教学课程资源库 更多>>

关键词： 短纤维增强复合材料   力学性能   代表性体积单元   有限元分析  

摘要： 短纤维增强聚合物基复合材料具有质量轻、耐疲劳性能好、比强度高、比模量大、过载安全性好、加工制造工艺成熟以及成本低等优良特点,使其在化学工程、汽车工程以及航空国防工程等领域得到了广泛的应用与开发。在纤维增强聚合物加工过程中,由于纤维的长径比不同,取向分布不均匀等影响因素,将会导致成品容易出现收缩不均匀或翘曲变形等一系列问题,如果能够准确预测复合材料的力学性能,将会为复合材料的设计与应用奠定基础,对短纤维增强复合材料的力学性能计算,到目前还没有通用的数学模型和力学理论,目前测试短纤维增强复合材料力学性能最直接的方法是实验测试,由于实验测试只有在材料制造之后才能进行测试,相对于那些比较复杂的实验,所使用的设备昂贵,且测试周期较长,因此可以采用数值模拟方法对短纤维增强聚合物复合材料的力学性能进行预测,其中代表性体积单元（RVE）由于容易实现而得到广泛应用。本文从微观力学角度进行分析,对纤维增强聚合物的力学性能进行预测分析与对比,通过选择不同的微观力学方法预测纤维增强聚合物有效力学性能,主要采用TandonWeng和Halpin-Tsai模型预测单取向纤维的力学模型,然后采用取向平均法得到不同取向分布的力学性能,通过和两篇文献中的微观力学模型预测结果进行对比,验证本文采用计算方法的有效性。本文主要使用Pro/Engineer软件建立了纤维长径比为5,体积分数为10%、20%的RVE模型,同时建立了重量分数为10%,长径比为25的代表体元模型,通过NIAH方法得出每一种空间构型的力学性能,同时与H-T model以及T-W model微力学模型得出的预测结果进行对比。针对变长径比的代表体元,H-T model以及T-W model模型不能给出预测结果,而NIAH方法仍能得出较精确的计算结果。

关键词： 压痕理论   压入实验   无损测试技术   应力应变曲线  

摘要： 获取准确的材料力学性能是结构安全性评价的重要条件之一,传统的拉伸实验由于自身具有破坏性应用有所局限,因此发展合理的材料局部力学性能无损测试技术非常必要。本文从弹塑性理论出发,结合数值分析及物理实验,建立了以压入实验评价材料力学性能的方法。完成的主要工作如下:(1)在压痕理论的基础上,结合材料应力应变曲线的数学模型进行量纲分析,确定了压入实验影响因素与基本材料力学特性的相关关系。通过数值模拟技术分析了材料力学性能变化对压入实验过程的影响。明确了材料基本力学性能对压入实验载荷位移曲线的影响方式,并以此为依据建立了经验公式。(2)搭建了压痕测试系统,以核电结构常用的304奥氏体不锈钢材料为例,将拉伸实验结果与压入实验计算得到的材料力学性能对比,确认了以压入实验为基础的材料力学性能计算方法可行性,根据压入试验还原的材料应力应变曲线在合理误差范围。(3)综合物理实验和数值模拟对压头形貌变化引起的压痕响应变化,确定了不同压头形状和压头大小在表现材料力学性能及应力状态上的特点,同时得到了压头条件对材料力学性能计算方法的影响方式。(4)结合材料力学性能以及压入实验条件对压入实验结果的影响,建立了简化的压入实验载荷位移曲线数学模型,使用该模型对载荷位移曲线进行拟合,拟合结果符合精度要求。本文为复杂应用环境下的金属材料构件表面完整性和残余寿命评价提供了研究基础。

关键词： 混杂复合材料   聚酰亚胺纤维   碳纤维   力学性能   破坏模式  

摘要： 碳纤维复合材料(CFRP)因轻质、高比强度和高比模量等优异性能在许多领域广泛应用。但其抗冲击性能不足,会影响制件或装备的使用稳定性,制约其进一步应用。采用多种纤维混杂的方式制备混杂复合材料能够综合多种增强体的优异性能。高强高模聚酰亚胺(PI)纤维具有高强度、高韧性的力学性能特点,还有优异的耐高低温性能、耐紫外辐照性能和低吸湿率等特点,综合性能全面。将PI纤维与碳纤维混杂制备复合材料有利于平衡复合材料的刚度与韧性,有望获得一种高强高韧的结构复合材料。具体研究内容如下:以热压罐成型技术制备了单向聚酰亚胺纤维/碳纤维混杂增强复合材料(HFRP),对其基本力学性能和破坏形貌进行了测试与分析。研究表明:PI纤维的存在可提高CFRP的拉伸破坏应变和破坏能量,碳纤维的存在可显著提高PFRP的压缩性能和弯曲性能。大于临界混杂比时,HFRP的拉伸破坏应变和破坏能量都高于CFRP。单向HFRP的拉伸、压缩、弯曲等性能基本都随碳纤维体积分数的增加呈增长趋势;当混杂比为26%时,HFRP的压缩强度可达PFRP的1.84倍。弯曲性能方面,压缩侧放置碳纤维可获得更高的弯曲强度,压缩侧和拉伸侧外层都放置碳纤维可获得更高的弯曲模量,压缩侧放置PI纤维可获得较高的弯曲破坏应变。35%混杂比下,弯曲强度可达1443 MPa,弯曲模量可达122.1 GPa,分别为PFRP的2.33倍和1.94倍,分别为CFRP的79%和87%。以热模压成型制备了聚酰亚胺纤维织物/碳纤维织物混杂增强复合材料,并对其基本力学性能及破坏形貌进行了分析。研究表明:PI纤维的存在可有效提高CFRP的简支梁冲击强度,碳纤维的存在可显著提高PFRP的压缩性能和弯曲性能。混杂比为44%时,简支梁冲击强度可达324.3 kJ/m2,比CFRP高约50%。织物HFRP的拉伸、压缩和弯曲性能基本都随碳纤维体积分数的增加呈增长趋势。织物HFRP为夹芯结构的拉伸强度、压缩强度、弯曲强度和简支梁冲击强度都高于交替铺层结构。弯曲性能与铺层结构的关系方面,织物HFRP与单向HFRP相似,并且29%混杂比下,织物HFRP的弯曲强度可达814MPa,弯曲模量可达55.1 GPa,分别为PFRP的2.11倍和1.84倍,分别为CFRP的60%和72%。混杂复合材料中碳纤维和PI纤维的共同使用,可以有效平衡复合材料的刚度与韧性,同时在很大程度上改善纯有机纤维复合材料压缩性能差的问题,极有希望获得一种高强高韧的结构复合材料,为先进复合材料研究提供一个新的设计和选材方案。

关键词： 材料力学   翻转课堂   对分易教学平台  

摘要： 通过材料力学精品共享资源课程及其课程网站的各种课程资源的建设,不断地探索和引进一些新的教学方式和方法,在几个年级的材料力学课程教学中分别尝试了翻转课堂、对分易课堂以及其他的教学方式,取得了一定成效。提出了依托精品资源共享课程网站的"翻转课堂+对分模式+传统教学"的方法及模式,并建立相应的评价标准,有效地提高了教学效果和质量,具有较好的实际应用价值。

关键词： 球形压入   弹性模量   荷载分布形状参数   布氏硬度   材料试验  

摘要： 近年来,由布氏硬度压痕试验改进而来的球形压入试验逐渐得到普及,尤其是在测量细观尺度的材料弹性模量时.现行球形压入试验方法中的材料弹性模量计算式是建立在小压入及试件为半空间体的假设基础上的,但实际上这二条件均难以满足.本文研究不同压深、不同试件厚度条件下的试件力学响应后发现:1)当半空间体的压入面相对半径α大于0.1时,原小压入假设的偏差显现应予修正;2)对于压力深度,试件相对厚度小于60;对于压力面半径,试件相对厚度小于6时,应考虑试件厚度的影响,也就是说在测量精度相同条件下,利用压入面半径反演材料弹性模量较利用压入深度进行反演对试件厚度要求较低;对此,总结了小压入假设、试件厚度不足引起的偏差规律,给出了回归修正式;最后还讨论了不同试件厚度对布氏硬度试验的影响.

关键词： 大麻纤维   聚乳酸   复合材料   硅烷偶联剂   界面改性  

摘要： 为了改善大麻/聚乳酸复合材料的力学性能,采用不同质量分数的硅烷偶联剂KH550、KH580和AH151对大麻纤维进行表面改性处理,分析偶联剂种类及其质量分数对大麻/聚乳酸复合材料力学性能的影响。结果表明,KH550对大麻/聚乳酸复合材料力学性能改善最好,AH151对大麻/聚乳酸复合材料力学性能改善最小。偶联剂对大麻/聚乳酸复合材料力学性能影响的质量分数有一个临界值,当偶联剂的质量分数小于临界值时,大麻/聚乳酸复合材料的力学性能随质量分数的增加而增大,超过临界值后,大麻/聚乳酸复合材料的力学性能随质量分数的增大而减小。

关键词： 材料力学   工科类专业   混合式教学   有限元分析  

摘要： 针对材料力学教学过程中存在的问题,对材料力学教学方法进行研究和探讨.通过采用举例教学法、现场演示法、有限元分析拓展实验教学法、单元测试练习法、混合式教学法等,有效提高课堂教学效率,提升学生的成绩,增强学生对材料力学知识的掌握和理解,促进材料力学课程教学改革.

关键词： 玄武岩纤维   水泥基复合材料   表面改性   硅烷偶联剂   力学性能  

摘要： 为改善玄武岩纤维(BF)与水泥基材料的界面结合作用,分别采用质量分数为0.4%、0.8%和1.2%的γ-氨丙基三乙氧基硅烷(CG550)、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(CG570)和乙烯基三乙氧基硅烷(Z6518)的三种硅烷偶联剂对玄武岩纤维进行表面处理,研究改性后纤维及其增强混凝土的力学性能影响规律。实验结果表明,随着CG550溶液浓度增加,改性玄武岩纤维及其水泥基复合材料力学性能整体呈上升趋势,当CG550溶液浓度为1.2%时,纤维及其增强水泥基材料有最佳的力学性能;随着CG570溶液浓度增加,改性后玄武岩纤维的断裂强度先升高后降低,断裂伸长率基本不变,纤维断裂强度最高提升5.8%,其水泥基复合材料的力学性能随溶液浓度增加呈上升趋势,抗折强度最高提升24.4%,抗压强度最高提升7.3%;随着Z6518溶液浓度上升,改性后玄武岩纤维的断裂强度逐渐降低,但断裂伸长率逐渐增高,表现出较好的延性;其水泥基复合材料力学性能随浓度变化无明显改善。综合考虑实验结果,三种硅烷偶联剂对纤维的改性效果好坏依次为CG570、CG550、Z6518。

关键词： 材料力学   教学研究   教学实践  

摘要： 材料力学是高等院校工科类专业的一门重要的专业基础课程,是衔接基础理论课程和相应专业课程的纽带,在工科类专业学生知识体系中有着重要的作用。以河北工程大学材料力学课程为背景,结合国内外材料力学课程教学改革现状和多年材料力学课程的教学经验,开展了教学内容、教学手段及考核方式等方面的研究与实践,取得了一定的阶段性成果,为培养适应新时代要求的复合型应用人才提供了一定的课程改革方面的借鉴。

关键词： 非线性约束条件   最优解   目标函数   刚性梁   取值范围   材料力学   材料用量   静定结构   优化分析  

摘要： 题目结构由不计自重的刚性梁ABC、圆形截面弹性杆1和2组成,如图1所示两杆的横截面面积分别为A1和A2,弹性模量均为E,许用正应力均为[σ],稳定安全因数均为nst。已知刚性梁上作用均布载荷q,在满足杆件1的强度和杆件2(假定为大柔度杆)的稳定性条件下,为使两杆件使用材料总量最少。