教学课程资源库 更多>>

关键词： 新工科   土木工程专业   材料力学实验   模块化   教学模式  

摘要： 本文聚焦新工科背景下土木工程专业“材料力学”实验课程,针对其传统教学模式的短板,深挖症结,探讨模块化教学模式的构建、实施与评价。通过对知识模块的合理划分、教学方法的创新设计、教学过程的精细组织以及评价考核体系的全面优化,旨在提升学生的实践能力、创新思维和综合素质。对标土木工程高质量发展对人才培养的新要求,力求贴合新工科对土木工程人才培养的新需求,旨在为建筑类高校的“材料力学”实验教学改革提供理论支持与实践参考。

关键词： 桥梁工程   3D打印混凝土   试验研究   力学性能   PP纤维   纳米二氧化硅   碳酸钙晶须  

摘要： 针对3D打印混凝土打印过程中存在的易出现有害孔隙及在承载过程中有较为显著的各向异性的问题,探究不同尺度下的外掺材料(纳米二氧化硅、碳酸钙晶须与聚丙烯纤维)对3D打印混凝土内部孔隙及成型物各向异性的改善作用。将3种材料以不同的混合比例进行试验,通过抗压、抗折、层间黏结强度试验来表征不同材料与不同混掺比例对3D打印混凝土各向异性的影响。通过EDS与SEM微观试验方法探究3种材料在微观层面下的协同作用机理。试验结果表明:3种材料均对改善3D打印混凝土的工作性能和各向异性有一定作用,且三者的作用效应存在互补关系。从水化初期到持荷破坏,3种材料均能发挥互补作用,使成型物的各向异性减弱,力学性能提升至与现浇试件相近。3种材料较优的掺量为1%掺量的纳米二氧化硅配合0.2%掺量的聚丙烯纤维与1%掺量的碳酸钙晶须。在该比例下,3种不同尺度的外掺材料将混凝土基体内部的纳米到微米级缺陷孔隙逐级填充,增强纤维与基体之间的黏结性能使得尺度不同的2种纤维在受力过程中的不同阶段更好地发挥作用,大幅提高了3D打印混凝土的密实度和力学性能。

关键词： CNTs   力学性能   增韧效果  

摘要： 通过添加不同量的CNTs制备了CNTs水泥基材料,并研究了其在不同龄期下的力学性能。使用SEM对CNTs的微观形貌进行了观察,并利用微机控制电液伺服万能试验机测试了样品的力学性能。研究还探究了CNTs对水泥基材料力学性能提升的机理。结果表明,CNTs在水泥基材料的微观结构中起到了填充和桥接的作用,促进了水化产物的形成,加快了水化速率,从而提高了水泥基材料的力学性能。随着CNTs添加量的增加,水泥基材料的抗折和抗压强度起初呈现出上升的趋势,但这种趋势随后转为下降。当CNTs的掺量增加到一定程度时,它们之间可能会因为范德华力等相互作用力而发生团聚,这可能会导致水泥基材料的微观结构出现新的孔洞或缺陷,从而降低了材料的力学性能。

关键词： 连续碳纤维骨架材料   乙烯基树脂   浸胶液   力学性能  

摘要： 以乙烯基树脂(VER)为主要组分,通过改变各组分质量比,调控浸胶液中总固含量,制备了3种不同浓度(总固质量分数分别为20.5%、23.5%和25.5%)的VER浸胶液,使用VER浸胶液制备连续碳纤维骨架材料,研究了浸胶液浓度对连续碳纤维骨架材料断裂强力、与橡胶的黏合力、表面附胶率的影响,并对比VER浸胶液与工业上常用的间苯二酚-甲醛-胶乳(RFL)浸胶液的应用性能。结果表明:随着VER浸胶液浓度的增加,碳纤维骨架材料的断裂强力、与橡胶的黏合力均先升高后下降,表面附胶率增加;VER浸胶液浓度为23.5%时,碳纤维骨架材料的综合性能较佳,断裂强力为1736 N,与橡胶的黏合力为441 N,表面附胶率为17%,碳纤维表面的胶层均匀且平滑;与使用RFL浸胶液制备的碳纤维骨架材料相比,在相同浸胶液浓度下使用VER浸胶液制备的碳纤维骨架材料的断裂强力及其与橡胶的黏合力更高。

关键词： Nanohardness  

摘要： Eucommia ulmoides gum (EUG) is an environmentally friendly bio-based material with unique rubber-plastic duality, and shows considerable potentials for multi-industry applications. However, the mechanical properties and functional applications of EUG still need to be further developed. Carbon nanotubes (CNTs) have been widely used as efficient fillers to enhance the performances of plastic composites due to their excellent mechanical properties. In order to explore the influence mechanism of CNTs size on the mechanical properties of EUG, the molecular dynamics simulation method was used to establish the CNTs/EUG composite model by changing the axial and radial dimensions of CNTs, and the mechanical properties at room temperature were simulated and studied. The results show that the mechanical properties of the CNTs/EUG composites increase first and then decrease with the increase of the diameter of CNTs, and increase with the increase of the length of CNTs. The CNTs with a diameter of 8.14 Å in the axial dimension and a length of 128 Å in the radial dimension have better enhancement effects on the mechanical properties of the CNTs/EUG composite, the modulus of elongation of the CNTs/EUG composite increase by 59.70% and 54.85% compared to CNTs with a diameter of 2.71 Å or a length of 68 Å, respectively. © 2025 Engineering Plastics Application Magazine. All rights reserved.

关键词： 聚氨酯复合材料   微观试验   力学性能   异氰酸酯指数   分子筛   本构模型  

摘要： 为探究不同组分对添加分子筛制备的高强聚氨酯复合材料（HSPUC）力学性能的影响机理，设计了16组不同异氰酸酯指数（R）、分子筛掺量及聚灰比的HSPUC，通过宏观试验测试了各配合比HSPUC的抗压、弯曲及拉伸强度，分析了各因素对强度及应力-应变曲线的影响规律，获得了HSPUC的最佳配合比，结合FT-IR和SEM揭示了各因素对HSPUC力学性能的内在影响机制。宏观试验表明：随R值的增大、分子筛掺量的增加及聚灰比的减小，HSPUC的抗压、弯曲及拉伸强度均呈先增大后减小的趋势发展，应力-应变曲线弹塑性特征逐渐减弱；当R为1.25，分子筛掺量为7.5%，聚灰比为1.0时，HSPUC的抗压、弯曲、拉伸强度分别为104.8 MPa、79.4 MPa、25.1 MPa，拉伸应变能密度为0.085 J·mm-3，展现出最优的强度和良好的韧性性能。微观试验表明：R值决定了HSPUC的软、硬链段比例；分子筛的加入优化了HSPUC的孔隙结构。基于实测应力-应变曲线和普通混凝土本构关系建立了HSPUC受拉、受压本构模型，为HSPUC的工程应用提供了模型基础。

关键词： 聚苯硫醚   玻璃纤维   热压工艺优化   正交试验   破坏机理  

摘要： 为探究热压工艺对玻璃纤维/聚苯硫醚（GF/PPS）复合材料力学性能的影响，采用L9(33)正交试验，以热压温度、时间、压强为主要影响因素，制备了不同工艺的GF/PPS复合材料，并采用万能试验机与扫描电镜分别对其力学性能、损伤形貌进行表征。结果表明：热压时间对GF/PPS复合材料的拉伸强度具有显著性影响，温度对其弯曲强度具有显著性影响；在热压工艺参数为320 ℃、2 MPa、20 min时，GF/PPS复合材料的拉伸性能最优，拉伸强度为125.6 MPa；在330 ℃、1 MPa、10 min工艺条件下，其弯曲性能最优，弯曲强度为219.3 MPa。微观结构分析表明，经工艺优化后，复合材料拉伸破坏后纤维抽出和基体剪切破坏减少，纤维束断裂较为齐整；弯曲破坏后树脂紧密包裹纤维，层间浸润程度提高。研究结果为GF/PPS复合材料的性能优化和工程应用提供了重要的理论依据和工艺指导。

关键词： Multilayers  

摘要： Three-dimensional woven composites are a new-generation strategic materials that have been widely used in aerospace, national defense and other important fields due to their advantages of good overall structure performance, excellent interlayer performance and low preparation cost. The composites can be used as structural materials to bear load as well as functional materials to be applied in the abovementioned areas. Therefore, fabrication and corresponding mechanical property prediction of the composite are crucial for their future application. In this study, a new three-dimensional woven structure (multilayer–multiaxial interlock structure) was studied, tensile and in-plane shear tests of its composite material in two directions of 0° and 90° were carried out. By establishing a geometric single-cell model and selecting reasonable boundary conditions, stiffness prediction was carried out and compared with the experimental results. The results show that difference between the simulated value and experimental value of modulus of elasticity in the 0° direction is 1.73 GPa, difference in the 90° direction is 1.76 GPa, and the maximum error in both directions does not exceed 5%. The difference between the simulated value and experimental value of in-plane shear modulus is 1.47 GPa and difference in Poisson’s ratio is 0.01, which is basically the same. The results indicate that modulus of elasticity predicted by the finite element simulation agrees well with the actual experimental values. This study provides references in terms of preparation of three-dimensional woven composites, data and experiment support for related studies. © 2025 Aeronautical Manufacturing Technology Magazine Office. All rights reserved.

关键词： 弯曲正应力   材料力学   组合梁   虚拟仿真   剖面应力  

摘要： 弯曲变形是材料力学中的重要章节，也是学生普遍反映的材料力学知识难点之一。为了加深学生对中性层、胡克定律、应力分布等知识点的理解和掌握，本文开展了材料力学弯曲正应力的拓展教学。在平面弯曲单梁的授课基础上，增加了层合梁和粘合梁的弯曲正应力讲解，进行了层合梁和粘合梁的正应力测试实验。由于借助虚拟仿真可以具象化应力分布、中性层等传统教学无法直观展示的物理概念，因此，本文在上述理论与实验基础上，进一步地实施了弯曲正应力的虚拟仿真拓展，利用有限元软件对上述两类梁结构进行了仿真计算。通过理论，仿真和实验的系统讲授，让学生对弯曲应力、中性层、胡克定律等概念有了更加深入的认识与理解。

关键词： 聚丙烯腈纤维   纳米Al   O   地聚物   力学性能   微观结构   孔隙率  

摘要： 随着全球工业化和城市化的快速发展，固体废弃物数量急剧增加，固废堆放等问题亟待解决。以矿渣（SP）、粉煤灰（FA）和硅藻土（DE）作为胶凝材料，煤矸石（CG）作为细骨料，以氢氧化钠做激发剂，创制地聚物（GP）材料。为了提升地聚物（GP）强度和韧性，添加聚丙烯腈纤维（PAN）和纳米Al2O3（NA）进行协同强化。对养护28 d的试件进行强度测试，加入PAN纤维可以显著提高GP的强度，当选用12 mm纤维体积分数为0.3%时，强度提升最大，相较于未添加纤维试样抗压、抗折和劈拉强度分别提升了36.06%、66.21%和50.6%，达到了11.62 MPa、1.71 MPa和0.91 MPa。加入不同质量分数的纳米Al2O3（NA）协同PAN纤维改良能进一步提升GP强度，当NA添加量为2%时，强度提升最大，GP的抗压、抗折和劈拉强度进一步提升了17.7%、14.37%和18.3%，达到了13.69 MPa、1.958 MPa和1.08 MPa。利用SEM、TGA和MIP进行详细机制分析研究发现，PAN的加入在GP中形成了三维网状结构，可承受因塑性收缩引起的拉应力，从而阻止或减少裂缝的生成。而NA的加入则促进了水化反应，生成了更多的凝胶物质，附着在纤维表面，增加了纤维的粗糙度，使其与基体间的摩擦力更大，同时填补了孔隙，降低了孔隙率和有害孔的数量。纳米材料和纤维协同增强地聚物的力学性能研究较少，对固废材料在混凝土中的综合利用具有一定的科研指导价值。