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关键词： 相似材料   力学特性   加载梯度   “固—气”耦合   渗透特性  

摘要： 物理相似模拟是研究煤与瓦斯安全共采关键科学问题的一种重要手段,相似材料是物理模拟的关键。相似准则是物理模拟的理论依据,是研发相似材料确定实验条件的基本前提。系统总结近年来研究成果和最新进展的基础上,指出“固-气”耦合相似材料的研制在物理相似模拟实验中的应用是今后的研究重点,也为开展采动影响下卸压瓦斯运移物理相似模拟实验提供基础。结合相似理论、覆岩采动变形场控制方程、瓦斯渗流场控制方程建立了三轴条件下“固-气”耦合模型。选取以砂子作为相似材料的骨料,水泥作为相似材料的胶结剂,石膏、淀粉作为相似材料的阻气胶结剂。利用自行研制常规三轴“固-气”耦合相似材料力学与渗透特性实验系统,分析了相似材料轴向应力-应变变化规律以及轴向应力峰值与轴向应力加载梯度变化规律。研究相似材料试件轴向应变-渗透率、不同进气压力条件下渗透率变化规律,以及不同配比对相似材料试件渗透率的影响规律。通过自行研制常规三轴“固-气”耦合相似材料特性实验台,进行相似材料试件特性实验,能够很好地反映相似材料“固-气”耦合渗透力学与渗透特性。为实验室开展三维“固-气”耦合物理相似模拟实验提供一定的依据。

关键词： 羧基丁腈基材料   复合滑石粉填料   阻尼性能   力学性能  

摘要： 粘弹性阻尼材料是当前生产生活中阻尼结构件的主要组成部分，此类材料的应用使得阻尼形式多样化、应用领域更加广泛、减振降噪效果更显著。近年来对于橡胶基阻尼材料的研究比较深入。橡胶基阻尼材料具有制备工艺简单、成品可实现多种特殊功能的特点。其中，填料是影响橡胶基阻尼材料性能的主要因素之一。目前，应用较为广泛的是炭黑、石墨烯等碳材料，而对于价格低廉、耐冲击性能好、光泽度高的滑石粉研究较少，而这些填料面临在有机物基体中难分散的共性问题。针对制约滑石粉(Talc)在广泛应用中难加工和难分散的问题，本论文利用材料表面改性技术，选择不同结构和性能的改性剂对滑石粉进行了表面有机修饰，不仅实现了复合滑石粉填料在橡胶基阻尼材料中的良好分散性和各项力学性能的强化，而且探索了改性剂结构与性能对填料的修饰效果及修饰机理，对实际的工程应用有重要参考价值和指导意义。　　本论文采用沉降稳定性试验、水接触角(CA)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶转换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对改性的滑石粉填料进行微观形貌、化学成分及修饰机理的研究;同时，采用SEM进行形貌分析，万能拉伸试验机、动态力学性能分析仪(DMA)和冲击磨损试验机对改性滑石粉填充的羧基丁腈橡胶(XNBR)及其与聚氨酯(PU)共混物阻尼材料进行各项力学性能分析，探究改性复合滑石粉填料的填充性能。获得的主要结论如下：　　（一）改性剂类型对于滑石粉分散性的影响及机理　　针对钛酸酯偶联剂NDZ201、硅烷偶联剂KH550和水溶性大分子PAAS改性钛白粉(TiO2)后球磨包覆滑石粉形成的Talc@TiO2复合填料，借助CA、SEM、FTIR和XPS等表征手段对其分散性能和分散机理进行研究，结果表明：使用NDZ201改性的TiO2及Talc@TiO2填料表面实现了有机化而增强了疏水性，从而能够在有机溶剂中得到稳定的分散性;而PAAS改性组填料虽然没有完全实现表面有机化，但是本身吸附的改性剂具有电负性，在溶液中可以实现电荷排斥作用，达到填料的稳定分散;KH550改性的填料分散稳定性不足，与KH550水解、缩合作用有关。　　（二）Talc@TiO2的填充量和改性剂种类对于XNBR基材料的性能影响　　表面改性填料的填充量和改性剂种类是影响其填充基体性能的主要因素之一。本论文研究了三种改性剂作用的Talc@TiO2填料对于XNBR和XNBR/PU的频率响应特性、热动态机械性能、拉伸性能、抗冲击性能和耐老化性能的功效，结果表明：在一定范围内随着填充量的增大，材料XNBR的储能模量随之增大，损耗因子和玻璃化转变温度则有所降低，抗冲击性能增强，受热后除了高填充量之外的基体几乎没有阻尼性能，而耐油性能非常好;而对于橡塑共混体系XNBR/PU，填料的加入有助于增强基体的力学性能，但是当填充量达到15 wt%时，压制成型过程中填料受压弹出基体，会出现孔洞，降低拉伸性能。因此，对于XNBR基阻尼材料，改性填料Talc@TiO2应以10 wt%~15 wt%为宜。相比之下，PAAS改性组的Talc@TiO2各项力学性能都较好，KH550其次，NDZ201只比未使用改性剂的纯Talc@TiO2对照组略好。而耐油耐热性能则是KH550和PAAS较好。改性的填料由于分散性的提高而使其填充XNBR基材料的有效体积增大，使用相对较少的量即可达到理想阻尼性能。

关键词： 材料力学   应用型人才   教学改革  

摘要： 材料力学是土木、水利、机械等专业的一门重要的专业基础课。为了与二本院校的人才培养计划的要求相适应,有必要对该门课程的教学内容、教学模式、实验教学、考核体系、课外教学进行改革,以提高学生的创新能力,增强学生工程应用意识。该文介绍了材料力学课程教学的新要求,对教学改革进行了探讨,为工程应用型人才培养模式下的二本院校教学改革提供参考。

关键词： 售票员   力学专业   张伯英   文理分科   巧克力   材料力学  

摘要： 我是72届初中、74届高中毕业生。高中毕业后,我们高22班20名同学满怀"与贫下中农一起过春节"的热情,于1975年3月,先于同届毕业生去插队。在劳动了大约一年半,城里大批招工。我与大多数知青都回城了。我们那批回城的知青主要分配在服务行业。我被分配到北京电车二场113路车队当售票员。是跟早、晚高峰时增加的小车。跑小车

关键词： 多功能   材料学   力学   实验室改造  

摘要： 顺应改善材料力学的实验室的急切性和重要性,对我们高中实验室进行改造应当从多功能实验器械、光弹仪器、电力测量仪器、实验项目设计拓展、增多模拟实验、实验成果呈现板等方面着手,并针对这些方面给出详细的方法和倡议。鉴于现在计算机在学校课堂中的广泛应用,对于多功能的材料力学,其实验系统也完全可以依靠计算机研究和制作出设计平台,通过平台进行实验系统的教学、处理实验所得出的数据值、管理实验教学成果成绩等。

关键词： 复合材料   泡沫夹层   结构设计   渐近损伤   试验研究  

摘要： 如今航空航天领域中复合材料已经得到了非常广泛的使用。复合材料夹层结构作为一种特殊的复合材料结构,在满足结构的强度、刚度要求的同时,也能满足结构重量轻的经济性要求,因此被广泛应用于许多部件。本文针对泡沫夹层材料层间性能较弱的缺点,使用预先在泡沫上穿孔的方法,在泡沫夹层结构的芯材之中形成树脂胶钉,从而提高泡沫夹层材料的力学性能。(1)参照国标在实验室制备多种穿孔泡沫夹层结构的试验件,进行平拉、平压、剪切、侧压以及弯曲试验,获得穿孔泡沫夹层复合材料的基本力学性能。试验证明了泡沫穿孔形成树脂胶钉的方法能有效提高泡沫夹层结构的基本力学性能,并分析了胶钉密度、芯材厚度对各基础力学性能的影响。(2)采用有限元方法对穿孔泡沫夹层结构的基本力学性能进行分析,使用有限元软件ABAQUS建立穿孔泡沫夹层结构平拉、平压、侧压、剪切、弯曲的有限元模型,通过Fortran编写了UMAT子程序,对模型进行了渐近损伤分析,计算穿孔泡沫夹层结构在不同胶钉密度、不同芯材厚度下的材料性能,并与试验结果进行了对比分析。(3)应用穿孔泡沫夹层结构,设计了一种新型穿孔泡沫夹层复合材料发射箱盖。使用有限元方法和模拟试验的方法,对穿孔泡沫夹层结构发射箱盖与普通泡沫夹层结构发射箱盖的性能差别进行了对比分析。验证了穿孔泡沫夹层结构发射箱盖设计的合理性,并分析了穿孔泡沫夹层结构应用于发射箱盖的优点与前景。

关键词： 材料力学   实验教学   soildworks  

摘要： 针对目前材料力学课程学时限制无法匹配实验课程的现状,根据数值模拟的优势,提出将数值模拟引入实验教学,帮助学生掌握新的技能,以期提高实验教学质量。

关键词： 硒酸铋   力学性质   电子结构   第一性原理  

摘要： 伴随着石墨烯的发现,一个新的材料领域一二维纳米材料引起了人们的广泛关注。石墨烯由于其极高的电导率、热传导性和高机械强度而引起了科学家们极大地研究兴趣。尽管如此,本征石墨烯不存在带隙,这严重限制了该材料在电子及光电子器件方面的应用,这促使人们去寻找新型的二维材料来代替石墨烯。最近,一种新型二维三元硒酸化合物硒酸铋（Bi2O2Se）在实验室被科学家成功合成,它的显著特点是具有高的载流子迁移率和良好的空气稳定性,因此它在未来可应用于基础研究和高速-低功耗电子器件。而文献中关于此种材料的研究主要集中于热电性质、输运特点和本征点缺陷,但对其重要的力学性质的研究几乎没有。鉴于此,论文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算系统的研究了硒酸铋材料的力学性质和电子结构。首先,我们采用微扰应力应变方法计算了二维Bi2O2Se材料的弹性常数C11、C22、C12和C66。计算结果表明单层Bi2O2Se材料满足力学稳定性条件。基于以上得到的独立弹性常数值,进一步深入研究了其力学性质,主要是指弹性模量（杨氏模量、泊松比、剪切模量）。计算结果显示发现这种二维材料的杨氏模量和泊松比呈明显各向异性,其最大值分别为73.24 GPa·nm和0.32。此外,我们还发现该二维材料的剪切模量达到了 42.97 GPa·nm,其值大约是石墨烯材料的2倍,更远远超出锗烯,硅烯,黑磷等其他常见二维材料。接下来,为了研究量子尺寸效应对Bi2O2Se材料力学性质的影响,我们同样用微扰应力应变法计算了正方晶系Bi2O2Se体相材料的弹性常数。并采用Voigt,Reuss和Hill方法进一步深入研究了该材料的弹性模量,包括体积模量,剪切模量,杨氏模量,泊松比。计算结果发现弹性模量均小于100 GPa·nm,这说明Bi2O2Se体相材料可能属于一种柔性材料,但是单从弹性模量数值方面确定Bi2O2Se属于软性材料,可能还不够,我们又从本征硬度,德拜温度两个方面进行了讨论和分析,发现其本征硬度的结果均小于8 GPa,而德拜温度的计算数值都在20 K以内,基于以上结果进一步肯定了 Bi2O2Se体相材料质地柔软,其延展性较好,然后力学各向异性显示剪切模量的各向异性程度大于体积模量。最后,我们研究了单层二维硒酸铋材料的电子结构性质,众所周知传统的密度泛函理论无法精确预测材料的带隙值,例如采用广义梯度近似理论得到的二维Bi2O2Se材料的带隙结果只有0.12 eV,而杂化密度泛函方法得到的数值为0.51 eV,显然这些结果都远远小于二维硒酸铋材料的实验带隙数值1.90 eV,其主要原因在于传统的密度泛函理论不能很好的描述包含重金属元素如铋元素的材料体系,采用更加精确的GW准粒子近似方法得到其带隙值约为1.99 eV,这与实验值符合较好。施加应变是调制二维材料电子结构的一种常用手段,因此本论文还研究了二维Bi2O2Se的带隙值在不同方向上随应变的变化关系,结果发现双轴应变在调节带隙宽度时更有效,遗憾的是并没有应变导致直接带隙和间接带隙之间的转变,其是由Bi2O2Se材料中层与层之间特殊的静电作用导致的。此外,我们还发现当Bi2O2Se材料从单层变为体相,其带隙数值由1.99 eV减小到0.99 eV,这说明量子尺寸效应对其电子结构有显著影响。

关键词： 2.5D角联锁   减纱单元体   细观结构   变形行为   力学性能  

摘要： 2.5D角联锁复合材料具有优良的力学性能,将有望被广泛应用于航空、航天、船舶、建筑等领域。对传统织造工艺加以改进并结合相关成型方法,可以实现近净形制备形状复杂、不同尺寸的异形构件,具有较强的可设计与仿形能力。采用逐渐减少经纱方法制备的变截面2.5D角联锁复合材料构件具有良好的结构完整性与整体性能。课题基于减纱需求和2.5D角联锁织物的减纱原理,引入减纱单元的几何结构概念,对不同减纱方法引起织物细观结构的变化进行分析,发现逐单元减纱结合同层移纱可以保证纱线交织结构的完整性和均匀性,进而,采用该方法制备了符合梯度变化的2.5D角联锁预制件及其复合材料。根据所采用的减纱方法,基于纤维束椭圆形截面假设建立了一种具有减纱结构2.5D角联锁细观结构几何模型,进而研究了由于减纱引起的经纱沿纬向的偏移问题,并在此基础上确定变截面2.5D角联锁复合材料交织结构变化区域的细观结构特征和单元体模型。最后,采用刚度平均化法分别对减纱和非减纱单元体的弹性常数进行了预测。在采用像框法评价2.5D角联锁织物面内剪切性能时,为减小边框装置给实验带来的误差,对现有像框装置进行了改进,评估了减纱结构对织物面内剪切性能的影响。结果表明,2.5D角联锁织物剪切实验达到锁紧状态的剪切角(锁紧角)大约为50°,具有减纱结构2.5D织物锁紧角减小了 10%,都呈现较弱的抗剪切行为;织物剪切未达到锁紧状态前,剪切模量很小,在0.05～0.1 MPa范围内浮动,剪切应变大于0.5后,纱线之间的空隙逐步消失,纱线产生挤压状况,织物呈现刚性材料性能特点。课题对具有减纱结构2.5D角联锁复合材料进行了经向拉伸和弯曲性能测试,减纱复合材料的破坏主要发生在变截面区域,破坏模式表现为包括了纤维断裂、基体开裂和纤维抽拔等复合型破坏模式。之后从强度、模量和拉伸断裂应变对减纱和未减纱角联锁复合材料进行了定量的对比分析,结果表明减纱结构试样拉伸强度、纵向应变分别减少9.0%、8.0%,初始模量、弯曲强度、弯曲模量分别增加6.0%、5.0%、0.2%。因此,本课题提出逐单元减纱方法,对2.5D角联锁复合材料基本力学性能影响已经最小化。