度包络面及变形动画的展示效果。该方法有效改善了学生对力学概念的理解,在提升教学效率和培养创新能力方面具有显著优势。

关键词： 聚酰胺6   连续玻璃纤维   γ-氨丙基三乙氧基硅烷   力学性能  

摘要： 为了进一步提升聚酰胺6(PA6)复合材料的力学性能,以满足高性能工程塑料的应用需求,本研究采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对连续玻璃纤维(GF)进行表面改性处理,并通过模压成型工艺制备GF/PA6复合材料。重点探讨了玻璃纤维表面改性处理、网格密度、层数以及铺放角度等因素对复合材料性能的影响。结果表明,偶联处理可有效改善玻璃纤维与PA6间的界面粘接性,相比于未处理的纤维复合材料,拉伸强度和悬臂梁冲击强度分别提高了41.0%和24.5%。此外,复合材料的力学性能与玻璃纤维的层数、网格密度呈正比关系,且纤维铺放角度为30°时增强效果最佳。当采用30°铺放角度排列三层13目改性玻璃纤维时,拉伸强度和悬臂梁冲击强度可分别达到354.6 MPa、49.6 kJ/m^(2),相比纯PA6提高了438.9%和713.1%,大幅提高了力学强度,拓展其在粮食储藏仓领域的应用,对于同类复合材料的设计与加工具有重要的理论与实践指导意义。

关键词： 材料力学   虚拟仿真   有限元模拟   复杂变形   工程结构分析  

摘要： 结合中原区域经济特色,利用有限元分析优势,搭建了黄河水利枢纽工程中水轮发电机主轴变形的数字化虚拟仿真实验平台。该平台利用Unity 3D构建虚拟场景,基于国产有限元分析软件Simdroid进行模拟分析,根据实际工程参数提供多种互动场景和丰富的实验条件。学生可自主设计载荷工况,通过数字化虚拟仿真实验结果了解构件内应力应变分布和变化,提高对复杂受力变形体进行力学分析的能力,强化对材料力学理论知识的理解。

关键词： SiC/Al复合材料   颗粒级配   尺寸稳定性   冷热循环  

摘要： 采用热等静压法制备不同颗粒粒度的55%SiC/Al复合材料,并研究了粒度方案及冷热循环处理对复合材料力学性能和尺寸稳定性的影响。结果表明:相较单一颗粒增强的复合材料,颗粒级配复合材料具有良好的力学性能和更优异的尺寸稳定性。针对T6态颗粒级配复合材料进行冷热循环处理,可进一步实现其尺寸稳定性和力学性能的协同优化,其弯曲强度达到633.55 MPa,提升7.0%,微屈服强度达到491.94 MPa,提升10.6%,累计体积变化率下降30.7%。颗粒级配是可同时获得SiC/Al复合材料优异力学性能和尺寸稳定性的最佳粒度方案,冷热循环处理在保证复合材料力学性能的基础上可进一步提升其在力、热双重载荷作用下的尺寸稳定性。

关键词： Mg_(2)SiO_(4)   La_(2)O_(3)   抗侵蚀性能   力学性能  

摘要： 为解决天然Mg_(2)SiO_(4)中杂质生成的低熔点相导致MgO-Mg_(2)SiO_(4)质材料抗渣性下降的问题,以La_(2)O_(3)为添加剂,Mg_(2)SiO_(4)与电熔镁砂为主要原料制备MgO-Mg_(2)SiO_(4)质耐火材料,研究了La_(2)O_(3)添加量(质量分数分别为0、1%、2%、3%)对MgO-Mg_(2)SiO_(4)质耐火材料物相组成、显微结构、力学性能以及抗渣(NaF与Na_(2)SO_(4))侵蚀性能的影响,并结合热力学计算揭示了侵蚀过程中材料物相变化规律。结果表明:在MgO-Mg_(2)SiO_(4)质耐火材料中添加适量La_(2)O_(3)可以促进材料烧结,提升材料的致密度。当La_(2)O_(3)的添加量达到2%(w)时,试样的显气孔率最低,耐压强度最高,材料的抗NaF与Na_(2)SO_(4)侵蚀性能也得到了显著改善。

关键词： 材料力学   HTPB推进剂   高过载   温度   应变率   脉宽  

摘要： 为考察HTPB推进剂的宽温域抗高过载性能,基于一维应力波传播和加载理论开发了用于推进剂高过载加载的试验系统,实现了单脉冲加载推进剂试样过载幅值和脉宽的理论设计,并结合波形整形技术实现了高过载应力波的精确控制;开展了HTPB推进剂在不同温度(-50、-20、0、25和70℃)、不同过载幅值(12000、16000 g)和不同加载脉宽(100、200、300μs)下的系列试验,结合μCT试验结果和有限元方法分析了HTPB推进剂在上述加载条件下的损伤响应特征。结果表明,相同高过载幅值和脉宽加载条件下,随着温度降低,应力水平提高;相同高过载幅值和温度的条件下,随着脉宽增加,应力水平也提高;推进剂在高低温下的应力分布呈现较为统一的规律,其最大应力均发生在载荷爬升段的终点时刻附近,且均在药条底端发生应力集中;将随应变率和温度变化的抗压强度作为强度判据,通过应力场、应变率场和温度的耦合分析,该推进剂试样在16000 g过载、5种不同温度和3种不同脉宽下均能保证其完整性;同时,μCT试验结果表明,温度的升高会抑制损伤特征的形成,而加载脉宽的增加则会促进损伤特征的形成。

关键词： 玻璃纤维复合材料   微观结构   力学性能   界面损伤   多尺度分析  

摘要： 为研究单向玻璃纤维复合材料的力学性能和损伤行为与纤维/树脂混合体内部微观结构纤维-基体界面的关系,本文采用复合材料多尺度分析方法及双线性模型cohesive单元,建立了玻璃纤维复合材料菱形、随机纤维分布的微观结构模型。开发了复合材料微观结构模型预测单向复合材料层合板的宏观性能参数,并结合界面微观损伤模式分析了复合材料0°、90°层合板的破环形式;同时,开展了玻璃纤维复合材料纵、横向拉伸及剪切力学试验和扫描电子显微镜(SEM)试验,验证了复合材微观性能参数预测值的准确性以及复合材料0°、90°微观结构损伤形式的合理性。结果表明,带厚度界面的微观结构模型应力分布较为均匀且连续;界面对横向、剪切模量有较大影响;玻璃纤维复合材料铺设方向决定了单胞模型材料组分的损伤形式,沿纤维方向受载时体现为纤维崩断,垂直纤维方向受载时损伤形式为界面失效和基体开裂。

关键词： 力学史   材料力学实验   课程案例  

摘要： 将力学史研究中的相关案例引入材料力学实验课堂,有利于激发学生的学习兴趣,凸显力学知识的实用性和贯通性,提高教学效果。国防科技大学老亮先生是国内知名的材料力学史专家,他编著了《中国古代材料力学史》,书中既包括详实史料又具有现代分析,如发现了中国古代关于力与变形成正比关系(弹性定律)的记载比胡克定律早约1500年,同时还深刻全面地探讨了我国历史上力学与工程技术的密切联系。老亮先生的著作根据材料力学体系整理并评估了我国古代科技成就,这对于材料力学课程的教学具有十分重要的参考价值。本文拟探究老亮先生研究中的史例在材料力学实验课程中的应用,通过特色案例教学提升授课质量,打造精品课程。

关键词： 环氧树脂   碳纤维复合材料   湿热老化   力学性能   摩擦行为   磨损机制  

摘要： 碳纤维增强复合材料(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳、耐磨损等优点,已经成为新型的先进海洋工程结构材料。本文研究了湿热老化对CFRP热/力学(拉伸、弯曲、短梁剪切性能)和摩擦磨损性能影响规律,结合微观形貌与结构分析,揭示CFRP在60℃蒸馏水浸泡长达90 d的力学和摩擦磨损性能退化机制。研究发现,湿热老化使得CFRP拉伸、弯曲和短梁剪切强度最大退化幅值为5.8%、13.0%和20.9%,归因于湿热老化过程水分子破坏了树脂高分子树脂链氢键和部分共价键,导致CFRP内部产生缺陷并丧失对纤维束横向约束,最终引起纤维/树脂界面脱粘。此外,湿热环境CFRP热力学和粘弹性行为呈现非线性变化规律,归因于积极的树脂后固化和消极的湿热老化耦合效应。与浸泡前相比,老化15、30、60和90 d后CFRP的平均摩擦系数(COFs)依次降低了23.8%、35.0%、43.7%和53.8%,归因于扩散CFRP内部水分子摩擦过程中充当了摩擦润滑剂,缓解了CFRP/研磨球界面磨损程度;湿热老化90d后CFRP的磨损速率(Ws)和磨损宽度(WSW)较老化前增加了254.6%和114.9%,归因于与树脂基体形成新氢键的水分子处于结合水状态,导致树脂分子链间作用力减小及其内部微裂纹不断萌生,引发严重的疲劳磨损。

关键词： 聚乙烯醇纤维   水泥砂浆   抗压强度   抗折强度   力学性能  

摘要： 为探究聚乙烯醇纤维、乳胶粉掺入水泥基复合材料后的性能改良效果,对乳胶粉替代部分聚乙烯醇纤维对水泥基复合材料抗压强度、抗折强度的影响展开研究。结果表明:采用乳胶粉替代部分聚乙烯醇纤维后,水泥基复合材料的抗压强度有所提升;乳胶粉粒径较小,掺入后能够显著改良材料体系内部微小空隙并强化结构整体密实度;采用0.5%乳胶粉替代聚乙烯醇纤维制备水泥基复合材料,能在不降低折压比的基础上提高材料抗折强度和抗压强度,聚乙烯醇纤维用量有所减少,水泥基复合材料制备成本能够有效降低。