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关键词： 材料力学   全英文教学   石油工程  

摘要： 石油工程专业材料力学全英文课程教学需要不断探索与实践。根据中国石油大学(北京)本科生材料力学课程全英文授课情况,科研从教学思路、教学方法和教学评估等方面进行有益的探索,同时分析实践过程中存在的问题并找到可行的解决方案。实践表明,全英文教学能激发学生学习英语和专业知识的兴趣,提高英语交流表达能力,培养国际化思维,为培养精通海外业务的石油石化人才做出贡献。

关键词： 材料力学   教学方法   教学案例  

摘要： 本文以《材料力学》课程为例分析上好一堂课的几个方法 ,根据上课实例介绍启发式教学方法、问题式教学方法、顺藤摸瓜式教学方法、归纳总结式教学方法的具体应用,在《材料力学》课程教学及其他理工科课程教学方面均有应用价值。

关键词： 复合材料   高温试验   强度   模量   力学模型  

摘要： 采用试验的方法研究了T300/QY8911-Ⅳ复合材料不同温度环境(室温、160,200,260℃)下的纵向拉伸、横向拉伸及面内切变力学性能,探讨了材料的模量、强度随温度变化的规律并提出了相应的力学模型.试验结果表明:在室温至200℃复合材料纵向拉伸模量、强度受温度影响较小,拉伸模量最大变幅为2.82%,强度为1.41%;当温度升高到260℃时,由于树脂基体变质,材料纵向拉伸模量与强度均下降,模量下降5.85%,强度下降7.01%(均相对200℃);横向拉伸和面内切变模量、强度受温度的影响较大,在160℃范围内,材料的平均模量分别下降了49.21%和70.34%,强度下降了38.49%和44.85%.当温度升至200℃时,材料的横向拉伸及面内切变模量与强度进一步下降,模量降幅为25.13%和38.30%,强度降幅为0.41%和15.95%.拟合结果表明:3个力学模型均适用于不同温度、载荷类型下的数据分布规律,但模型Ⅱ与模型Ⅲ对数据的拟合更准确.

关键词： 微孔材料   泡沫金属   能量吸收   材料力学  

摘要： 本研究对ALPORAS商用泡沫铝材料进行了准静态和低速下的动态压缩和坑压试验。设计了一种带预制裂纹的坑压试验件，提出了一种得到泡沫铝撕裂能更为方便的方法。在此基础上，得出准静态闭孔泡沫相对密度与其撕裂能的关系，并对该关系进行了理论分析。同时，利用粘弹性Hopkinson杆系统设计了低速下（10m/s-30m/s）泡沫铝的坑压和压缩试验，并对试验信号进行了修正。试验结果表明该闭孔泡沫铝在低速下具有较为明显的应变率效应，当加载速度达到10m/s时，其单位体积能量吸收率有明显的提升。该结果表明低速下（10m/s-30m/s）该泡沫材料应变率强化现象与准静态范围内具有不同的强化机理。泡沫铝的撕裂能随加载速度变化不大。建立了闭孔泡沫微观Voronoi模型进行分析。研究了模型规则程度对泡沫结构力学性能的影响。研究发现，Voronoi闭孔泡沫规则程度对泡沫结构弹性模量影响不大，而对其塑性性能有较大影响。泡沫平台应力随规则程度的降低而显著下降。分别利用弹簧并联和弹簧串联模型对该现象进行了解释。在此基础上，利用Voronoi模型对前文试验进行了准静态和动态模拟，发现结构的惯性效应并不是造成该泡沫材料低速下应变率强化的原因，相反，塑性波的影响和基体材料本身应变率效应的相互作用可能是造成这种现象的原因。利用该模型研究了相对密度，基体材料失效应变等因素对泡沫铝撕裂能的影响。将泡沫材料应用于工程结构中。首先针对一种民机挡板结构进行了抗鸟撞改进设计，在结构适当位置加入泡沫铝材料。试验结果表明加入的泡沫铝对结构起到了支撑作用，改进后的结构达到了抗鸟撞要求。提出了一种新型的抗鸟撞前缘结构，该结构利用前缘内部的加强件分割鸟体，并利用上下两侧的泡沫铝材料吸收鸟体的剩余动能。计算结果表明该结构具有较好的抗鸟撞特性，泡沫铝材料在鸟撞过程中吸收了大部分鸟撞能量，起到了较为关键的作用。

关键词： 材料检测   超声波信号   力学性能   声学性能  

摘要： 随着新材料学科的发展，新材料得到了越来越多的关注，对新材料的需求也越来越迫切。鉴于对新材料的不断探索，使许多拥有优秀性能的新材料已被广泛应用于汽车零部件制造、航空装备、智能制造装备等高端装备制造领域。然而越是高端的设备，对其零部件的强度、硬度、弹性模量等力学性能要求越高，因此探究和定量表征材料的力学性能就显得尤为重要，对材料进行力学性能无损检测也具有重大意义。\n 基于超声显微镜的材料无损检测技术是利用超声显微镜测量系统激发的超声波信号对材料的声学性能、力学性能、以及缺陷特征进行表征与检测，并可通过改变试件表面声波的传播方向，对各向异性材料不同方向的声学和力学特性进行测试。\n 基于此，本课题利用超声显微镜对材料V(z）曲线进行了实验研究，通过材料的V(z）曲线反映出材料的声学性能进而表征材料的力学性能，主要研究内容如下:\n (1)通过对材料V(z）曲线形成机理的研究，特别通过对各向同性与各向异性材料的反射系数展开的细致研究，建立了各向同性材料与各向异性材料不同方向的V(z）曲线的理论模型，为利用V(z）曲线与材料声学性能的本构关系表征材料的力学性能奠定了理论基础。\n (2)鉴于许多大型在役设备无法水浸以及有些材料不能浸水的问题，研制了一种新型胶体耦合介质，并通过大量实验测量证明了其可行性和适用性，为基于超声显微镜技术的非水浸散焦测量提供了新的手段，具有重要的工程应用价值。\n (3)针对V(z）曲线实验测量的需要，搭建了超声单频激励散焦测量实验平台。通过对各向同性与各向异性材料V(z）曲线的实验测量，证明了理论推导的正确性。实验结果也表明此方法可以用来测量各向同性材料与各向异性材料的声学性能。\n (4)通过理论推导，建立了各向同性材料力学性能的声学参量表征方程，并根据V(z）实验曲线与理论曲线的拟合，采用相位相关分析法，实现了对各向同性材料力学性能的表征，为材料力学性能表征提供了一种新的测量方法。

关键词： 涂层材料   材料力学   反演测量   纳米压痕  

摘要： 随着精密加上技术和材料制备技术的不断发展，各种涂层材料的需求急剧增加．这些材料的力学性能直接影响着它们的使用性能与服役寿命，但是传统的拉伸/压缩实验无法测量微/纳尺度下涂层材料的力学性能。纳米压痕技术作为一种新的微/纳尺度下材料特性的测量方法，其研究具有重要的理论意义和实践价值。\n 本文分析了纳米压痕技术的原理、压痕参数与材料性能之间的关系、材料力学性能的反演测量方法以及影响测量精度的因素，为本文的研究提供了理论基础。建立了涂层材料的纳米压痕有限元分析模型，通过仿真获得了材料的载荷-位移曲线，根据反演算法，得到了硬质合金材料的应力-应变关系，并对压入深度以及摩擦系数对纳米压痕力学测量结果的影响进行了研究和分析。对基于纳米压痕技术的材料参数的反演优化方法进行了研究，采用零阶和一阶优化法以及随机搜索法反演出被测材料的屈服应力和剪切模量，分析研究了不同算法的反演精度。并对材料的多个参数进行了反演识别。完成了涂层材料的纳米压痕实验。对硬质合金刀具表面TiAlN涂层进行了纳米压痕实验，分析了压入深度、压头钝化以及压痕形貌对实验测量结果的影响，并利用零阶优化法对实验的涂层材料的力学参数进行了反演测量。

关键词： 生土   胶凝材料   粘结材料   改性   力学性能  

摘要： 研究了水泥-矿渣-硫酸钠复合改性生土基粘结材料时,硫酸钠对生土基粘结材料力学性能的影响,并对配合比参数进行了优化。结果表明：硫酸钠在水泥-矿渣-硫酸钠复合改性生土基粘结材料中的增强作用要优于在水泥-硫酸钠复合改性生土基粘结材料中的增强作用;考察强度增长率时,最优配合比为水泥掺量=0.050-0.075,水泥/矿渣=1.0-3.0,硫酸钠/（水泥＋矿渣）=0.12-0.25;考察抗压强度时,最优配合比为水泥掺量=0.075,水泥/矿渣=1.0-1.5,硫酸钠/（水泥＋矿渣）=0.12-0.20。

关键词： Tensile strength  

摘要： The paper presents the obtaining, characterization and testing of hybrid composites based on montmorillonite layered silicates filled DGEBA (diglycidyl ether of bisphenol A) epoxy resin based matrix and carbon fiber fabric. The nanocomposite matrix was processed via ultrasonication, and the final nanofilled matrix/carbon fabric laminates were obtained by direct contact and room temperature pressing. The nanocomposite laminates were tested under tensile and 3-point bending, exhibiting overall superior mechanical performance compared to the sample without nanofiller. The results showed that 2% montmorillonite content ensures the highest strength and modulus of carbon fabric based composites.

关键词： 电子材料   电磁介质   材料力学   边界元法  

摘要： 本文主要研究压电、电磁材料的非线性断裂问题和压电半导体的线弹性断裂问题。利用广义不连续位移边界积分方程-边界元方法（EDDM-BEM），研究压电介质全空间和半空间内椭圆裂纹的极化饱和模型；根据连续位错方法，导出对偶积分方程，研究电磁材料的极化饱和模型；建立压电半导体边界积分方程，利用边界元方法分析压电半导体的椭圆孔洞问题及裂纹问题；应用积分法，给出压电介质三角形单元广义载荷基本解。\n 本研究主要内容包括：⑴对于全空间压电介质，将广义点不连续位移基本解在三角形区域内积分，得到三角形单元广义不连续位移基本解。建立椭圆裂纹的极化饱和（PS）模型，用三角形单元剖分椭圆裂纹及电屈服区。根据叠加法，引入裂纹面及电屈服区的力、电边界条件，建立求解裂纹面及电屈服区内的广义不连续位移的边界元格式。提出迭代法，确定裂纹前沿的电屈服区大小和裂纹前沿附近的广义不连续位移，求得裂纹前沿的应力强度因子及电位移强度因子。⑵对于半空间压电介质，将广义点力基本解代入Somigalina恒等式，给出广义点不连续位移基本解，利用积分法，继而得到三角形单元广义不连续位移基本解。应用数值迭代方法，确定半空间非线性椭圆裂纹前沿的电屈服区及广义应力强度因子。研究半空间压电介质的自由边界及非线性椭圆裂纹的椭圆率对电屈服区和应力强度因子的影响。⑶对于二维电磁介质，基于广义位错理论和Stroh公式，研究电磁半可穿透裂纹电磁极化饱和（EMPS）模型。根据裂纹面和电磁屈服区的力、电、磁边界条件，给出两组对偶积分方程；求解对偶积分方程，给出广义位错表达式，积分广义位错密度，得到广义不连续位移表达式；根据广义不连续位移与裂纹腔内电位移、磁感应强度的关系，求出裂纹腔内电位移和磁感应强度的半解析表达式。应用迭代法，求得裂纹腔内电位移和磁感应强度的精确值，进而求得电、磁屈服区的大小和广义应力强度因子。⑷对于二维压电半导体，根据压电半导体的本构关系和控制方程，将压电半导体的断裂问题分解成两个问题的循环迭代：（i）含体电荷的压电介质问题；（ii）位势问题。对这两类问题分别建立边界积分方程，提出“压电-导体”迭代方法，确定压电半导体内部的位移场、应力场、电场、电流的分布。研究压电半导体椭圆孔洞附近的应力、电位移和电流的集中问题。作为极限情况，当椭圆无限狭长时，椭圆孔洞接近裂纹，利用电不可穿透裂纹边界条件，用子区域法计算裂纹尖端的应力强度因子、电位移强度因子、电流强度因子。分析不同机械载荷、电载荷、电流密度和初始载流子密度n0对压电半导体裂纹尖端的应力强度因子、电位移强度因子和电流强度因子的影响。⑸对于三维压电介质，利用积分法，将广义点力基本解在三角形区域内积分，得到三角形单元广义均匀载荷基本解。针对三角形承载区域位于压电介质各向同性面内和垂直于各向同性面的两种特殊情况，研究不同受力（广义力）方向对广义位移场和广义应力场的影响。

关键词： 电测法   材料力学实验   弹性模量   泊松比  

摘要： 在材料力学实验教学中,电测法是常用的方法之一,初学者对电测法的原理难以理解。本文以金属材料弹性模量和泊松比测定实验为例,介绍了在材料力学实验中如何生动地导入电测法,从而让学生充分掌握实验的原理和方法。