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关键词： 高温环境   C/SiC复合材料   氧化机制   弹性模量   热模态  

摘要： 为了研究C/SiC复合材料壁板结构高温下剩余刚度的预测方法,基于气固反应动力学的原理建立400℃~1000℃的C/SiC复合材料氧化动力学模型,预测材料的质量损失率随时间和温度的变化趋势;利用刚度平均法计算壁板结构的力学性能参数,并将高温拉伸试验得到的弹性模量与理论预测的弹性模量加以对比,得到材料性能参数计算试验件在不同温度下的模态。研究结果表明:所提出的方法能较好地预测高温下C/SiC复合材料的力学性能。

关键词： 碳纤维复合材料   空心玻璃微珠   层间填充改性   力学性能   抗疲劳性能  

摘要： 以碳纤维织物预浸料为基体材料,通过层间填充空心玻璃微珠(HGM)对碳纤维复合材料进行改性,研究了HGM含量对复合材料层间结构均匀性、静强度及疲劳寿命的影响规律,并分析了层间填充HGM对复合材料的作用机理。结果表明:层间填充HGM质量分数为1.44%~2.51%时,现有工艺能够使HGM在复合材料层间实现宏观上的均匀分散;适量填充HGM对复合材料的静强度影响不大,过量填充HGM会导致复合材料的静强度显著下降,层间填充HGM质量分数为1.44%~2.07%时,复合材料的开孔压缩强度及面内剪切强度下降幅度均小于3%;适量填充HGM能显著提升复合材料的抗疲劳性能,层间填充HGM质量分数2.07%时复合材料的疲劳强度达201.14 MPa,疲劳强度与静强度之比达72.61%;层间填充HGM对复合材料的作用机理是适量的HGM填充并均匀分散在层间区域,起到了“微尺度止裂孔”作用。

关键词： 化学元素   建筑钢材   力学性能   显微组织   断口形貌  

摘要： 通过控制轧制工艺温度和冷却条件,研究不同化学元素对建筑钢材性能的影响机理。以标准生产不锈钢材料为基础,在二次加料过程中进行合金配料冶炼,制备了三组不同化学成分的实验钢材。选取直读光谱仪和ICP-MS光谱质谱仪对钢材样品进行化学成分分析,采用万能试验机测定材料力学性能。研究表明,单一添加稀土Ce(0.042%)或Ti元素(0.56%)仅能强化钢材结构强度而不能改善其可塑性。当稀土Ce和Ti元素含量分别为0.052%和0.54%时,试样拉伸强度最高,较其他样品分别提高了90MPa和145MPa,断口韧窝分布均匀且无杂质。实验结果为优化钢材成分设计和改善建筑钢材性能提供了重要的理论依据。

关键词： 竹篾复合材料   真空灌注工艺   力学性能   缝纫行距   铺层构型  

摘要： 采用竹篾二维织物作为增强相,基于真空灌注工艺(vacuum infusion process,VIP)制备竹篾复合材料,系统研究缝纫行距与铺层构型(对称交错铺装)对竹篾复合材料力学性能的影响。结果表明,当缝纫行距为8 cm时,单向竹篾复合材料0°方向的拉伸、弯曲和冲击强度较未缝纫组分别提升7.6%、5.6%和15.3%;各层缝线错位分布可有效消除应力集中。铺层构型显著影响竹篾复合材料的力学性能,拉伸性能在[90/0/0]_(s)构型的0°方向表现最优,拉伸强度和模量分别达到183 MPa和20.4 GPa。弯曲性能受表层竹篾取向调控,[0/0/90]_(s)构型在0°方向具有最高的弯曲强度(320.4 MPa)和模量(17.1 GPa),同时表现出最佳抗蠕变能力。[90/0/0]_(s)构型因其0°竹篾连续平行分布,应力传递更加均匀,故而在0°方向表现出最优的冲击性能,达91.4 kJ/m^(2),不同的铺层构型可有效调控竹篾复合材料的力学性能。本研究结果可为竹篾复合材料的工程应用提供一定的设计依据。

关键词： 材料力学   数值模拟技术   SolidWorks   教学实践  

摘要： 材料力学是机械工程领域的一门重要课程。将数值模拟技术应用于课堂教学,既能加深学生对基本概念的理解,也有助于提高学生分析和解决问题的能力。以应力集中概念教学为例,运用SolidWorks软件进行结构建模、载荷模拟与数据输出,将抽象的力学概念转化为直观的云图呈现给学生。实践证明,数值模拟技术的应用能够有效提升学生学习的积极性。

关键词： 颗粒混杂   SiC/AZ91D复合材料   有限元模型   单轴压缩   裂纹萌生  

摘要： 基于复合材料真实微观结构,在颗粒与基体界面引入内聚力单元,建立了3种不同颗粒混杂比增强的复合材料的有限元模型,模拟研究了SiC颗粒混杂的SiC/AZ91D复合材料单轴压缩时的力学行为及其变形失效机理。结果表明:等效粒径为5和10μm的颗粒混杂增强的复合材料较单粒径颗粒增强的复合材料具有更高的屈服强度和抗压强度,压缩率介于两种单粒径颗粒增强的复合材料之间,颗粒混杂可以延缓复合材料裂纹萌生和裂纹扩展过程。随着5和10μm的颗粒的体积混杂比增大,复合材料的屈服强度、抗压强度和压缩率也随之增加,颗粒混杂比越大,越有利于抑制裂纹萌生扩展,裂纹长度越长。颗粒混杂增强的复合材料裂纹萌生扩展机制是:颗粒群尖角处应力集中程度较高,导致基体受损形成微裂纹,这些微裂纹沿着最大切应力方向扩展,汇聚成主裂纹导致材料断裂。

关键词： Pt界面层   SiC   SiC复合材料   电磁屏蔽性能   磁控溅射法  

摘要： SiCf/SiC复合材料因具有电磁参数连续可调的特点，适用于电磁屏蔽领域。贵金属铂具有优异的导电性能，能有效反射电磁波，引入复合材料内部能够调控其电磁参数从而影响电磁屏蔽效果。采用磁控溅射工艺可实现Pt界面层均匀沉积在纤维束表面，厚度均匀可控。随着界面层厚度的增加，复合材料的弯曲强度和电磁屏蔽性能均呈现出先增加后降低的变化趋势，在界面层厚度为150 nm时，复合材料的弯曲强度均值达到425 MPa，相较无界面层复合材料提升了32%，在10 GHz的电磁屏蔽性能从16 dB提升至32 dB，增加了一倍，主要原因是Pt界面层的引入显著提高了复合材料的强度和介电常数虚部，使得其弯曲性能和电磁屏蔽性能均得到显著提升。

关键词： 工程地质聚合物复合材料   地质聚合物   粉煤灰   S95矿粉   偏高岭土  

摘要： 通过纤维增韧复合技术，设计并配制了一种具有准应变硬化特性的纤维增强地聚物复合材料，有效改善了传统地聚物韧性差、开裂敏感等缺陷。首先通过正交试验初拟该复合材料的配合比，并在此基础上展开单因素试验研究，根据流变性能、抗压强度、抗折强度、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等试验结果确定该复合材料的最佳配合比，最后采用直接拉伸试验、四点弯曲试验对其拉伸性能进行研究。结果表明：在碱激发的作用下，基体材料中硅铝物质逐渐溶解，凝聚为—Si—O—Al—网状结构，材料中形成的C-S-H凝胶与N-A-S-H凝胶使其获得强度；当水胶比为0.5，纤维掺量为2%，水玻璃模数为1.2，碱激发剂掺量为20%时，该复合材料具有优异的力学性能（28d抗压强度46.25MPa，抗折强度7.70MPa，拉伸应变达到了3%，抗弯强度13.3MPa）；在拉伸性能试验中，试件表面出现多条细密裂缝，应力-应变曲线呈现出明显的准应变硬化特征。

关键词： 碳纤维复合材料   拉挤成型   力学性能   有限元仿真   数字图像相关测量技术  

摘要： 本研究针对拉挤碳纤维增强热固性树脂基复合材料（拉挤碳纤维增强复合材料）在复杂载荷下的力学行为，通过多种力学试验，结合数字图像相关测量技术（DIC）与扫描电镜（SEM）阐明其失效机制，并基于三维实体单元和三维Hashin破坏准则，对拉挤碳纤维复合材料开孔拉伸的应变场与力学响应进行预测。结果表明，材料在不同受力方向表现出显著的各向异性失效行为，纵向拉伸与压缩性能均明显高于横向拉伸与压缩性能，其主要原因为拉挤成型复合材料在不同工况下的失效模式具有方向依赖性。纵向拉伸失效以纤维/基体界面脱粘引发应力重分布进而导致纤维脆性断裂为主，而横向拉伸则表现为基体主导的断裂伴随界面脱粘。在压缩工况下，纵向失效源于纤维微屈曲，横向失效则以基体剪切屈服诱导界面脱粘与纤维局部屈服为主。由于纤维的断裂与屈服载荷明显高于基体，因此纵向力学性能显著优于横向。在剪切失效模式中，复合材料呈现多裂纹扩展特征，失效始于缺口附近的水平基体裂纹，沿试样深度方向扩展为多个平行于纤维的基体裂纹，最终导致材料整体失效。此外，开孔拉伸强度可达1 246.83 MPa，表现为典型的孔边应力集中诱发的纤维-基体界面纵向劈裂失效。通过对开孔拉伸进行数值模拟预测了材料失效机理，偏差为11.06%。最后，将DIC技术与传统应变片法进行对比分析，发现其在任何应力水平下的差异均小于4%，验证了此试验中通过DIC全场应变得到的应变云图与应力-应变曲线的可靠性。本研究通过多种基础力学试验分析了拉挤成型碳纤维复合材料的失效机理，为复杂载荷下的结构设计与失效评估提供了理论依据。

关键词： 新工科   材料力学   课程思政   融入路径   实践研究  

摘要： 在新工科建设背景下,材料力学课程作为工科专业的重要基础课程,其课程思政建设对于培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人具有重要意义。该文从新工科背景下材料力学课程的特点出发,探讨课程思政的融入路径,包括挖掘思政元素、创新教学方法、加强实践教学等,并结合实际案例分析课程思政在材料力学课程中的实践效果,旨在为材料力学课程思政的实施提供有益参考,推动新工科背景下课程思政的深入发展。