教学课程资源库 更多>>

关键词： 竹造纸剩余物   力学性能   热性能   竹塑复合材料   芯壳结构竹塑复合材料  

摘要： 竹塑复合材料是一种新型环保复合材料，具有较高的经济价值和市场发展潜力，其发展受到国内外学者重视。竹屑和白泥是竹材制浆造纸过程中的主要固体剩余物，竹屑的主要处理方式是焚烧，白泥主要处理方式是堆放和填埋，剩余物方式造成了严重的环境负担。利用竹造纸剩余物制备高性能竹塑复合材料，变废为宝，对减轻竹造纸厂剩余物处理负担、改善环境有着重要的意义。并为竹塑复合材料提供了一种新的竹原料来源，降低了生产加工成本，从而实现了环境保护与经济效益的双赢。 本文研究了竹造纸剩余物物理形貌、化学组成，并对比分析了竹屑作为竹塑复合材料增强相可行性，在此基础上，进一步探讨了竹屑添加量、竹屑与竹浆纤维混合配比、白泥添加量对竹塑复合材料力学及热性能的影响；同时，制备了芯壳结构竹塑复合材料，对比了芯壳结构和非芯壳结构力学性能，以及表层材料对芯壳结构复合材料力学性能影响，为提高竹屑利用率、优化产品性能提供借鉴。 论文的主要结论如下： （1）竹屑增强高密度聚乙烯（HDPE）复合材料有较好的力学和热性能。与常规的竹粉-HDPE复合材料相比，拉伸强度和模量分别提高了45.94%和114.09%，弯曲强度和模量分别降低了8.08%和17.64%；其热稳定性和结晶度均优于竹粉-HDPE复合材料，起始分解温度（T5%）和结晶度比竹粉-HDPE复合材料分别提高了21.23℃和23.13%；在-130～120℃，竹屑-HDPE复合材料的储存模量和损耗模量均大于HDPE，且出现γ和力学松弛，与竹粉-HDPE复合材料相比，力学松弛峰值温度提高了10.44℃。因此，竹屑-HDPE复合材料在一定的应用领域可以替代竹粉-HDPE复合材料使用。 （2）竹屑-HDPE复合材料的弯曲、拉伸性能均随着竹屑含量的增加先增加后降低。当竹屑添加量为70%时，弯曲强度较优，为44.24MPa，竹屑添加量为60%时，弯曲模量较优，为2.18GPa。竹屑添加量为70%时，竹屑-HDPE复合材料的拉伸强度和拉伸模量均在达到最优，分别为25.49MPa和4.11GPa。竹屑-HDPE复合材料的热稳定随着竹屑添加量的增加而降低。当竹屑含量为60%时，复合材料有较好的刚度和结构稳定性。 （3）竹浆纤维和白泥能有效的改善竹屑-HDPE复合材料力学性能。当填充纤维总量为50%，竹屑与竹浆纤维比例为4:1时，复合材料力学性能较优，其弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度和拉伸模量分别为55.58MPa、2.78GPa、33.49MPa和3.55GPa，与竹屑-HDPE复合材料相比，分别提高了65.52%，92.86%、26.14%和111.56%；采用白泥改善50%竹屑-HDPE复合材料，白泥添加量为18%时，复合材料力学性能较优，弯曲强度和模量为分别为45.94MPa和3.70GPa，比未添加白泥的复合材料的弯曲强度和模量分别提高了36.81%和164.29%，拉伸强度和模量分别为22.9MPa和4.40GPa，分别比未添加白泥竹屑-HDPE复合材料提高了6.26%和64.33%。白泥对竹屑-HDPE复合材料储存模量影响显著，玻璃化转变温度以后，白泥含量对复合材料储存模量无影响；白泥含量为18%时，玻璃化转变温度比竹屑-HDPE复合材料提高了1.92℃，但对白泥-竹屑复合材料的损耗因子无影响。 （4）芯壳结构竹塑复合材料弯曲性能优于非芯壳结构竹塑复合材料的弯曲性能，芯壳结构竹塑复合材料的失效模式是延性破坏，而非芯壳结构竹塑复合材料是脆性断裂。采用HDPE、竹浆纤维增强HDPE复合材料和白泥增强HDPE复合材料作表层材料分别与芯层材料为竹屑-HDPE复合材料复合制备三种不同表层材料的芯壳结构复合材料。三种材料的弯曲性强度和模量从高到低依次表层为HDPE（CSHDPE）、5%竹浆纤维增强HDPE复合材料（CSBPF）、5%白泥增强HDPE复合材料（CSWC），芯表界面结合强度对芯壳结构竹塑复合材料力学性能影响较大。表层材料为HDPE复合材料动态刚度和结构稳定性优于表层材料为5%竹浆纤维和5%白泥的芯壳结构竹塑复合材料。

关键词： 卓越工程师计划   材料力学课程   教学改革  

摘要： "材料力学"课程是为工科类大学生开设的一门重要的专业基础课,与工程实际联系紧密。随着教学实践的不断深入,培养过程中重理论学习,轻工程实践等一系列问题阻碍了学生工程实践能力的提升。结合"卓越工程师"计划的基本要求,"材料力学"课程教学改革提出了几项改进措施,为全面增强学生分析和解决工程实际问题能力进行了探索。

关键词： 卓越工程师   材料力学   改革方案  

摘要： 材料力学课程作为多个工科专业的重要专业基础课,对学生能力培养及后续专业课的学习具有深远的影响。以东北电力大学"卓越工程师教育培养计划"试点专业开设的材料力学课程为背景,开展了教学改革的内容和具体措施的论证与实践,就教育理念、教学方法、考核方式以及新的教学手段等方面进行了分析与总结,取得了较好的阶段性成果,为培养更多高素质的卓越工程师后备人才提供了课程改革的有益经验。

关键词： 织物增强   复合材料   ABAQUS   Python语言   材料性能   有限元分析  

摘要： 复合材料是一种具有优异综合性能的材料,由于其性能的可设计性,在很多领域得到了广泛的应用。随着国家科技水平的飞速发展,对复合材料研究与应用提出了越来越高的要求,设计并研究具有高性能、特殊性能的复合材料具有重大的现实意义。随着对数值计算方法研究的不断深入和计算机可视化技术的不断进步,复合材料的有限元细观力学分析得以实现,因其能够研究复合材料细观结构与材料宏观性能的关系,有效指导了复合材料的设计,使得复合材料得到了更广泛地应用。 本研究利用本课题组特色技术,参照国家/行业标准,以大型商用有限元软件ABAQUS为建模计算平台,采用Python语言通过对ABAQUS前处理进行二次开发,建立CKFR-PMCs编织型层合结构复合材料几何模型并划分网格,并应用Python语言编写脚本程序,实现了对复合材料几何模型中纤维体积分数的控制。采用有限元方法,研究了四种铺层结构复合材料代表性体积单元(RVE)的力学性能试验和热学性能试验,包括拉伸/压缩性能试验、弯曲性能试验、剪切性能试验、线膨胀系数性能试验,预测了材料力学性能参数和热学性能参数,预测结果与试验值吻合较好,验证了预测方法的有效性。 本文对编织型层合结构复合材料的力学性能与热学性能预测给出了较为完整的思路与方法,并研究了铺设角度、铺设层数以及加载方式对编织型复合材料力学性能与热学性能的影响。铺设角度、铺设层数以及加载方式对编织型复合材料性能的影响具有一定的通用性,这为以后开展编织型层合结构复合材料的设计与性能研究提供了一定的参考。

ISBN: (纸本)9787121244216

关键词： 碳纤维   立体编织   复合材料   有限元分析  

摘要： 碳纤维立体编织复合材料具有轻质、比刚度高、比强度高、疲劳性能优异等特点,具有广泛的应用前景。要想充分利用碳纤维立体编织复合材料,则必须了解其力学特性。由于立体编织复合材料结构比较复杂,目前对三维机织复合材料的力学特性的研究还不够深入,尤其是对碳纤维立体编织复合材料耐冲击性的研究远远不够。 本课题以试验法和有限元法两种方式为基础,围绕碳纤维三维正交及三维角联锁机织复合材料的耐冲击性、破坏形式,展开了以下工作： (1)在织造出的碳纤维三维正交机织物和三维角联锁机织物的基础上,采用真空辅助树脂传递成型技术制成了板状复合材料,并切割成试验试件。 (2)利用板状复合材料试件进行了弹道侵彻试验。在试验中记录了每次子弹的入射速度和射出速度,将试验数据转换成弹道侵彻性能表征指标。把碳纤维三维正交和三维角联锁机织复合材料的弹道侵彻性能表征指标绘制成曲线图,分析比较每种指标下碳纤维三维正交、三维角联锁机织复合材料的力学特性,比较每种指标下碳纤维三维正交机织复合材料与三维角联锁机织复合材料的更耐冲击性能。 (3)根据三维机织复合材料的宏观参数求出三维机织复合材料细观结构模型的各个尺寸,根据这些尺寸分别建立了三维正交、三维角联锁机织复合材料细观结构模型,将模型导入有限元软件ANSYS,通过进行定义材料、划分网格、施加约束、施加载荷等完成前处理,然后利用后处理软件LS-PREPOST提取出计算结果,包括速度值、应力云图、破坏图等。同样的将速度值转换成弹道侵彻性能表征指标,将碳纤维三维正交、三维角联锁机织复合材料的弹道侵彻性能表征指标绘制成曲线图。分析表明,每种指标下碳纤维三维正交机织复合材料都比三维角联锁机织复合材料更耐冲击。 (4)以三维正交机织复合材料为例,分析树脂基体破坏图和碳纤维预制件破坏图,探究碳纤维三维机织复合材料的破坏形式,发现三维机织复合材料的正面的破坏以压缩、剪切破坏为主,拉伸破坏也占一定比例,反面以拉伸破坏为主,同时复合材料背面有大量的纤维抽拔现象。

关键词： 碳纤维复合材料   力学性能   吸湿特性   湿热效应  

摘要： 碳纤维增强聚合物基复合材料作为一种先进的复合材料，凭借它轻质高强、抗腐蚀等一系列的优点被广泛的运用于航空航天领域。然而，聚合物基复合材料在湿热环境中的力学性能会明显降低，同时复合材料的多相性决定了材料受不同环境影响、在不同的加载方式下的受力情况是极其复杂的。目前对复合材料在环境作用下的可靠性评估尚没有完整的体系。本文通过静力学手段对T700S/#2510和G30-500/TC275两种碳纤维增强/环氧树脂复合材料，分别在-55℃、常温干态、82℃、温度82℃相对湿度85%四种环境下进行拉伸、压缩、面内剪切试验；分析材料的吸湿特性，并测试材料吸湿前后的玻璃化转变温度；对比两种材料的力学性能，研究复合材料在温湿度环境下的力学性能。 试验研究表明：碳纤维复合材料层合板吸湿过程分为两个阶段，第一阶段是线性的，而第二阶段则表现出了明显的非线性，它遵从Fick第二定律；在相同的铺层比例下，材料的铺层数越少，吸湿速率越快；材料尺寸在一定范围内，相同厚度下45°方向的铺层比例越高，材料的吸湿速率越快；吸湿后碳纤维复合材料的玻璃化转变温度比干态下降了30℃；T700S/#2510的拉伸、压缩性能比G30-500/TC275强，而它们的剪切性能没有明显差别；碳纤维复合材料拉伸强度的模量不受温湿度影响；在高温环境下，织物的抗压强度下降了9.11%15.90%，单向带90°方向的抗压强度下降了19.1%；低温环境下，织物的压缩强度变化不明显，而单向带90°方向的压缩强度提高了10.3%；在温湿度的联合作用下，织物的压缩强度保持率只有75%左右，抗剪强度保持率只有67%；碳纤维复合材料的破坏为脆性破坏，在湿热环境下，材料塑性增加。

关键词： 复合材料   空心玻璃微珠   玻璃纤维   环氧树脂   力学性能   数值模拟  

摘要： 纤维增强空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料是一种新型的轻质多孔材料，研究空心玻璃微珠体积分数、壁厚比、玻璃纤维的体积分数对复合材料力学性能的影响，掌握其受载后的应力场分布是一项重要的基础研究工作。本文通过建立复合材料的代表体元模型，对空心玻璃微珠及玻璃纤维填充环氧树脂复合材料的力学性能进行了仿真分析，从微观层面上分析其应力场分布，结合实验结果对此类复合泡沫的力学性能进行全面研究。 建立了玻璃纤维两种均匀排列形式的复合材料仿真模型，分别研究了玻璃微珠不同体积分数、壁厚比、玻璃纤维不同体积分数情况下，复合材料代表体元的VonMises应力分布、弹性模量及泊松比，并从微观层面分析了复合材料的受力机理。基于混合法则拟合得出了空心玻璃微珠及玻璃纤维填充环氧树脂复合材料弹性模量的一般性预测表达式，并将两种排列形式的模拟结果与理论预测结果进行了对比分析。然后，进一步研究了玻璃微珠体积分数、壁厚比及玻璃纤维体积分数对复合材料弹塑性性能的影响，得出了复合材料的应力-应变曲线，分析了其受载后变形规律。 最后，制备了一种空心玻璃微珠质量分数、四种玻璃纤维质量分数的空心玻璃微珠及玻璃纤维填充环氧树脂复合材料，通过拉伸、压缩和弯曲实验研究了其弹性模量、屈服极限等力学性能，分析了影响此类复合材料力学性能的主要因素及原因。

关键词： 铝热反应熔化法   纳米晶/微米晶复合   20钢   45钢   等温处理   轧制   力学性能  

摘要： 针对纳米材料强度高,塑性差的问题,本文以20钢、45钢两种亚共析钢为研究对象,利用铝热反应熔化法成功制备了纳米晶与微米晶复合的亚共析碳钢材料,分别通过600℃和800℃不同时间的等温处理研究了该种材料的热稳定性以及其最佳等温处理参数,然后根据等温处理的结果,在600℃进行了不同变形量的轧制,充分证明了铝热法制备的纳米晶/微米晶复合碳钢材料在600℃的成形性,并且通过轧制变形以后,其综合力学性能明显提高。 利用铝热反应熔化法成功制备了大尺寸的纳米晶/微米晶复合的20、45两种常用的碳钢材料,其显微结构主要由晶粒尺寸纳米级的铁素体和片层间距微米级的珠光体团复合组成。 铸态组织的纳米晶/微米晶复合20、45钢具有较佳的综合力学性能,并且在600℃短时等温处理以后,在其强度基本保持不变的情况下延伸率明显提高,并且在600℃分别等温处理6h和4h为最佳,长时间等温处理后其力学性能下降；但是对其800℃等温处理以后,其综合力学性能下降明显。 铸态纳米晶/微米晶复合20、45钢在600℃不同时间等温处理后,其纳米晶的铁素体晶粒长大,并且珠光体片层间距短时间等温处理后不变,长时间等温处理后增大；在800℃不同时间等温处理后片层状珠光体明显球化,体积分数减小,随等温处理时间的延长,球化愈严重。 根据前面对铸态纳米晶/微米晶复合20、45钢600℃和800℃不同时间的等温处理的研究结果,在600℃分别进行了变形量为20%,40%和60%的轧制。轧制以后其硬度和抗拉强度较铸态下都显著提高,20钢延伸率较铸态下降明显,45钢略有下降；不同变形量轧制后的延伸率变化不大。 铸态纳米晶/微米晶复合20、45钢在6000℃变形量为20%,40%和60%的轧制后,其显微组织中片层状的珠光体被沿轧制方向压扁碎化,并且随变形程度的增加碎化程度愈严重,在变形量60%轧制后片层状珠光体基本消失,其微观组织可以观察到颗粒状的珠光体镶嵌在铁素体基体上,并且轧制后其铁素体晶粒尺寸基本与铸态一致。

关键词： 团队合作   材料力学   创新能力  

摘要： 培养学生的创新能力是当前大学生素质教学的重要内容之一。应用团队学习模式,通过力学建模与分析报告、创新实践项目、大学生力学竞赛等多种形式,锻炼了学生的力学知识综合应用能力和创新能力,增强了学生的创新素质。