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关键词： 铝基复合材料   真空热压   力学性能   显微结构   断裂机理  

摘要： 采用真空热压法制备了体积分数为30%的Si Cp/2024Al复合材料,研究了该复合材料的显微组织结构及力学性能。结果表明,复合材料组织致密,颗粒与基体界面结合状况较好,Si C颗粒在铝基体中基本上分布均匀。经490℃、2 h固溶处理和170℃、8 h人工时效后,Si Cp/2024Al复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为409 MPa、325 MPa和4.9%,基体中存在大量的纳米析出相为S'(Al2Cu Mg)。随Si C颗粒加入,复合材料力学性能提高,其断裂方式为基体开裂和界面处撕裂。

关键词： 纳米材料   层状结构   材料力学   剪滞模型  

摘要： 结构生物材料提供一个检视自然界中的生物材料如何进化出各个组分使其实现力学性能（高模量、高强度和高韧性）协同的机会。贝壳纳米复合材料（包括贝壳和骨骼材料）是典型的具有优异力学性能的结构生物材料。理解生物材料中的纳米结构构造方式的力学机制可以促进生物启发性工程的发展。利用贝壳纳米材料生物启发性工程，层状复合材料设计是一种有效的改善在脆性材料中出现的强韧性倒置现象的方法。通过合理设计的弱界面可以使层状材料获得极高的断裂功，而且不需要损耗太多的结构强度。前人的工作已经确定了弱界面通过界面分层来阻止裂纹扩展的作用。这种层状材料在载荷-位移曲线中通常具有台阶状或锯齿状破坏过程，称这一过程为渐进破坏过程。\n 本文首先使用非线性剪滞模型研究了以“砖块-灰泥”结构为模型的贝壳纳米复合材料的刚度、强度和韧性的同步优化如何依赖于组分性质和微结构参数。我们在文中，给出砖块之间的弹塑性界面和重叠长度能显著影响界面剪力分布不均匀，应力传递效率，以及最终的破坏方式，这种影响还与砖块尺寸和砖块排布方式有关。“砖块-灰泥”结构中存在两个分别与优化强度和优化韧性有关的特征长度。通过匹配具有规则排布的“砖块-灰泥”结构的贝壳纳米复合材料中的这些特征长度值，使这些长度值尽量接近，来实现强度和韧性的同步优化，同时结构中的砖块和界面发生同步均匀破坏。在随机排布的“砖块-灰泥”结构中，重叠长度是分散的，具有一定的分布，因此贝壳纳米复合材料的破坏方式从同步均匀破坏转变为砖块或界面的渐进破坏，同时伴随着强度和韧性的适当降低。特别地，在随机排布的“砖块-灰泥”结构中存在一个参数范围，在这个参数范围内强度和韧性对于随机排布的随机度不敏感。本文的结果根据特征长度匹配原则提出参数选择准则来合理设计贝壳纳米复合材料。这一准则解释了贝壳纳米材料具有高强度和高韧性的，而人工仿贝壳纳米复合材料不具有这一特性的原因。其次，研究了层状材料中渐进破坏的产生原因。使用非线性剪滞模型得到的结果表明，在层状结构中存在一个特征基体相邻裂纹间距，当相邻裂纹间距大于这一特征相邻裂纹间距，界面会发生稳定地分层;反之，界面为不稳定地破坏。在稳定的界面分层过程中存在特定的破坏应变和应力峰值平台，这一应力峰值平台宽度与相邻裂纹间距有关。当层状材料中的相邻裂纹间距是离散分布的时候，载荷-位移曲线中的阶梯状渐进破坏是易于理解的。进一步，我们解释了弱界面如何影响层状材料中的相邻裂纹间距的大小，以及如何提高层状结构符合材料的有效韧性。

关键词： 教学内容模块化   工程实例教学法   数值分析方法   开放式实验教学   小论文式大作业  

摘要： 以面向工程应用为目标,在材料力学课程教学改革方面进行了一些探索。采取的主要措施有:在基本教学内容的基础上加入各专业需求的内容和采用模块化教学内容体系;采用工程实例教学法和将数值分析方法引入教学;采用开放式实验教学和面向工程实际问题的大作业。教学实践表明:以上措施能够有效地提高教学效果,更好地适应培养具有创新意识的应用型人才的需要。

关键词： 石墨烯   环氧树脂   改性   力学性能   吸波性能  

摘要： 由于石墨烯独特的电学、光学、力学及热学性能,基于石墨烯的功能型与结构型纳米复合材料成为了石墨烯诸多应用研究中的重要组成部分。通过对石墨烯进行改性处理,不仅可以提高其在环氧树脂基体中的分散性,同时也有助于石墨烯与环氧树脂基体间建立更紧密的联结。通过多维杂化的方法,在石墨烯基复合材料中加入一维碳纳米管,利用两种不同维度纳米填料间的协同效应及复合效应,能够有效改善碳纤维增强环氧树脂单向复合材料的综合性能。此外,利用石墨烯的高介电损耗与羰基铁粉的高磁导率,将二者加入到环氧树脂基体中,有望使材料在获得高损耗特性的同时满足阻抗匹配设计,得到吸波性能更优异的复合材料,满足理想吸波材料所要求的宽频、强吸收、薄、轻、低密度、热稳定性好等特点。1.采用化学氧化-热膨胀还原-超声剥离的方法制备了石墨烯纳米片,通过调节超声剥离时间,制备了三种不同剥离程度的石墨烯。研究了超声剥离时间对石墨烯的最终结构形貌与力学性能的影响。结果发现,超声15h以后的石墨烯片层之间连结变弱,得到剥离程度更高且分散性更佳的石墨烯纳米片(GNS)。2.为了提高石墨烯的在环氧树脂中的反应活性,通过氨水与双氧水的共同作用,氨水能够与石墨烯边缘的羧基官能团发生亲核取代反应生成-NH2基,对改性后的石墨烯(AMGNS)进行了结构形貌表征并研究了其含量对环氧树脂力学性能、导热性能以及吸波性能的影响。结果表明,当AMGNS含量为0.1 wt%时,AMGNS/EP纳米复合材料弯曲强度与冲击强度分别达到最大值135.58 MPa与21.02 KJ·m-2,相比EP分别提高了94.4%与34.3%。当AMGNS含量为0.5 wt%时,AMGNS/EP纳米复合材料的拉伸强度以及玻璃化转变温度分别达到最大值67.28 MPa与141.4℃,相比纯环氧树脂分别提高了27.8%与5.74%。当AMGNS含量为1.0 wt%时,AMGNS/EP纳米复合材料的热导率达到最大值0.289 W·m-·K-1,相比EP提高了约21.9%。当AMGNS含量为3.0 wt%时,AMGNS/EP纳米复合材料的最大吸收峰值可以达到-36.05 dB,对应厚度为2.4 mm,其中<-10 dB的吸收频宽为10.83-18.00 GHz。3.制备并研究了氨改性石墨烯对连续碳纤维/环氧树脂单向复合材料(AMGNS-CF/EP)的力学性能与界面行为的影响。结果表明,当AMGNS含量为0.3 wt%时,AMGNS-CF/EP单向复合材料的弯曲强度与弯曲模量分别达到最大值1490.9 MPa与135.86 GPa,相比碳纤维增强环氧树脂单向复合材料(CFEP)分别提高了10.4%与7.04%。当AMGNS含量为0.5wt%时,AMGNS-CF/EP单向复合材料的层间剪切强度与玻璃化转变温度分别达到最大值86.80 MPa与129.53℃,相比CFEP单向复合材料分别提高了8.76%与9.62%。4.为了进一步降低石墨烯在环氧树脂基体中的团聚并提高复合材料的综合性能,通过加入一维的碳纳米管,利用协同作用与复合效应制备了氨改性石墨烯-碳纳米管／环氧树脂(AMGNS-MWCNT/EP)纳米复合材料。结果表明,当AMGNS与MWCNT在环氧树脂中各占1.0 wt%时,AMGNS-MWCNT/EP纳米复合材料的拉伸强度与弯曲强度分别达到最大值63.53 MPa与108.47 MPa,相比纯环氧树脂分别提高了20.7%与55.5%。进一步研究发现,二元填料AMGNS-MWCNT能够大幅度提高碳纤维增强环氧树脂复合材料的弯曲性能与界面性能。当AMGNS与MWCNT在环氧树脂中各占0.5 wt%时,AMGNS-MWCNT/CFEP单向复合材料弯曲强度、弯曲模量与层间剪切强度分别达到最大值1520.3 MPa、138.88 GPa与87.80 MPa,相比CFEP单向复合材料分别提高了12.5%、9.42%与10.1%。5.采用溶液共混法制备了石墨烯/羰基铁粉(CIP)复合吸波材料(AMGNS-CIP/paraffin),以石蜡(paraffin)为基体,研究了氨改性石墨烯对羰基铁粉的电磁参数的影响。结果表明,当AMGNS含量为1.0 wt%时,AMGNS-CIP/paraffin纳米复合材料的最大吸收峰值为-21.7 dB,其对应厚度为4.0 mm,其中<-10 dB的吸收频宽为2.43-4.00 GHz。进一步考察了氨改性石墨烯/羰基铁粉复合吸波材料在环氧树脂基体(AMGNS-CIP/EP)中的吸波性能。结果表明,将导电损耗型吸波材料石墨烯与磁损耗型吸波材料羰基铁粉制成的复合吸波材料在环氧树脂里具有更优秀的吸波性能。当AMGNS含量为3.0 wt%时,AMGNS-CIP/EP纳米复合材料的最大吸收峰值为-36.82 dB,其对应厚度为1.9 m

关键词： 材料力学   理论课程   压缩   体会  

摘要： 随着高校教学改革的深入,材料力学课程教学学时不断减少,需要对材料力学教学内容和教材进行改革和创新。笔者从材料力学教学特点和目前新型技术人才培养知识结构需求分析着手,就学时压缩情况下材料力学如何组织教学提出了几点建议。

关键词： 材料力学   剪力   弯矩   内力图  

摘要： 弯曲内力是材料力学教学中的重点和难点,针对教学实践中学生经常遇到的疑虑和困惑,本文从内力的概念、弯曲内力的符号规定、弯曲内力的计算以及弯曲内力图的作法四个方面进行了研究和探讨。教学中注重了细节,整合了内容,更新了知识,深化了教学互动,突显了改革创新。实践表明,以学生为本、以问题为导向的教学设计能够取得良好的教学效果。

关键词： 有限元   颗粒增强   钛基复合材料   数值模拟  

摘要： 本文以颗粒增强金属基复合材料为研究对象,利用有限元数值计算的研究方法,与细观力学和复合材料力学等相结合的的方法,对不同的金属基复合材料在拉伸载荷作用下的力学性能进行了数值模拟计算,并与实验结果进行对比,验证了此有限元分析方法的可靠性。首先,在平面问题的弹塑性理论及其有限元离散的基础上,将问题转化为非线性问题的求解,并采用切线刚度法进行求解。利用FORTRAN语言编写二维弹塑性准静态有限元程序。利用不动点迭代法,将有限元计算技术与细观力学相结合,改进前文中的二维弹塑性有限元程序,使程序实现从宏观均质模型到细观单胞模型的迭代计算过程。利用自编写的有限元程序,计算复合材料在不同温度作用下的静态拉伸力学性能,并与试验结果进行了比较,验证了该有限元程序的可靠性。其次,针对Ti C颗粒增强钛基复合材料,基于均匀化理论,建立了反映该材料微观结构特征的有限元模型。对不同TiC颗粒形状、大小以及体积百分含量对钛基复合材料的等效力学性能的影响进行了数值模拟计算。并与实验结果进行了对比,验证了本文的数值计算方法可用于TiC颗粒增强钛基复合材料力学性能的分析与研究,建立起复合材料微观结构和宏观力学行为之间的关系。最后,对程序进行推广。以SiC颗粒增强镁基复合材料为研究对象,对不同体积分数的复合材料的力学性能进行了计算。计算结果与实验结果吻合良好,说明这种与细观力学和材料学相结合的有限元计算方法,可以再一定范围内用于颗粒增强金属基复合材料的力学性能计算。

关键词： 图形   教学   材料力学  

摘要： 材料力学是土木工程专业的一门重要的专业基础课程,起着承上启下的作用。实践证明,在《材料力学》教学过程中,利用图形进行教学即把抽象的原理和公式进行图形(表)化,不仅减少学生的理解障碍且提高学生的学习兴趣,起到事半功倍、触类旁通的效果,进而提高了其教学效果。

关键词： 天然纤维复合材料   端氨基超支化聚合物   树枝状聚酰胺胺   剑麻纤维   接枝改性   力学性能  

摘要： 本文首先以丙烯酸甲酯(MA)和二乙基三胺(EDTA)为单体用不等活性单体对法合成端氨基超支化聚合物(HBP-NH)。通过剑麻纤维纤维表面改性将HBP-NH接枝到剑麻纤维表面,继而制备复合材料,改善了复合材料的力学性能。又以丙烯酸甲酯(MA)和乙二胺(EDA)为单体通过逐步接枝的方法将树枝状聚酰胺胺(PAMAM)接枝到剑麻纤维表面,制备的复合材料的力学性能得到明显改善。为了简化工艺条件,采用挤出机共混的方法改性剑麻纤维,可直接制备改性剑麻纤维复合材料,但没有明显改善复合材料的力学性能。同时采用红外吸收光谱(FT-IR)、凝胶渗透色谱(GPC)、热失重仪(TGA)、万能试验机、冲击试验机对改性剑麻纤维及其复合材料进行了结构表征和性能分析。实验结果表明,在氮气保护、温度为0℃条件下,MA缓慢滴加到等摩尔量的EDA甲醇溶液中;滴加完毕后在25℃条件下反应48h;转移到旋转蒸发仪茄形烧瓶中减压缓慢升温到150℃可制得分子量较高且均一的HBP-NH。以马来酸酐(MAH)为偶联剂,在催化剂对甲苯磺酸作用下将HBP-NH成功接枝到剑麻纤维表面,以其制备的复合材料的力学性能得到改善。通过挤出共混的方法改性剑麻纤维并制备复合材料,其力学性能略有提高。结果表明,当偶联剂MAH和改性剂HBP-NH的用量分别为1%和2.5%时,挤出共混改性制备的复合材料的力学性能最好。通过在剑麻纤维表面逐步接枝PAMAM并制备复合材料,其力学性能得到显著改善,其最佳工艺条件为:浴比为1:25加入剑麻纤维,迈克尔加成反应时间为24h,反应温度为50℃,酰胺化反应时间为12h,反应温度为60℃。第一代的PAMAM(G1.0)的MA体积分数用量为4%的甲醇溶液,EDA物质的量为MA物质的量的二倍,下一代原料用量翻倍,制得的改性剑麻纤维接枝率最高,明显改善了其复合材料的力学性能。与碱处理剑麻纤维复合材料相比,拉伸强度提高28.55%、冲击强度提高45.67%、弯曲强度提高12.89%、弯曲模量提高10.44%。综上,本课题成功地制备了树枝状聚合物改性剑麻纤维/热塑性树脂复合材料,并使其力学性能得到明显改善。

关键词： 材料力学   考试改革   应用能力培养  

摘要： 应用型本科院校以培养具有创新意识和实践能力的工程应用型人才为主要目标。科学、合理的考试,对教学可以起到积极促进作用,调动学生学习的积极性,培养学生的创新与应用能力。文章分析了综合材料力学课程的特点及在整个专业培养中的作用,从注重知识和能力运用出发,提出了材料力学考试改革的措施和方法,在实际应用中效果良好。