教学课程资源库 更多>>

关键词： 材料力学   教学改革   素质教育   应用  

摘要： 材料力学是工科专业的专业基础课,但是在材料力学的教学过程中经常会存在着一些问题,通过对课程的特点、授课对象进行分析,进行了一系列的教学和考试改革,以提升学生的应用实践能力和综合素质为目的,对该课程改革进行分析,希望具有借鉴意义。

关键词： 生物材料   尿道支架   材料力学   生物相容性  

摘要： 因创伤、先天发育异常等原因导致的尿道缺损一直是临床上泌尿外科难以解决的重大问题，先天性的尿道缺损、尿道下裂更是男性泌尿生殖系统最为常见的疾病。尿道的病患不仅肉体痛苦，心灵同样承受着很大的压力，严重影响着男性患者的生理和心理的健康。通过尿道组织工程的技术，选用合适的支架材料修复受损尿道，可以避免外科手术的并发症。优良的生物支架材料要具有均匀的三维立体贯通性孔隙结构，从而促进种子细胞的生长分化、相互作用和营养物质的吸收利用，合适的生物支架材料能够在可以调控的速率且同细胞生长速率相匹配的条件下进行降解成无毒的产物进而逐步被机体吸收利用，此外还需具备优良的物理力学性能形成正常的组织。　　本研究前期用于构建组织工程尿道的丝胶蛋白/壳聚糖/甘油磷酸钠支架材料，具有多孔结构、能够进行逐步生物降解、无细胞毒性、可随意塑形等特性，表明其具备应用在组织工程尿道的可能性，但是也支架材料本身也还存在着限制其应用于尿道修复的种种问题。本课题针对丝胶蛋白/壳聚糖/甘油磷酸钠支架材料所存在的孔径过大、孔隙结构不均匀、宏观力学性能差等问题，对支架材料进行优化制备，性能测试从而筛选出适合于尿道组织工程的制备工艺条件，并对制备得到的支架材料进行了系列的生物学的评价。通过添加丝素蛋白和聚乙烯醇对支架材料的成分进行优化，研究了预冷冻温度对支架材料孔径结构和力学性能等多方面的影响，综合添加成分和工艺条件经过性能表征确定支架材料的最终的制备工艺。对比优化前后支架材料的降解性能和血液相容性，支架材料的各项性能都有所改善。支架材料的三维贯通性多孔孔径分布在50~80μm之间，初始降解率降低到33.86％，更适合种子细胞的初期粘附生长。通过动物体内系列实验，对支架材料进行系列的生物学评价结果得出，功能化尿道组织工程支架材料不含热源性物质、无皮肤刺激性、不会引起迟发型超敏反应、植入后局部反应没有引起明显的炎症，同对照组无明显差别，12周内支架材料可以全部降解完成。综合本课题研究结果，制备得到的支架材料具有良好的生物相容性和理化性能，具备应用于临床尿道修复的应用前景。

关键词： 嵌入式共固化阻尼复合材料   阻尼性能   层间剪切性能   摩擦磨损性能   最小二乘技术  

摘要： 嵌入式共固化阻尼复合材料在空间飞行器、高速列车等高科技领域具有非常广泛的应用前景,其耐湿热性能及耐环境腐蚀性能的好坏直接影响该材料在特殊环境中的应用。本文对嵌入式共固化阻尼复合材料的吸湿特性、经酸性、中性、碱性溶液浸泡处理前后的结构破坏机理、层间力学性能、抗摩擦磨损性能、阻尼特性进行对比研究,并探索了温度及湿度对其阻尼性能的影响规律,为嵌入式共固化阻尼复合材料在全天候环境中的应用奠定了基础。本文主要创新点如下:(1)将温湿环境与阻尼测试试验相结合,搭建了测试温湿环境中复合材料阻尼结构阻尼特性的试验平台,分别探索了其阻尼性能受温湿环境影响的规律。(2)搭建海水、酸、碱、盐溶液浸泡嵌入式共固化阻尼复合材料的试验平台,得到了嵌入式共固化阻尼复合材料饱和吸湿率与其结构参数的变化关系。(3)为了探索酸性、中性、碱性溶液吸湿处理后嵌入式共固化阻尼复合材料的力学性能,开展利用层间剪切试验、摩擦磨损试验、阻尼性能试验研究该材料处理前后的力学性能随其结构参数的变化规律。(4)提出使用最小二乘技术求解相对阻尼系数的新方法,此方法充分利用了试验测试中所有的有效数据,从而大大提高了分析结果的精确度。

关键词： 生土   改性   梯度   数值模拟  

摘要： 生土材料泛指未经焙烧,仅经过简单加工处理的原状土质材料。生土基材料保温调湿、经济环保,能够在服役结束后回归自然,但是传统生土基材料强度低、易变形等特点,限制了其应用。如果能够进行合理的结构设计,利用技术手段改进古老的生土基材料,使其获得较高的强度和良好的耐水性能,就可能使生土基材料成为我国农村地区广泛应用的重要的建筑材料。通过对生土试块分别进行植物纤维和无机胶凝材料单一改性研究,确定黄麻纤维的适宜配比为0.2wt.%,各无机胶凝组分适宜的掺量配比组合为m(水泥):m(粉煤灰):m(熟石灰)=5:3:2。对生土材料进行复合改性试验研究表明,较单一化学改性,试块的抗折强度和抗压强度均有所提高,但抗折强度提高明显;复合改性生土试块28d抗折与抗压强度增长的速率均高于7d时的强度增长速率。对生土试块结构上进行梯度设计,试验室测定其抗压与轴向抗折强度及其力-位移关系。测试表明:相对于均匀试块,改性生土基梯度试块28d抗压强度较抗折强度提高更为显著;相邻层间无机胶凝材料掺量梯度差相等的试块,随着无机胶凝材料平均掺量的提高,其28d抗折和抗压强度提高,但抗折强度相对均匀试块的增长率基本上呈下降趋势。对梯度试块及其对应分层试块利用有限元软件ANSYS模拟,对二者位移、应变和应力模拟结果分析比较可知:梯度试块总位移及各方向上的位移、应力和应变分量均小于分层试块;层状试件在X、Y、Z三个方向上的最大位移分别是梯度试件的4.32倍、1.94倍和2.27倍;层状试件在X、Y、Z三个方向上的最大应变值分别是梯度试件的1.91倍、1.99倍和1.79倍;分层试件在X、Y、Z方向上的最大正应力分别是梯度试件的1.94倍、1.30倍和1.42倍;相对于分层试件,将试件设计成梯度结构,对改善XY方向上的剪应力效果显著;分层试件在XY、YZ、XZ三个方向上的最大剪应力分别是梯度试件的7.05倍、1.58倍和1.09倍。

关键词： 材料力学   课程教学   效率   提升   路径  

摘要： 材料力学是高校的工科专业学生的基本课程,是工科专业学生的必修课。同时,材料力学人才对我国社会发展有着重要意义。因此,高校材料力学课程教学受到社会的普遍重视。在教学改革的趋势下,材料力学课程教学效率的提升成为高校材料力学的重点工作。本文在研究提升材料力学课程教学效率的必要性的基础上,着重分析了当前高校材料力学课程教学中存在的问题,并积极探索了提升材料力学课程教学的路径。

关键词： 聚乙烯醇-钢纤维混杂增强水泥基复合材料   基材强度   纤维桥接应力   断裂力学   抗弯性能  

摘要： 高延性低干缩纤维增强水泥基复合材料(LSECC)是为了克服混凝土的脆性,解决传统高延性纤维增强复合材料(ECC)收缩问题而发展起来的新型土木工程材料。但高强LSECC依靠单掺聚乙烯醇纤维难以保留高延性特征,不能适应高强高延性的工程需求。本研究旨在通过混杂聚乙烯醇纤维和钢纤维,实现LSECC高强度与高延性的匹配。基于此目的,对聚乙烯醇-钢纤维混杂增强水泥基复合材料力学性能开展了系统的试验研究和理论模拟分析,同时针对工程实际问题开展了LSECC材料的工程应用研究。在LSECC中聚乙烯醇纤维掺量不变的基础上,试验测试了混杂纤维复合材料的轴拉、抗弯、抗压基本力学性能,重点关注基材强度(4个水胶比)、钢纤维添加量(体积掺量0-1.0%)对复合材料力学性能的影响。结果表明,随钢纤维添加量增加,开裂强度、极限强度和极限拉应变同时提高,裂纹宽度显著降低。基材强度越高,钢纤维作用越明显。本研究获得了抗压强度70 MPa、极限拉应变10000-18000微应变、裂纹宽度30-60?m的高强高延低缝宽混杂纤维水泥基材料。基于预切口梁抗弯试验,逆推求解了混杂纤维复合材料裂纹间桥接应力-裂纹宽度关系,并借鉴已有纤维桥接应力理论模型,建立了基于纤维、基材、界面参数的应力-裂纹宽度关系。通过理论模型分析了钢纤维尺寸对桥接应力的影响。建立了基于断裂力学原理的混杂纤维复合材料抗弯性能预测模型,模拟了混杂纤维复合材料抗弯性能,模拟结果与抗弯试验结果吻合良好。经钢纤维尺寸优化的混杂体系抗弯性能显著提升。该模型建立了水泥基材、纤维和界面参数与宏观力学性能的联系,为构建基于性能的混杂纤维复合材料设计方法提供了基础。针对工程实际问题,开展了LSECC在混凝土结构防护面层和混凝土路面板延性接缝两个方面的应用研究。首先,通过模拟和试验研究了LSECC-混凝土复合梁抗弯性能,结果显示在混凝土底部复合LSECC可有效提升复合梁抗弯性能,同时分析了材料强度、LSECC层厚对复合梁抗弯性能的影响。其次,提出了采用LSECC延性段取代混凝土路面切缝的无缝路面设计理念,通过模拟试验和试点工程验证了设计理念的可行性,结果显示,延性段通过形成细微裂纹吸收两侧混凝土路面板变形,有效防止混凝土板开裂,无缝混凝土路面得以实现。

ISBN: (纸本)9787562341345

关键词： 复合材料   三维机织物   预成形孔   拉伸性能   弯曲性能  

摘要： 由于复合材料具有的低密度,高强度的优点,目前已经被越来越广泛的应用在汽车制造,航空航天,新能源,建筑等领域。尤其是汽车车身,航空发动机叶片这些部件越来越追求轻量化,但对于强度还有很高的要求,在这些部件上使用连续长纤维增强型复合材料已经成为一种发展趋势。一些国际大公司已经实现了在量产零部件上使用高性能复合材料,来替代金属。在上述产品生产组装的过程中不可避免需要开孔,比如使用螺栓将各个零部件连接固定到一起。为了保证开孔后,零部件的强度,安全等性能依然达标,研究含孔复合材料的力学性能是非常有必要的。本文使用玻璃纤维机织物作为复合材料的增强体,环氧树脂作为复合材料的基体,这两者都是目前应用非常广泛的材料。通过三维织机制备二维和三维机织物,使用真空辅助成型技术制备出玻纤复合材料,通过预成形孔和普通钻孔两种开孔方法制备出了不同孔径的三维机织玻纤增强复合材料。分别测试所有复合材料的拉伸性能和弯曲性能。对比二维和三维普通钻孔复合材料的拉伸和弯曲性能,三维机织复合材料拉伸强度和弯曲强度分别为294.24MPa和367.38MPa,远高于二维机织复合材料的192.56MPa和253.55MPa。三维机织复合材料的拉伸和弯曲断裂应变分别为5.68%和5.80%,也明显高于二维机织复合材料的4.10%和2.58%。这主要是由于三维机织复合材料中经纬纱线处于非交织的伸直状态,以及由于三维机织物中Z纱的存在,使复合材料更具有抗冲击性,不易发生分层;对比三维普通钻孔和三维预成形孔复合材料的拉伸和弯曲性能,三维预成形孔复合材料拉伸强度和弯曲强度分别为308.34MPa和491.64MPa高于三维普通钻孔复合材料的284.99MPa和329.58%。三维预成形孔复合材料的拉伸和弯曲断裂应变分别为6.29%和5.33%,高于三维普通钻孔复合材料的4.92%和4.72%。这主要是由于预成形孔工艺是纱线绕过圆形模具,纱线本身依然保持连续,钻孔时钻头不需要克服撕破纱线的阻力,这样对复合材料整体造成的振动和冲击都比普通钻孔工艺要小,最大限度的保留了复合材料原有的力学性能。除此之外,在孔的两侧,玻璃纤维的体积分数是提高的,玻璃纤维本身的力学性能优于树脂,其体积分数的提高有利于复合材料整体力学性能的提高;对比不同孔径的复合材料的力学性能,发现对于普通钻孔复合材料,随着孔径增大(0mm,4mm,6mm),力学性能下降,如拉伸强度从294.24MPa,下降到268.06MPa。弯曲强度从367.38MPa,下降到324.20MPa。这是应力集中效应造成的。而对于预成形孔复合材料,随着孔径增大,玻璃纤维在孔两侧的体积分数也随着增大,这有利于提高复合材料力学性能,与应力集中产生的效果相反,所以不同的观测值在孔径增大的情况下表现出不同的趋势。通过观察断面图,发现在复合材料断裂时发生了纤维的断裂,基体的开裂,纤维与基体的脱离等现象。二维机织复合材料,更容易发生分层现象。并且三维的复合材料中纤维断裂更加整齐,二维复合材料中的断裂纤维的长短不一,断裂一致性差。这表明伸直状态下,更有利于树脂对纤维的浸润,增强了树脂与纤维的界面力。

关键词： 材料力学   应力   建筑材料选取   水利水电工程  

摘要： 通过分析力学模型,并对水利工程设计施工中如何选择建筑材料进行分析说明,提出提高水利工程安全性与耐久性的方法;运用所学的材料力学知识对相关示例进行分析,说明材料力学在水利工程中的重要性。

关键词： ansys   材料力学   有限元分析  

摘要： 在材料力学课程中引入有限元分析软件ansys,应用该软件对材料力学中一些典型的力学问题进行分析,将会使这些变形问题更加形象化,增加学生对构件变形的想象能力,更好地理解和掌握力学中几种变形的机理,并为学生应用该软件分析问题打下基础。