材料力学-文献订阅-三峡大学图书馆

魏鹏

深圳大学

摘要： 目前水泥水化研究者们提出了很多水泥水化单粒模型和水泥水化模型来揭示水泥水化机理,但均没有基于分子动力学理论的支撑。水泥水化主要产物是水化硅酸钙,其力学性能及发展机理仍没有统一的结论。在众多从分子动力学角度进行水化硅酸钙力学性能的研究中,不同学者选用的模拟系综和控压方法不尽相同,系综和控压方法对水化硅酸钙力学性能的影响也尚不明确。高温下混凝土的力学性能严重下降,在众多影响因素中,温度对水化硅酸钙力学性能的影响不容忽视。加之,由于水化硅酸钙中Tobermorite9?、Tobermorite 11?、Tobermorite 14?和Jennite四种晶体所占的比例并不确定,导致C-S-H复合材料的力学性能不能直接通过这四种晶体的力学性能推出,这就需要对考虑孔隙率的情况下将这四种晶体按照不同的比例进行分组来分析C-S-H复合材料的力学性能。因此,有必要对常温下C-S-H复合材料力学性能展开研究,同时,不同温度下不同系综对C-S-H复合材料力学性能影响的也迫切需要研究。为建立水泥水化模型提供一定的参考价值和理论依据。本文对不同温度下C-S-H复合材料的力学性能进行分子动力学模拟研究,同时考虑C-S-H凝胶中不同晶体所占比例、孔隙率和温度对C-S-H复合材料力学性能的影响,以Tobermorite 9?、Tobermorite 11?、Tobermorite 14?和Jennite晶体为基础,采用Materials Studio软件建立结构模型,进行结构优化,在常温下分子动力学弛豫,求解力学参数。按照23组4种晶体在水化硅酸钙中不同比例来分析这4种晶体所占比例对水化硅酸钙凝胶复合材料力学性能的影响,并利用SC方法、MT方法和Voigt上限值法等细观力学方法研究了C-S-H复合材料在不同比例组分的情况下力学参数。考虑到孔隙率的作用,分别对高浓度和低浓度的C-S-H微多孔介质的力学性能进行研究,使之与C-S-H的真实情况更加接近,并将计算结果与纳米压痕试验结果进行对比后发现,在一定范围内,C-S-H复合材料的力学性能随着其孔隙率和成分的变化而波动。同时,还发现各项力学性能的变化趋势与是否考虑孔隙率的影响无关;C-S-H复合材料的不同力学参数随着晶体成分比例和孔隙率的变化规律不同。以前面的初始结构模型为基础,对晶体结构的3a×3b×3c超胞模型进行结构优化,选用NVT和NPT系综分别在25℃、80℃以及200℃1500℃每隔100℃设置一个温度点进行动力学弛豫,求解晶体力学参数,分析分子间相互作用、晶体晶胞参数的变化和在不同温度下四种晶体的力学性能。采用SC方法、MT方法和Voigt上限值法,分析五个代表性温度下四种晶体成分比例和孔隙率对C-S-H复合材料力学性能的影响,得到了三种分析方法结果间的关系和C-S-H复合材料力学性能随温度的变化趋势。通过分析两个系综结果间的差异后发现,C-S-H复合材料的体积模量、剪切模量和杨氏模量等参数随着温度的升高而变小,而泊松比随着温度的升高却略微增大。在NPT和NVT两种系综下,同种晶体的力学参数随温度变化趋势基本一致,但是数值相差较大,系综对C-S-H复合材料力学性能的影响较大。考虑孔隙率的影响时,SC方法和MT方法所得到的结果与Voigt上限值法的结果间存在一定的比例关系。

相对法及特殊条件下陶瓷材料力学性能评价

包亦望聂光临万德田

中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室

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软材料力学特性测试系统设计

陶加全

华中科技大学

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关键词： 音圈电机软物质软着陆拉伸压缩加卸载疲劳

摘要： 软材料对微小作用能产生很大变形,且其变形响应具有非线性的特点。软材料应用于各个领域,涉及学科非常广泛,对软材料力学性能的研究有至关重要的意义。本文提出一种软材料力学性能测试方法,进行相关的设备研制与实验验证。首先,本文对软材料特性进行概述,提出软材料力学性能测试的重要意义。同时分析现有力学实验平台的基本现状及发展趋势,对本文提出的软材料力学性能测试方法的优势进行阐述。其次,从系统总体工作原理、控制方法与实现两个方面进行阐述。分析音圈电机的工作原理,对音圈电机控制策略进行阐述,根据电机的垂直安装方式选择相应的相位校正方法;对PID+速度/加速度前馈位置环控制以及PI电流环控制方法进行分析,总结各项控制参数对电机运动的影响;对电机运动控制器和电机控制指令格式详细阐述,并针对控制指令格式和实验平台所需功能设计相应的指令程序。再次,从硬件和软件两个方面对柔性材料力学性能测试设备进行研制。硬件方面针对所选硬件搭建相应的实验平台,提出拉伸夹具对中方法以及电机垂直安装调试方法。软件方面设计相应的标定程序,并进行系统标定;针对系统力值误差产生原因提出补偿方法,设计程序并实验分析对比校正前后上位机读取力值差异;阐述系统软着陆功能,设计相应的程序实现软着陆接触力大小的调整;设计系统初始化程序、电机上电-断电程序、位置调整程序、拉伸/压缩实验程序、疲劳实验程序。最后,基于自主研发的多功能实验平台进行相关的拉伸-压缩-加卸载实验。针对大功率LED灌封硅胶进行实验,实验内容包括拉伸/压缩/加卸载实验样品制作,实验设计与验证,研究不同荧光粉含量、老化时间和应变率对硅胶力学性能的影响,结果表明实验数据良好,验证了测试系统的可行性。

含随机分布碳纳米管树脂基2D编织复合材料力学性能多尺度研究

徐澧明

电子科技大学

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关键词： 波形碳纳米管随机分布 2D编织有限元分析弹性性能

摘要： 2D编织复合材料因其良好的结构整体性、可设计性和抗冲击等性能,成为现代飞行器结构设计的重要选材之一。然而,研究表明:基体性能很大程度控制着2D纺织复合材料的关键力学性能。为提升和改善2D纺织复合材料力学性能,围绕树脂基体材料的改性和增韧研究,已成为提高2D编织复合材料综合力学性能的重要举措之一。目前,碳纳米管因其优异的力学特性,备受复合材料学术界和工业界高度关注,其可作为一种重要的增强体用于改性树脂基体性能。因此,研究含随机分布碳纳米管树脂基2D编织复合材料的力学性能及增韧机制,具有重要的学术价值和工程意义。本文基于均匀化等效思想和多尺度建模方法,研究了含随机分布碳纳米管树脂基2D编织复合材料弹性性能及影响因素。首先,在纳米尺度上,基于碳纳米管的实体纤维等效模型和改进的随机顺序吸附算法,建立了含随机分布波形碳纳米管增强树脂基复合材料的几何模型,基于连续介质力学方法,发展了基于特征胞元的含碳纳米管树脂基参数化有限元模型,并结合实验数据验证了所建模型的有效性。其次,基于2D编织复合材料编织工艺,建立了2D二轴1?1编织复合材料的实体单胞参数化模型,采用均匀化等效思想,嵌入含随机分布碳纳米管树脂基体材料等效本构,结合周期性边界条件,建立了基于细观胞元的2D编织复合材料弹性性能有限元分析模型,详尽分析了含碳纳米管改性树脂对2D编织复合材料弹性性能的影响,经与实验数据对比,证明了模型的合理有效性。研究发现:当树脂基体中碳米管直径为30纳米、体积分数为0.5%时,2D二轴1?1编织复合材料横向弹性性能提高了约10%16%,其轴向弹性模量的增强效果与材料的编织角高度相关。最后,系统讨论了编织角和纤维体积含量对含碳纳米管2D二轴1?1编织复合材料的弹性性能的影响规律。

玻璃纤维经编织物屈曲分析及其复合材料力学性能分析

卫茹

暨南大学

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关键词： 玻璃纤维经编织物复合材料拉伸性能屈曲抗冲击性能

摘要： 以多轴向织物为基布的复合材料具有薄壁化、质量轻、耐冲击性强、形态稳定性好、灵活的设计性等优点,已广泛应用于航空航天、风力发电叶片、交通运输等领域。而纤维织物的物理力学性能,除了与纤维本身特性有关外,还与纤维编织工艺密切相关。编织工艺在很大程度上决定了后续玻璃纤维增强复合材料及产品的物理力学性能。本文以玻璃纤维经编多轴向织物为研究对象,主要研究了玻璃纤维经编多轴向织物的制作工艺、拉伸性能以及屈曲行为,并对玻璃纤维织物增强树脂基复合材料的拉伸性能做了试验分析,利用ANSYS Workbench对其抗冲击性能进行了有限元模拟。主要研究内容及结果如下:(1)基于多尺度理论,对玻璃纤维经编织物的等效弹性常数进行了理论推导,得到弹性常数的表达式。(2)对组成玻璃纤维织物的两种规格玻璃纤维束以及玻璃纤维经编织物进行了拉伸试验,测得纤维束的本构关系和织物的弹性常数。最后试验结果与理论计算结果进行了对比分析,两者结果吻合较好。(3)根据复合材料制作工艺将玻璃纤维经编多轴向织物和玻璃纤维方格织物分别制作成复合材料,对这两种复合材料的拉伸性能进行了试验对比分析。结果显示玻璃纤维经编多轴向织物增强复合材料的拉伸力学性能会比方格织物增强复合材料的高10%左右。(4)利用有限元软件对玻璃纤维经编多轴向织物进行了屈曲模拟,分析了玻璃纤维织物在生产过程中出现荷叶边的原因,利用分析结果为织物的生产进行技术指导。通过分析得到纤维布的变形是纤维织物在生产过程中由于针床上的针梳对纤维束有拉力的作用,而此拉力超过了每个方向的屈曲临界荷载,使得纤维布发生了屈曲变形,这个屈曲变形是三个方向上的变形叠加的结果。(5)利用ANSYS Workbench对玻璃纤维经编织物增强树脂基复合材料板的抗冲击性能进行了有限元分析,研究了复合材料板在不同冲击速度作用下,位移随时间的变化和应力随时间的变化,并对损伤区域进行了分析。对比了不同铺层数量和铺层顺序的层合板的抗冲击性能,为复合材料的应用提供安全根据。

蚌埠学院机械与车辆工程学院材料力学与工程材料实验室

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