教学课程资源库 更多>>

关键词： 针距   行距   临缝   链式缝合   复合材料   力学性能  

摘要： 缝合复合材料因具有优异的抗冲击性能而在航空航天界得到广泛应用。在缝合时可以设置不同的缝合参数,主要包括缝合压力、针距和行距等。不同的缝合参数对复合材料制件的力学性能影响不同。本文主要研究了临缝和链式缝合两种缝合方式在不同的针距和行距缝合时,对缝合复合材料力学性能的影响,包括拉伸性能、压缩性能和剪切性能,从而来确定临缝和链式缝合的最佳缝合针距和行距。

关键词： 界面层   力学性能   模拟分析   纤维增韧陶瓷基复合材料  

摘要： 以短切碳纤维增韧陶瓷基复合材料、连续碳纤维增韧陶瓷基复合材料、碳化硅纤维增韧陶瓷基复合材料为对象,综述了近年来关于界面层对FTCMCs破坏模式影响的实验研究工作。从微观力学模型建立、多尺度损伤分析两方面总结归纳了考虑界面层的FTCMCs力学性能模拟分析方法,提出建立切合实际的物理模型以及开发更先进的多尺度分析方法,是解决复杂服役环境下FTCMCs性能表征难题的有效途径。通过多场耦合多尺度建模分析方法来表征和优化FTCMCs的复杂服役环境下性能,系统揭示界面层等微观结构与宏观复合材料性能的对应关系,进而指导工艺设计,均是未来纤维增韧陶瓷基复合材料界面层的重点研究方向。

关键词： 材料力学   案例教学   分析能力   应用研究  

摘要： 材料力学是土木、道桥、机械等工科专业的一门重要专业基础课,其内容与工程实际紧密相关,教学难度较大,传统的教学方法已经不能达到较理想的学习效果。文章通过某履带吊吊装拱肋这一案例介绍了案例教学法的优点及应用,使学生通过实际工程分析来理解、掌握力学的相关知识,较好地调动了学生的学习兴趣,提高了学生分析问题、解决问题的能力,提高了课堂的教学质量,为后期专业课的学习奠定了良好基础。

关键词： ANSYS   纯弯曲   应变   应力  

摘要： 将有限元分析软件ANSYS引入材料力学实验教学中,丰富了教师的教学手段,使材料力学实验中抽象化的假设、结论以图形的形式展示出来,提高了学生的理解力。以材料力学实验中的纯弯曲实验为例,利用ANSYS建立了梁的模型,并施加相应的约束和载荷,得到相应的应变图、应力图和变形图,并将ANSYS分析结果与实验结果进行分析对比,进一步验证了梁在纯弯曲变形时应变、应力的分布规律。

关键词： 飞机加强筋结构   三维碳纤机织物复合材料   力学性能   破坏模式  

摘要： 碳纤维增强聚合物复合材料已被成功应用于航空航天，轨道交通，汽车，海洋船舶和体育设备等方面，尤其是二维（2D）层合板。然而，由于它们在厚度方向（z向）上缺少增强纤维，导致其层间性能差，限制了其在具有复杂载荷或异型结构件中的应用。相比之下，由三维（3D）机织物制成的复合材料具有更高的z方向性能，如抗分层性，损伤容限等，以及更好的结构整体性和设计灵活性。不过，3D机织物由于其制造成本高，效率低，使其很难大规模应用。本研究基于一种新颖的想法，即交织纬纱层的经纱可以提供足够的纤维卷曲，使得层间剪切或径向应力沿纤维传递来实现承载，而不是通过强度相对较弱的基体树脂传递，从而改善z向强度。本工作所提出并证实的采用3D机织物中一种仅含经纬纱且能在稍加改进的传统织机完成织造的结构，即2.5D结构，将有可能成为一个新颖且实际的解决方案，具体来说，就是使用2.5D浅交弯联织物（2.5DSBW）这类具有高度屈曲纱线的机织物结构增强复合材料来制造可以承受复杂载荷的飞机梁、筋、肋等主承力结构，将优于传统的2D层压板和昂贵的3D机织复合材料。\n 论文主要工作：\n （1）织物结构参数设计。通过理论模型计算，设计了具有相同结构参数和纤维体积含量的3D机织物预制件，并通过改进的真空辅助成型（VARI）工艺，制备了相同厚度和纤维体积含量的3D机织物结构增强复合材料，为后期综合分析评价不同3D机织物对力学性能和破坏模式的影响提供了准确可靠的试样件；\n （2）织物形貌及其复合材料界面形态分析。通过光学和电子显微镜对织物形貌进行分析，证明织造工艺对纤维损伤程度与机织物结构和织物厚度有关。机织物结构中纱线交织程度越大，织物厚度越厚，织造过程中纱线损伤越严重；此外，VARI工艺对3D机织物结构形态具有影响，主要体现为纤维束内纤维聚集和压缩导致纱线截面变化，纱线间相互嵌套或滑移引起纱线截面沿着厚度方向倾斜以及纱线受到挤压导致纱线屈曲程度，z-纱走势和纱线条干均匀度的改变；\n （3）3D机织物复合材料面内和面外性能分析。为保证综合评价的准确性，通过特殊设计的制样方式，对机织复合材料面内（x/y方向）和面外（z方向）力学性能进行测试，尤其是通过自行设计的制样和测试方法，第一次系统地通过直接测试，获得了厚度方向/z-方向的复合材料强度数据，并从织造对纤维的损伤到织物结构对力学行为和破坏模式进行分析，综合评价了不同3D机织物结构对复合材料力学性能的影响。而且与2D层合板（2D laminate）进行对比，指出3D机织复合材料面内性能均低于2D层合板，且面内性能下降程度与增强结构中纱线屈曲程度有关。纱线屈曲程度越大，面内性能越差。而在厚度方向上，2D层合板性能却普遍低于3D机织复合材料，说明3D机织物结构对厚度方向性能有提高；\n （4）L型3D机织物复合材料力学性能和失效模式分析。基于前面研究，选取L型梁作为代表性的加强筋结构，探讨了3D机织物结构增强L型异型件在拉伸和弯曲两种载荷条件下，不同3D机织物结构对L型异型件力学行为，破坏模式和应变分布的影响以及2.5D机织物结构相比于3D正交和2D平纹复合材料（2DPWC），在异型件结构上的适用性。该研究证明了使用高度卷曲的2.5D机织物制造复合材料加强筋是一种可行选择，且该复合材料加强筋具有等于或优于昂贵的3D复合材料的承载能力和抗层间剪切性能。同时，也有助于为后期高效经济的高性能加强筋结构的选择和设计提供指导。\n 本研究不仅分析了不同机织物结构对复合材料力学性能和破坏模式的影响，还通过准静态测试获取了3D机织复合材料厚度方向力学数据，对后期3D机织物结构设计，理论模拟和异型件增强结构的选取具有实际指导意义。

关键词： 混杂纤维   碳酸钙晶须   高延性水泥基复合材料   力学性能   微观结构  

摘要： 为了探究碳酸钙晶须对钢纤维/PVA混杂纤维增强高延性水泥基复合材料(HyFRHDCC)力学性能的影响,利用2%体积掺量的廉价碳酸钙晶须替代部分纤维,研究了不同纤维掺量HyFRHDCC的压缩性能和拉伸性能,利用扫描电子显微镜观察了HyFRHDCC的微观结构。研究结果表明,引入碳酸钙晶须能够提高HyFRHDCC的初裂拉伸应变和峰前压缩韧性;在1.5%PVA+0.25%钢纤维HyFRHDCC中掺入2%碳酸钙晶须可以改善材料的拉伸性能;当PVA纤维减少至1%时,HyFRHDCC出现了明显的应变软化行为。微观形貌分析发现,碳酸钙晶须能够通过裂纹偏转、晶须拔出以及裂缝桥联等微观机制改善HyFRHDCC的应变硬化行为。

关键词： 蒙皮织物材料   临近空间环境   弹性模量   拉伸刚度  

摘要： 目的研究飞艇蒙皮材料在临近空间环境下的力学特性。方法根据临近空间环境的特征参数,制定空间环境地面模拟实验方案,包括高低温、紫外环境和臭氧环境下地面模拟实验方案。然后以聚氨酯涂覆Nylon织物为例,研究临近空间环境对飞艇蒙皮材料力学特性的影响,并通过红外红外光谱和原子力显微镜研究其影响机理。结果与未经高低温循环相比,弹性模量增加了11%,拉伸强度的最大变化不超过5%;经过48~240h紫外线辐照后,弹性模量提高了22%~34%,拉伸强度几乎没有变化;通过臭氧老化后,材料弹性模量的增加幅值约为6%,拉伸强度逐渐降低。结论紫外辐射对于聚氨酯涂覆Nylon织物材料弹性模量的提升效应大于高低温和臭氧老化,但对其强度的影响明显小于高低温和臭氧老化,臭氧老化对材料强度影响大于高低温和紫外辐射。

关键词： 材料力学   在线视频   教学实践  

摘要： 材料力学课程是许多工科专业重要的专业基础课,随着高校的扩招,教师教学压力相应增大,计算机和网络技术的发展为在线视频辅助教学提供了条件.河南工业大学工程力学中心开展了传统课堂教学、传统课堂教学与在线视频相结合、翻转课堂等多种方式的材料力学教学实践,利用材料力学国家精品资源共享课和材料力学河南省精品在线开放课程等平台,提供在线视频辅助学生学习.结果表明,在线视频辅助学习可以较好的帮助学生提高学习材料力学的兴趣和学习效果.

关键词： 创新创业   材料力学   “金课”建设   教学研究  

摘要： 为提高材料力学课程的教学效果,增强学生的创新能力和解决复杂工程实际问题的能力,在材料力学“金课”建设过程中,以创新创业教育为切入点,将创新创业成果作为案例引入课堂教学,形成创新创业反哺教育教学闭环模式,教学改革效果显著。

关键词： 聚醚醚酮   制备工艺   泡沫镍   力学性能   耐腐蚀介质   冲蚀行为  

摘要： 冲蚀磨损是一种常见的磨损方式，其广泛存在于交通运输、冶金、能源、航空、航天等诸多领域之中，严重影响了设备的工作效率和使用寿命，造成巨大的经济损失。本文研制了一种双连续相结构复合材料，并对该材料的力学性能和腐蚀介质冲蚀性能等进行了系统研究，这对涉及过流部件工程装备的设计和开发具有重要的意义。\n (1)以聚醚醚酮(PEEK)树脂为基体，泡沫镍为增强体，采用模压成型法制备了PEEK/泡沫镍双连续相复合材料，研究并逐步完善了模压成型工艺。所制备出的PEEK/泡沫镍双连续相复合材料内部具有相互连通的三维网状结构和均匀一致的拓扑结构。通过XRD、光学显微镜等对复合材料进行表征，发现材料内PEEK树脂结晶度一致，两相材料结合良好，界面处无剥落或分离现象，是一种结构完整且具有广泛应用前景的双连续相复合材料。\n (2)使用Zwick/Roell HIT50P型摆锤冲击试验机测试了PEEK/泡沫镍双连续相复合材料的冲击韧性，对比研究了8种不同结构的复合材料以及无填充PEEK树脂的冲击性能，探究了复合材料的断裂机理，揭示了泡沫镍对PEEK树脂的增韧机制，最终考察了增强相结构对复合材料冲击性能的影响。研究发现，泡沫镍的加入大幅改善了PEEK/泡沫镍双连续相复合材料的冲击性能，而泡沫镍的PPI值和镀层厚度是决定PEEK/泡沫镍双连续相复合材料抗冲击性能的主要因素。当复合材料中镍的体积分数低于8.5％时，弥散分布的镍棱能够有效的吸收冲击能量并阻挡裂纹扩展，因此复合材料的冲击性能主要由其增强相的PPI值决定;当镍的体积分数在8.5％至18％之间时，复合材料的抗冲击性能主要由其增强相的镀层厚度决定，此时厚度的增加能够有效提高协同断裂过程所吸收的断裂能;当镍的体积分数超过18％时，PEEK基体与金属镍之间的力学匹配性和协同性能退化，复合材料断面出现了大量的界面分离现象，最终导致了复合材料冲击韧性的急剧降低。\n (3)利用Zwick/Roell Z150电子拉伸试验机测试了PEEK/泡沫镍双连续相复合材料的拉伸性能，探究了复合材料的拉伸断裂机理及其增强相增韧机理。结果表明:泡沫镍的加入大幅提高了PEEK/泡沫镍双连续相复合材料的弹性模量，弹性模量随复合材料中镍含量的增加呈二次方增长，而两相界面的存在能够有效阻挡裂纹的扩展，因此复合材料拉伸韧性随泡沫镍比表面积增加而提高。当镍棱镀层厚度较薄时，复合材料主要以PEEK/Ni协同破坏为主;当镍棱镀层厚度超过70μm阈值后，两相材料的力学响应差异变大，匹配性能发生退化，复合材料更趋向于出现界面分离断裂，最终导致材料抗拉伸性能的降低。但与冲击断裂相比，拉伸后材料断面形貌的取向性并不明显。\n (4)采用射流冲蚀试验设备考察了PEEK/泡沫镍双连续相复合材料在不同攻角下的耐水介质冲蚀性能。采用有限元分析的方法对冲蚀过程进行了模拟，研究了料浆冲蚀的机理并分析了复合材料的损伤机制。模拟和试验结果表明:材料的损伤形貌由料浆流的分布和速度决定，随着攻角增大，损伤形貌由月牙形变为U形，最终成为圆环形。在所有攻角下，材料均受到法向力和切向力的共同作用，且除驻点区域外切向力远大于法向力。随着攻角的增加，法向力的权重逐渐增加。在75°攻角下，材料受到较大的切向力和法向力的共同作用，损失量较大。泡沫镍的遮挡效应和协同效应共同作用，改善了复合材料的耐料浆性能。\n (5)研究了PEEK/泡沫镍双连续相复合材料在1wt.％硫酸介质下的冲蚀机理，对比分析了复合材料在腐蚀介质冲蚀下的损伤机制。结果表明:经过冲蚀试验后的复合材料，两相界面结合良好，没有分离或剥落的现象出现，同时，复合材料在高攻角下表现出较大的体积损失。泡沫镍的加入改善了复合材料的力学性能，但同时也降低了复合材料的耐腐蚀性能，综合来看，复合材料的耐腐蚀介质冲蚀性能随泡沫镍PPI值和孔隙率的增加而有所提高。