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关键词： 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物   木塑复合材料   亚临界水   力学性能  

摘要： 在丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和木粉的熔融挤出共混过程中,通过引入湿态挤出和亚临界水挤出的方法,研究了挤出温度和添加助剂品种对ABS/木粉复合材料的丙酮抽提物红外光谱及复合材料力学性能的影响,对复合材料的试样断面形貌进行了考查。结果表明,在ABS与木粉的湿态挤出或亚临界水挤出条件下,水或高压水的溶胀作用促进了界面处木纤维与ABS或马来酸酐接枝ABS(ABS-g-MAH)的反应,提高了界面结合强度,从而使复合材料力学性能明显提升;在亚临界水的最佳挤出工艺配方条件下(200℃挤出,含ABS-g-MAH5份),ABS/木粉复合材料的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度及无缺口冲击强度分别达到45.3 MPa、72.4 MPa、1.5 kJ/m^2和6.5 kJ/m^2。

关键词： 铺层取向   玻璃纤维增强复合材料   真空辅助树脂传递模塑   力学性能  

摘要： 采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制作了玻璃纤维增强不饱和聚酯复合材料层合板,对其进行了拉伸、弯曲、冲击性能测试,并对铺层取向与玻璃纤维复合材料层合板力学性能的影响关系进行了实验研究。实验结果表明,0°取向玻纤增强复合材料在单一方向上的力学性能最佳,±θ取向比θ取向玻纤增强复合材料有更好的力学性能;θ单向铺层复合材料在外载荷作用下发生破坏,其断口破坏的角度与铺层角度一致,而在±θ多向铺层复合材料的断口形貌更复杂。通过合理的铺层设计可获得满足工程需要的复合材料制品。

关键词： 钛合金   热定型   材料力学   工艺分析   模具设计  

摘要： 钛合金作为一种特殊工业用材,已广泛应用于飞机发动机,但由于其特殊的材料性能,常温下薄壁筒形钛合金零件采用卷圆焊接等常规工艺难以保证其圆度及直径。由于材料不同,线膨胀系数和弹性模量不同,受热后变形程度以及内部应力的变化也就有差异,因此利用这种差异性,采用热定型工艺对零件进行校形。根据钛合金材料特性选择了合适的热定型温度及模具材料,并基于材料力学对加热过程进行详细分析计算,得出零件及模具设计所需初始数据,根据数据编排出合理的热定型工艺。通过现场多个不同尺寸零件试制加工验证,钛合金零件公差基本能控制在±0.1 mm,说明了该工艺分析方法的可行性。

关键词： 应用型本科   材料力学   实践教学  

摘要： 材料力学是应用型本科机械设计制造及其自动化专业的一门重要的专业基础课,也是与工程实践紧密结合的一门课程,本文以应用型本科人才为培养目标,结合材料力学课程的特点和教学经验,从教学内容、教学方法和优化考核等方面提出了一些合理的建议,取得了一定的教学效果。

关键词： 埃洛石纳米管   环氧树脂   复合材料   纳米压痕   蠕变性能  

摘要： 采用球磨法在环氧树脂中分散了不同质量分数(0、5wt%和10wt%)的埃洛石纳米管(HNTs),通过哌啶固化剂固化,制备了HNTs/环氧树脂复合材料,并利用纳米压痕法测试了HNTs/环氧树脂复合材料的弹性模量、硬度和蠕变性能。SEM和TEM观测表明:HNTs在环氧树脂中分散情况较好。纳米压痕实验结果表明:在不牺牲HNTs/环氧树脂复合材料弹性模量、硬度以及玻璃化转变温度的基础上,HNTs明显提高了环氧树脂基复合材料的抗蠕变性能,这主要是由于HNTs和环氧基分子链形成了新的交联结构,增加了材料的交联密度,刚性纳米粒子限制了环氧基分子链的活动性。

关键词： 多基复合管   力学行为   结构监测   制备工艺  

摘要： 多基复合管是由聚合物基和水泥基等增强材料复合而成的一种新型管材。在保留传统预应力钢筒混凝土管（简称PCCP）和玻璃纤维增强塑料夹砂管（简称FRPM管）各自优势、克服两者局限性的同时，多基复合管面临着由于制备工艺更新而引发的一系列问题。本文从多基复合管研制过程中所发现的实际问题出发，开展管壁材料的力学行为试验研究，以改进材料的制备工艺，提高管材力学性能，并为多基复合管的结构设计提供指导。此外，针对多基复合管结构监测软件系统中的关键问题进行了研究，并对该监测系统进行了试验验证。\n 本文研究工作在国家863计划《多基结构材料复合技术及在高压管制造中的应用》(2013AA031306)资助下完成，主要研究成果如下：\n （1）针对多基复合管中树脂砂浆层的材料性能展开研究，建立了“致密性一体化工艺研究方法”。在该方法的指导下，进行了大量不同工艺、不同级配树脂砂浆的力学性能试验，成功研制了一种高性能、低成本的树脂砂浆及其制备工艺技术。其弯曲弹性模量指标取得了突破性的进展：相比国外某公司树脂砂浆的弯曲弹性模量高出40%；不仅可大幅度提高多基复合管中树脂砂浆层的结构性能，而且应用于 FRPM管道时能降低材料的综合成本。此外，通过开展树脂砂浆与不同表面处理钢板的剪切破坏行为试验分析，获得了一种可提高其界面剪切强度的工艺方法，对多基复合管的实际制备具有一定的指导意义。\n （2）基于聚乙烯醇-应变硬化水泥基复合材料（简称PVA-SHCC）在初始单轴拉伸试验中所表现出的变形与断裂等力学行为，开展了具有初始裂纹的PVA-SHCC恒载试验研究。以30d为一个周期、150N为荷载增量进行多级恒载试验，获得了多级恒载试验条件下的平均破坏应力；进一步设计单级恒载试验，获得了该试验条件下具有初始裂纹的PVA-SHCC设计拉伸强度参考值，为PVA-SHCC材料的应用提供了初步的参考。\n （3）根据在PVA-SHCC浇筑时以内筒结构充当内模的工艺要求，对制备过程中 PVA-SHCC浇筑与收缩对内筒结构产生的制备荷载展开研究。通过试验测定早龄期 PVA-SHCC收缩量和弹性模量随时间的变化关系，建立了对内筒结构收缩荷载的力学行为模型；由此提出了一种变弹性模量条件下收缩荷载的迭代计算方法。基于该方法，对管芯混凝土制备时的内筒结构稳定性问题进行了分析，以指导内筒结构中的树脂砂浆层的厚度设计。\n （4）完成了多基复合管结构监测系统的相关软件开发；其中重点针对该系统中的能量均衡与时间同步两个关键问题进行研究，提出了有效的能量均衡算法和高精度的时间同步机制，并通过试验验证了监测系统的适用性。此外，针对多基复合管重点部位的结构监测展开探索性研究：通过无线传感网络实现了并联式电阻抗成像的智能化系统，利用改进的N-R算法成功地对碳纤维毡的表面形貌进行了图像反演，并基于相应的图像处理算法实现了损伤区域的自动识别。\n 本文通过相关试验与理论分析，对多基复合管制备过程与服役中的关键问题展开研究，研究成果将对多基复合管的制备工艺、结构设计和应用等方面具有一定的指导意义。

关键词： 材料力学   案例教学   工科院校  

摘要： 材料力学是工科院校一门重要的技术基础课,它是架起基础课与专业课之间的桥梁。对该课程的教学改变了以往以传授知识为主的方式,引入日常和工程案例,吸引学生兴趣,发挥学生分析解决工程实际问题的主动性,提高学生工程应用能力。

关键词： VARTM   玻纤增强复合材料   溶剂   力学性能   抗腐蚀  

摘要： 采用真空辅助树脂传递模塑工艺（VARTM）制备了玻纤增强酯树脂基复合材料,研究了不同化学溶剂对该复合材料力学性能的影响,利用扫描电镜（SEM）对复合材料的断口形貌进行了观察,并分析了其性能变化的原因。结果表明,该复合材料具有一定的抗腐蚀能力,在溶剂中浸泡180d后,其模量基本保持不变,由于界面结合减弱使复合材料强度约有5%～10%的下降,对其力学性能的变化规律没有影响,这为复合材料的工程应用提供了技术支持。

关键词： 水稻种植   光照强度   倒伏指数   作物生态学  

摘要： 水稻是我国最主要的粮食作物之一。在人口持续增加、耕地不断减少、资源日益紧缺等多重压力下，迫切需要提高水稻产量。倒伏是限制水稻产量提高的重要因子。已有研究表明，光强对水稻抗倒性具有重要影响，但其作用机理不明。本研究采用人工气候箱光强控制试验和田间遮光试验的方法，以籼稻品种银晶软占和合丰占为供试材料，在拔节期依据不同节间伸长期进行不同光强水平处理，探究光照强度对水稻抗倒性的影响及其材料力学机理。\n 本研究主要内容包括：⑴光强对水稻茎秆抗倒性有显著影响。随着光强的增加，倒伏指数减小，茎秆抗倒性增强。与100μmol/m2/s光强处理相比，200、400和750μmol/m2/s光强处理下的第3节间倒伏指数分别降低了8.4%、17%和27.3%，差异达到显著水平。⑵群体基部光强通过影响植株的形态和力学性状，进而影响水稻抗倒性。随着处理光强的增加，处理期间正在伸长的节间显著缩短。在第2节间伸长期进行光强处理，200、400和750μmol/m2/s光强处理的第2节间长度，分别比100μmol/m2/s处理缩短了24.1%、31.7%、42.9%。同时，随着光强的增加，茎壁厚度和节间粗度增加，节间充实度和抗折力提高，茎秆抗倒性增强。⑶水稻抗倒性及其相关性状对不同时期光强处理的敏感性不同。在基部第2节间伸长期进行光强处理对倒伏指数影响最大，不同光强处理之间的变异系数（CV）达到25.5%，远高于第1节间伸长期和第3节间伸长期处理的 CV值。不同光强下节间长度、茎壁厚度、抗折力等相关性状的最大 CV，均出现在第2节间伸长期处理。可见，水稻抗倒性对光强的反应以第2节间伸长期最为敏感。⑷光强对水稻抗倒性及其相关性状的影响具有累积效应。倒伏指数，株高、重心高度、第2节间长度、第3节间长度、茎壁厚度、节间粗度和单位长度节间干重等7个形态性状，抗折力、弹性模量、弯曲力矩和抗弯刚度等4个力学性状在不同光强处理下的 CV值，均为基部第1至第3节间伸长期连续处理明显高于单个节间伸长期处理，表现出明显的累积效应。

关键词： 纳米材料   层状结构   材料力学   剪滞模型  

摘要： 结构生物材料提供一个检视自然界中的生物材料如何进化出各个组分使其实现力学性能（高模量、高强度和高韧性）协同的机会。贝壳纳米复合材料（包括贝壳和骨骼材料）是典型的具有优异力学性能的结构生物材料。理解生物材料中的纳米结构构造方式的力学机制可以促进生物启发性工程的发展。利用贝壳纳米材料生物启发性工程，层状复合材料设计是一种有效的改善在脆性材料中出现的强韧性倒置现象的方法。通过合理设计的弱界面可以使层状材料获得极高的断裂功，而且不需要损耗太多的结构强度。前人的工作已经确定了弱界面通过界面分层来阻止裂纹扩展的作用。这种层状材料在载荷-位移曲线中通常具有台阶状或锯齿状破坏过程，称这一过程为渐进破坏过程。\n 本文首先使用非线性剪滞模型研究了以“砖块-灰泥”结构为模型的贝壳纳米复合材料的刚度、强度和韧性的同步优化如何依赖于组分性质和微结构参数。我们在文中，给出砖块之间的弹塑性界面和重叠长度能显著影响界面剪力分布不均匀，应力传递效率，以及最终的破坏方式，这种影响还与砖块尺寸和砖块排布方式有关。“砖块-灰泥”结构中存在两个分别与优化强度和优化韧性有关的特征长度。通过匹配具有规则排布的“砖块-灰泥”结构的贝壳纳米复合材料中的这些特征长度值，使这些长度值尽量接近，来实现强度和韧性的同步优化，同时结构中的砖块和界面发生同步均匀破坏。在随机排布的“砖块-灰泥”结构中，重叠长度是分散的，具有一定的分布，因此贝壳纳米复合材料的破坏方式从同步均匀破坏转变为砖块或界面的渐进破坏，同时伴随着强度和韧性的适当降低。特别地，在随机排布的“砖块-灰泥”结构中存在一个参数范围，在这个参数范围内强度和韧性对于随机排布的随机度不敏感。本文的结果根据特征长度匹配原则提出参数选择准则来合理设计贝壳纳米复合材料。这一准则解释了贝壳纳米材料具有高强度和高韧性的，而人工仿贝壳纳米复合材料不具有这一特性的原因。其次，研究了层状材料中渐进破坏的产生原因。使用非线性剪滞模型得到的结果表明，在层状结构中存在一个特征基体相邻裂纹间距，当相邻裂纹间距大于这一特征相邻裂纹间距，界面会发生稳定地分层;反之，界面为不稳定地破坏。在稳定的界面分层过程中存在特定的破坏应变和应力峰值平台，这一应力峰值平台宽度与相邻裂纹间距有关。当层状材料中的相邻裂纹间距是离散分布的时候，载荷-位移曲线中的阶梯状渐进破坏是易于理解的。进一步，我们解释了弱界面如何影响层状材料中的相邻裂纹间距的大小，以及如何提高层状结构符合材料的有效韧性。