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关键词： SnO2/Ag电触头材料   颗粒增强复合材料   有限元模拟   力学性能  

摘要： 二氧化锡颗粒增强银基电触头复合材料(SnO2/Ag)由于具有优良的抗电弧侵蚀性、耐磨性和抗熔焊性而被广泛应用。由于颗粒增强银基电触头材料在应用过程中需要达到一定的强度和弹性模量,而增强粒子的含量、形状与分布对复合材料的力学性能会有很大的影响,因此本文通过有限元方法研究了 SnO2增强粒子的含量、形状与分布对SnO2/Ag电触头复合材料力学性能的影响。通过建立三维多颗粒随机模型模拟SnO2增强粒子含量的变化,研究发现SnO2/Ag复合材料的弹性模量和屈服强度(σ0.2)随SnO2体积分数的增加而增加。且当SnO2体积分数是18.3%时,复合材料的屈服强度相比于9.5%时提高了 14.2%,而体积分数为26.5%时,复合材料的屈服强度相比于18.3%时提高了 27.6%,说明体积分数过了 18.3%后,复合材料的屈服强度会有更大幅度的提升。本研究通过对比不同形状(球形、长棒形、短棒形)的Sn02粒子增强银基复合材料的力学性能,发现长棒形粒子相比较球形粒子,强化效果非常显著,分析原因是因为长棒形粒子可以承担更多的载荷。研究发现短棒的强化效果相比球形粒子非常显著,分析表明短棒粒子不仅可以承担更大的载荷,而且还可以起到强化基体的作用。在研究三种形状SnO2粒子的分布对SnO2/Ag复合材料力学性能的影响时,发现三种形状SnO2粒子在均匀分布时都比随机分布时的增强效果要好。对于球形粒子,复合材料的力学性能受粒子分布影响最小,短棒粒子其次,而长棒粒子受分布的影响最大。对于长棒形SnO2粒子来说,随着体积含量的增加,SnO2/Ag复合材料的力学性能受长棒分布的影响越大。为了分析SnO2粒子团聚给SnO2/Ag复合材料力学性能带来的影响,我们设计一个有限元模型,通过SnO2粒子间距判断粒子团聚,当粒子间距较小时认为发生团聚,这时模型会在粒子/基体界面处增加一层作用区作用到基体上,其范围定义为粒子直径的2.5%(大约0.38μm),其力学性能为基体的十分之一,代表团聚对界面性能的减弱幅度。研究发现随着SnO2团聚粒子数量的增加,复合材料的弹性模量和屈服强度随之下降。当SnO2粒子全团聚时,复合材料的弹性模量和屈服强度下降最多,分别达到了 27.2%和30.3%。此模型可定性模拟SnO2粒子团聚给SnO2/Ag复合材料力学性能带来的影响,但模型本身的适用性及所需参数的准确性尚需进一步的实验验证。

关键词： 玄武岩纤维   环氧树脂   稀土改性   力学性能  

摘要： 本文以玄武岩纤维为增强体,环氧树脂为基体做为研究对象,针对玄武岩纤维表面的化学惰性,与树脂的浸润性较差这一特性,采用La盐配置成不同浓度的稀土改性溶液,对玄武岩纤维进行表面浸泡处理,将玄武岩纤维与环氧树脂制成复合材料。采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X-射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）等分析测试手段对改性前后的纤维表面进行化学性质及物理性质的表征,分析改性液中La元素浓度对纤维表面的化学结构、表面形貌及表面元素组成的的影响规律。运用电子万能力学试验机对其复合材料的力学性能进行测试,并利用SEM对其断口进行形貌观察,从而阐述La盐在纤维表面改性及其纤维与树脂结合界面的作用原理。第一、通过稀土改性液的浸泡,在玄武岩纤维表面引入了大量的-COOH、-OH等含氧活性基团、使得纤维的表面活性大大提高,并且SEM显示稀土改性液在浸泡过程中对纤维表面产生了一定的刻蚀作用,光滑的纤维表面开始有斑点状凸起结构产生,纤维表面的粗糙度增大,当La元素的含量达到0.5%时,纤维表面上的凸起裹覆在纤维的表面,形成致密的膜结构,但La元素含量超过0.5%时,纤维表面的那层膜结构开始发生脱落,并且致密的膜结构形成大的颗粒结构。第二、通过对其不同浓度处理前后所得到的复合材料进行力学性能的对比分析可以看出:当La元素含量达到0.5%时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度及层间剪切强度均达到最大,较未改性之前分别提高了56.22%、103.32%、88%。断口显示,当La元素浓度为0.5%时,断口处纤维表面残留的树脂最多。第三、根据La元素特殊的性质,讨论了La元素的作用机理:La元素与玄武岩纤维表面的C、H、O、N等非金属元素形成化学亲和力极强的配位化学键,吸附在纤维表面同时将稀土改性液中的含氧有机活性基团引入到纤维表面,使得纤维表面的活性得到显著提高,当改性纤维添加到树脂基体时,吸附在玄武岩纤维表面的羟基或羧基会与树脂中的羟基发生脱水缩合反应生成醚键或酯键,同时吸附在纤维表面的La3+还会与树脂之间生成配位化学键,使得两相之间的结合力得到大大的提高,宏观上表现为力学性能的增强。

关键词： 三维机织结构   T字型三维整体机织复合材料   力学性能   有限元模拟  

摘要： T型梁作为一种常见的工程结构件,被广泛应用在航空航天航海以及建筑等领域。由于不可定因素的存在,可能会遭遇鸟击、雨雪或冰雹和船只撞击等造成的一些外部损害。作为复合材料增强体的三维机织结构同三维针织结构和三维编织结构相比,具有特殊的结构特点和优异的力学性能,因而设计并制造高弯曲强度和抗冲击性能的T字型三维整体机织复合材料,应用前景十分可观。本课题将玻璃长丝束作为经纱,玄武岩长丝束作为纬纱在普通小样织机上低成本织造成三种不同梁高的T字型三维整体机织物,并采用VARTM(Vacuum Assistant Resin Transfer Moulding)成型工艺制备成复合材料。利用电子万能试验机测试了三种不同梁高的T字型三维整体机织复合材料在准静态下的三点弯曲性能,研究T字型三维整体机织复合材料的破坏模式和能量吸收方式等。从实验所得的载荷-位移曲线和吸收能量-位移曲线关系图来看,随着位移的增加,梁高为12 mm的T字型三维整体机织复合材料所能承载的载荷和吸收的能量最大,梁高为0mm的T字型三维整体机织复合材料最小。从材料最终破坏形态来看,梁高为0 mm的材料表现为典型的弯曲破坏模式,正面受压缩破坏,背面受拉伸破坏,梁高为6 mm和12 mm的材料正面表现为压缩破坏,背面为剪切破坏。可见基体开裂、纤维与树脂脱粘和纤维断裂等破坏是材料弯曲破坏模式中主要的吸收能量方式。在简支梁冲击实验中,T字型三维整体机织复合材料受到的冲击过程几乎是一瞬间发生的,应力传播非常快,材料的结构响应基本失效,应力波受到基体开裂等因素的阻碍,应力无法平衡,容易在摆锤接触材料的位置形成应力集中,造成材料断裂。其中梁高为12mm的材料吸收能量最多,受到的冲击强度最大;梁高为0mm的材料吸收能量最少,受到的冲击强度最小。本课题还基于T字型三维整体机织复合材料试样的尺寸,建立同尺寸结构的模型,运用ABAQUS有限元软件模拟计算同种组织结构下三种不同梁高的T字型三维整体机织复合材料的三点弯曲性能,模拟得到的载荷-位移曲线、吸收能量-位移关系曲线及破坏形态与实验结果相比有较好的一致性。可见,所建模型较正确,为今后T字型三维整体机织复合材料弯曲力学性能模拟,提供一定帮助,可反过来为梁高对试样的影响提供一定指导,减少试验量。

ISBN: (纸本)9787040416671

关键词： 银基复合材料   热压烧结   Ti3SiC2   摩擦磨损性能  

摘要： 采用热压烧结技术制备了Ag-MoS2-graphite和Ag-MoS2-graphite-Ti3 SiC2两种银基自润滑复合材料,考察了两种材料的致密度、硬度、弯曲强度及其在不同环境(大气和低真空)中的摩擦磨损性能.结果表明:低润湿性使得Ti3SiC2与基体界面处的孔隙增多,降低了致密度和弯曲强度,但对硬度影响不明显;摩擦过程中Ti3SiC2颗粒易于从基体材料表面剥落,阻碍了润滑膜的形成,造成Ag-MoS2-graphite-Ti3 SiC2复合材料的摩擦系数高于Ag-MoS2-graphite复合材料;但Ti3SiC2的添加能够明显提高复合材料在大气中的耐磨性能,这主要与摩擦过程中的材料转移和摩擦化学反应有关.

关键词： 教学参考资料   高等学校   材料力学  

ISBN: (数字)9787030434166 ISBN: (纸本)9787030434166

摘要： 本书主要内容有绪论，轴向拉伸与压缩，扭转、弯曲内力，弯曲应力，弯曲变形，应力、应变分析基础，强度理论，组合变形，能量法，超静定结构，压杆稳定，动荷载，疲劳强度，截面图形的几何性质等。

关键词： 金属泡沫材料   力学   行为研究   解析  

摘要： 经济社会的不断发展,以及人们对物质和精神生活的不断追求,促使着越来越多的新事物的产生及快速发展。尤其是在材料科学界,对新型材料的研发和创新是永恒不变的话题,自然界给予我们的天然材料已经远不能满足现代人生产和生活的需求,各种复合材料、多成分的合成材料及陶瓷材料等新型材料应运而生,金属泡沫材料就这诸多新型材料中的一员,金属材料以其优越的性能应用于航天、汽车和环保等诸多领域,为社会的持续发展贡献了不可忽略的力量。因此主要金属泡沫材料展开探讨,并针对其力学行为进行了详细论述。

关键词： 碳纳米管   上浆剂   碳纤维   复合材料  

摘要： 碳纤维增强聚合物复合材料是一种性能优异的复合材料,由于其物理结构,它具有很高的比强度和比模量,而密度很低,在质轻高强的同时具有耐高温、耐疲劳、耐腐蚀等物理、化学性能。碳纤维的表面上活性基团少、对树脂基体的浸润性差,这大大制约了其优异性能的发挥。碳纳米管具有极高的强度、刚度和韧性,密度低,比表面积大,耐强酸强碱,耐高热,稳定性强。由于碳纳米管在纳米尺度的优势,且能提供满足需求的性能,因而考虑用碳纳米管对碳纤维进行涂覆增强,从而使形成的复合材料的性能得到提高,改善其缺陷,最终达到增强整体的作用。本文利用将碳纳米管添加入上浆剂中对国产T800碳纤维上浆的同时使碳纳米管涂覆纤维表面,对碳纤维进行改性,并对碳纤维／环氧树脂复合材料力学性能的影响进行了研究。主要工作如下：1、制备碳纤维上浆剂的去离子水分散溶液,探究合适的上浆剂浓度、纤维上浆时间等工艺,探索最适合的参数。最终选取了上浆剂浓度体积分数3%,上浆时问60s作为后续实验设计的上浆参数。2、制备含有碳纳米管的纤维上浆剂分散液,通过单丝断裂测试等方案探究不同官能团的碳纳米管对碳纤维复合材料性能的影响。通过实验发现羧基化官能团的碳纳米管改性后单根碳纤维与环氧树脂问的界面剪切强度增加的非常突出,由不含碳纳米管的50.31MPa增强到了62.35MPa,相反,胺基化官能团改性碳纳米管的加入反而降低了其界面剪切强度。3、制备官能化碳纳米管改性碳纤维/环氧树脂单向复合材料,分析对比不同官能团及不同碳纳米管浓度对复合材料力学性能的影响。从实验结果来看,官能化碳纳米管的引入使得碳纤维/环氧树脂单向复材的弯曲强度、模量以及层间剪切强度均有不同程度的提高,又以羧基化碳纳米管的增强效果最为优异。而在加入不同浓度的碳纳米管制备样品测试的结果表明,含有0.5wt%碳纳米管的上浆剂分散液改性的碳纤维制备的复合材料性能是最好的。

关键词： 材料力学实验   工程教育认证   教学改革  

摘要： 本文分析了在工程教育认证体制下工科专业人才培养具备的5大特点。总结了《材料力学实验》课程可提供给学生的知识和能力培养。结合上述分析,找出了我国现有《材料力学实验》课程教学和教改中违背工程教育认证体制下人才培养要求的常见问题,并针对这些问题提出了未来《材料力学实验》课程教学改革的三个主要趋势。

关键词： 材料力学   力学现象   物理过程   教学改革  

摘要： 材料力学是机械,土木和建筑等专业的重要专业基础课,也是很多专业课的预备课程。本文探讨了材料力学课程教学中的常见问题,并提出了改进办法。