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关键词： Sip   ZA40复合材料   压力铸造   重力铸造   力学性能  

摘要： 采用压力铸造法和重力铸造法制备了Si p/ZA40复合材料,应用扫描电子显微镜、金相显微镜、拉伸试验、冲击试验和硬度试验等方法研究了两种制备工艺下材料的组织及力学性能。结果表明:压力铸造下复合材料的冲击韧度是重力铸造的1.15倍,抗拉强度是1.85倍,伸长率是1.18倍,硬度是2.47倍。

关键词： 复合材料   玻璃纤维   干湿交替   材料力学  

摘要： 玻璃纤维增强复合材料（GFRP）以其优越的性能被人们广泛的应用，与钢结构和混凝土结构相比，GFRP质量轻，强度高，耐腐蚀，基本不需要维修。然而，沿海与内河的腐蚀环境恶劣，特别是其潮汐作用引起的水位变动区和浪溅区对复合材料结构的劣化尤为厉害。另外，环境与长期荷载的耦合作用会加快GFRP的劣化，因此对GFRP在干湿循环与荷载耦合作用下的长期性能研究有重要的意义。\n 本文基于干湿交替与荷载耦合作用下GFRP力学性能研究，开展以下几项工作：⑴开展干湿交替与荷载耦合作用下GFRP长期蠕变试验研究，分析环境与荷载水平对GFRP蠕变性能的影响，然后以粘弹性理论模型为基础，考虑荷载水平，建立GFRP在干湿交替与荷载耦合作用下蠕变预测公式。⑵对完成试验周期后的GFRP试件进行拉伸强度和弹性模量测试，通过拉伸强度和拉伸弹性模量，得出GFRP在不同环境和荷载水平下的力学性能劣化规律，分析GFRP劣化机理。通过测量断裂伸长率，得出GFRP在不同环境和荷载水平下的变脆趋势。⑶通过电子显微镜扫描试验前后GFRP表面、断面、层截面，观察干湿交替环境和荷载水平对GFRP的劣化影响程度，分析其不利影响因素。⑷根据粘弹性理论模型，考虑荷载水平，建立GFRP拉伸强度和弹性模量预测公式。结果表明，粘弹性理论模型不适用于环境与荷载耦合作用下GFRP拉伸强度和弹性模量预测。考虑GFRP后固化影响，修正Arrhenius理论公式，建立GFRP在干湿交替与荷载耦合作用下拉伸强度和弹性模量预测模型，修正后的Arrhenius公式更能真实反映出GFRP在环境与荷载耦合作用下的力学性能变化。

关键词： 竹颗粒   聚乳酸   马来酸酐   碱处理   增容作用  

摘要： 为改善竹颗粒(BP)与聚乳酸(PLA)的表界面性能,分别用氢氧化钠溶液和马来酸酐(MAH)对BP表面处理后,与PLA熔融共混制得完全生物可降解复合材料。通过扫描电子显微镜和力学性能测试,研究了碱处理及不同MAH浓度对竹颗粒及其复合材料力学性能的影响。结果表明:碱处理和MAH增容后,BP与PLA的表面相容性得到改善;当MAH添加量为1.0%时,复合材料有较佳的拉伸强度(47.6 MPa)和断裂伸长率(6.22%),而当MAH添加量为0.5%时,复合材料有较好的弯曲强度(72.61 MPa)和弯曲模量(4.65 GPa)。

关键词： 机械加工   喷丸强化   残余应力   材料力学  

摘要： 后混合水射流喷丸强化是近十几年来问世的一项湿法喷丸强化新工艺，是高压水射流技术的延拓与发展。本文结合后混合水射流喷丸强化实际工况，研究射流喷丸喷头流场特性，探究射流喷丸强化残余应力场和位移场的分布规律、预测射流喷丸强化疲劳寿命增益效果，对射流喷丸强化技术的发展具有一定的理论和实践意义。\n 本文基于计算流体动力学理论的欧拉模型，采用FLUENT软件对后混合水射流喷丸喷头两相流场的运动规律进行了数值模拟。结果表明，喷丸喷头水流场和弹丸流场的轴向动压强和轴向速度随着喷丸压力的增加逐渐增大，随着喷丸靶距的增加逐渐减小，随着弹丸喷嘴长度的增加，水流场的轴向速度逐渐减小，弹丸流场的轴向速度逐渐增大；当喷丸压力为50MPa、弹丸喷嘴长度为65 mm、靶距为30 mm时，作用在靶体表面上的水流场轴向速度为45.7 m/s，弹丸流场轴向速度为45.2m/s。基于瞬态动力学理论的Cowper-Symonds材料模型，采用ABAQUS软件模拟了弹丸冲击靶体的过程，获得了喷丸残余应力场和位移场的分布规律。结果表明，弹丸冲击卸载后在靶体表层产生径向残余压应力，且产生的径向残余压应力、轴向位移均随弹丸速度和弹丸直径的增加而增大；当弹丸速度和弹丸直径分别相等时，无水膜的靶体产生的径向残余压应力和轴向位移分别为-430MPa和0.0158mm，均分别大于有水膜的靶体产生的径向残余压应力-420MPa和轴向位移0.0138mm，但残余压应力差别不大，在实际生产中一般可以忽略射流喷丸水膜的存在对残余压应力的影响，按无水膜处理，但对表面粗糙度精度要求较高时，则应考虑水膜对射流喷丸的影响。基于应力疲劳分析理论的名义应力分析法，采用***软件对未喷丸和喷丸的旋转弯曲疲劳试样的疲劳寿命进行了预测。结果表明，喷丸后疲劳试样的疲劳寿命明显增加，比未喷丸疲劳试样的疲劳寿命提高了14.99倍，喷丸可以显著提高疲劳试样的疲劳寿命。

关键词： 复合材料   层间应力   材料力学   锯齿理论  

摘要： 已有预先满足层间应力层间连续的锯齿理论是分析复合材料层合结构力学问题有效方法之一。然而，此理论位移场包含横向位移的一阶导数，基于此理论构造单元需使用C1插值形函数，难于构造多节点高阶单元。为了避免使用C1插值形函数并提高已有锯齿理论的精度，本文给出了预先满足层间应力层间连续的C0型锯齿理论的提法：①发展理论过程中消去横向位移一阶导数，构造有限元仅使用C0插值函数，方便构造高阶协调单元如六节点三角形单元，八节点或九节点四边形单元；②预先满足层间应力连续条件，能准确计算多层板层间应力、软核夹层板固有频率和临界载荷，有望面向工程。具体工作可概括为：\n ⑴建立预先满足层间应力连续的C0型锯齿理论，此理论包含的位移变量个数独立于层合板层数，且位移场不含有横向位移一阶导数，便于构造多节点高阶单元。基于虚位移原理推导了平衡方程，并给出了承受横向正弦载荷的四边简支层合板弯曲问题的解析解。\n ⑵建立适于分析任意角度铺设复合材料层合板问题的预先满足层间应力连续条件C0型锯齿理论，基于此理论构造六节点三角形单元。为了验证构造的六节点三角形单元性能，分析了变厚度铺设层合板、夹层板及任意角度铺设层合板弯曲问题。\n ⑶基于建立的C0型锯齿理论，推导复合材料层合板/夹层板动力问题有限元列式。并通过分析软核夹层板和变厚度铺设层合板自由振动问题验证C0型锯齿理论性能。\n ⑷基于建立的C0型锯齿理论，推导复合材料层合/夹层结构稳定问题有限元列式，并分析复合材料软核夹层梁/板稳定问题。基于本文建立的C0型锯齿理论，构造了三节点粱单元和八节点四边形单元分别分析了软核夹层梁和夹层板的静力和稳定问题，并研究了横向剪切应力层间连续条件对软核夹层结构临界载荷精度的影响。\n ⑸建立考虑横法向应变的C0型锯齿理论，并研究横法向应变及面内位移模式对复合材料层合板的应力和位移的影响。为了推广C0型锯齿理论分析复合材料层合厚板弯曲问题，推导了考虑横法向应变的C0型锯齿理论，基于虚功方程推导出平衡方程，进一步给出简支层合板弯曲问题的解析解。

关键词： 金属材料   氢致脆裂   断裂韧性   材料力学  

摘要： 为了系统地分析氢致金属材料脆性断裂的过程，本文首先大量查阅了国内外相关文献，得出了氢对金属材料的力学性能会产生很大的影响。弹性模量是材料对弹性变形的抗力指标，是衡量材料产生弹性变形难易程度的重要参数。氢进入材料之后是否影响到原子之间的结合能，至今还尚无定论，而且实验结果也并不统一。大量的研究结果表明，氢对材料抗拉强度的影响主要取决于材料对氢的敏感程度。一般来说，如果材料对氢不敏感，氢对材料的抗拉强度就没有什么明显的影响;若材料对氢敏感，则氢对其抗拉强度的影响不可以忽略，而且对断裂应力也有明显的影响。氢对金属屈服强度的影响一直是有争议的问题。屈服强度的变化与材料中氢含量的关系甚大，随着材料中氢含量的增大屈服强度将增大，但材料中氢含量达到饱和之后屈服强度的变化趋向于稳定。\n 氢对材料延伸率的影响主要表现在材料的塑性性能的下降。不管材料对氢的敏感程度如何，材料在氢中往往使延伸性变差，即产生氢致塑性损失。对氢敏感的材料表现为延伸率的严重降低;不太敏感的材料表现为延伸率略有降低;不敏感的材料其延伸率几乎不变。氢对金属延伸率的影响也难以找到规律性，故将氢致延伸率损减作为材料的氢脆判断要特别注意试验条件。大量的试验表明，氢对材料塑性性能的影响最突出地表现在断面收缩的变化。对氢极其敏感的材料，其断面收缩率的损减在30％以上;对氢比较敏感的材料，其断面收缩率的氢损减在10％～30％之间;对氢不敏感材料，其断面收缩率在10％以下。材料断面收缩率的氢损减随材料中氢含量的增加而增加，因此当对比某些材料的氢损减时，应注意试验条件是否一致，特别是其氢含量是否达到饱和。断裂韧性是反应材料抵抗裂纹失稳扩展的量化指标，是防止构件低应力脆断所需要的关键参数。对于裂纹尖端处有弹塑性变形时，使裂纹产生失稳扩展的临界状态用J积分的临界值JIC表示。当含裂纹的试样处在氢气氛中，由于氢的吸附、溶解及应力诱导，使氢向裂纹尖端聚集，在饱和氢及应力的共同作用下会导致裂纹尖端低应力起裂并在起裂后裂纹不断扩展直致断裂。\n 纳米晶材料表现出超高屈服强度、耐磨性、低温易成型性、易应变硬化性与传统的粗晶材料相比。然而，由于氢原子进入材料引起氢脆使材料的机械性能降低，这一现象限制了氢能的大规模使用。到目前为止，即使是某一具体材料，氢脆机理也不是很清楚。晶界对氢在纳米晶体的扩散具有促进作用而面心立方和体心立方结构晶体材料的氢陷阱对材料氢脆现象的影响仍是一个比较争议的问题。晶界为氢在材料中扩散提供短程扩散通道，加速氢进入材料和氢在其中的扩散。然而，氢在镍的短程扩散理论受到了挑战，实验表明:晶界中存在大量的位错和空穴，而位错和空穴一般作为氢陷阱而存在，势必阻碍氢在其的扩散。氢在纳晶镍的扩散似乎受到了基于晶界的两种相对理论的共同影响，即:短程扩散理论和氢陷阱机理。

关键词： Workbench   柔性铰链   应力分析   梁型   应力计算公式   内部应力   有限元模型   材料力学  

摘要： 基于Workbench v12.1软件，利用材料力学基本原理，对直梁型柔性铰链内部应力进行分析，推导出了直梁型柔性铰链的应力计算公式。建立直梁型柔性铰链的有限元模型，在一端固定，另外一端承受力或力矩的边界条件下，计算分析该柔性铰链的内部应力，并与Workbench v12.1软件得到的仿真值进行对比，验证所推导应力理论公式的正确性。根据所推导出的公式，讨论了直梁型柔性铰链的几何参数与其内部应力之间的关系。

关键词： Alkyl ketene dimer   Coupling agent   Mechanical properties   Wood-plastic composites  

摘要： The objective of this study was to investigate the incorporation of poplar wood fibers both with and without a novel coupling agent, alkyl ketene dimer (AKD), on the mechanical properties of wood fiber/polypropylene (PP) composites. The resulting properties were compared to those obtained with the most commonly used coupling agent, maleic anhydride grafted PP (MAPP). Tensile and impact strengths of the composites decreased with increasing poplar wood fibers content. Tensile modulus of the composites increased by the incorporation of the wood fibers content up to 70 wt% but further increment in the wood fibers decreased the tensile modulus. At the constant content of poplar wood fibers (70 wt%), the tensile strength determined for the coupled composites with 5% AKD increased by 41% in comparison with the non-coupled composites while the tensile modulus increased by 45%, the impact strength of the coupled composites increased by 38%. The performance of 5% AKD on the mechanical properties of the composites is a little better than 3% MAPP. The good performance of 5% AKD is attributed to the enhanced compatibility between the poplar wood fibers and the polymer matrix. The increase in mechanical properties of the composites demonstrated that AKD is an effective coupling agent for wood fiber/PP composites.

ISBN: (纸本)9787517016755

关键词： 项目教学法   实施   材料力学   课程教学   应用研究  

摘要： 本文主要是对项目教学法在材料力学课程教学中的应用进行研究和分析,通过结合学生的学习实际,让学生从思想上认识到学习这门课程的重要性。