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关键词： Toughness  

摘要： Ductility, toughness and strength of medieval bloomery iron materials were highly important mechanical properties, strongly affected by their microstructure and chemical composition. An attempt was made to characterize the most important mechanical properties of representative samples of main bloomery iron materials extracted in smelting experiments and compare them to the well know reference modern steel of S235JRG2. It was confirmed that notching and the stress concentration effect of slag inclusions strongly decrease all the characteristic values of ductility and toughness of bloomery iron materials. Typical medieval bloomery P-iron is a brittle material with almost zero or very low characteristic values of ductility and toughness but revealed similarly high strength as hardened and tempered bloomery steel.

关键词： 玻璃纤维   纤维长度   喷射成型   复合材料   力学性能  

摘要： 当今，随着科学技术的进步，对材料提出了越来越高的要求。高性能纤维增强复合材料因其优良的性能，如密度低，强度高，热膨胀系数低，耐腐蚀，疲劳使用寿命长，易于成型等优点吸引了各个领域广泛的关注。　　针对影响复合材料性能因素诸多以及破坏机理较为复杂的问题，如增强纤维良莠不齐，增强相的排布不匀，界面集合牢度差及成型方法种类各异等。本文对以喷射成型方法制备的玻璃纤维增强不饱和树脂复合材料的力学性能进行一系列研究。众所周知，在纤维增强复合材料领域中，增强纤维的长度对材料性能的影响举足轻重，临界纤维长度的存在使得高性能复合材料的设计并且节约企业生产成本有据可依。本研究重点设计了4mm，8mm，16mm，25mm和50mm五种不同玻璃纤维长度梯度增强不饱和树脂的复合材料，控制增强纤维体积含量与试样方向，尝试研究找到增强纤维长度对于喷射成型复合材料的力学性能影响,界定材料的临界纤维长度。此外，通过控制成型过程中的相同的增强纤维的体积含量及纤维长度，制备平行，斜度和垂直三种不同方向样品并进行力学性能测试对比。　　不同长度的纤维必然在复合材料中具有不同的混合均匀度及排列方式，短纤维在成型的剪切中易于分散，而长纤维在与树脂混合过程中容易缠结在一起被喷射到模具上，而且，由于喷射成型工艺本身的特点，容易造成复合材料的各向异性。本文也从喷射成型工艺着手，对玻璃纤维增强不饱和树脂复合材料的纤维长度，混合度以及排列进行了研究。　　本文通过对实验设计样品进行拉伸弯曲等力学测试以及光学电镜等断面的观察，发现对于喷射成型玻璃纤维增强复合材料而言，在相同增强纤维体积分数情况下，复合材料机械性能是随着增强相纤维长度的增加而增强的，当纤维长度超过8mm以及增加到50mm，复合材料的力学性能是几乎不变的。分析发现不够理想的纤维取向度是导致4mm玻纤增强复合材料力学性能相对差的原因;而相对好的纤维与树脂界面性能是导致复合材料力学性能随着纤维长度从8mm增长到50mm没有太大变化的原因。另外，复合材料方向性的研究发现，玻璃纤维增强不饱和树脂复合材料是各相异性的，大多数的纤维是沿着设定的平行方向或者说0度方向，这也是导致平行方向的力学性能要优于垂直方向和斜度方向的原因。此外，研究发现，玻璃纤维增强不饱和树脂喷射成型复合材料在弯曲破坏中存在明显分层现象，导致弯曲模量低于拉伸模量。最后，本文利用理论公式计算复合材料拉伸模量，结果略高于实验值。

ISBN: (纸本)9787511434142

ISBN: (纸本)9787302395195

关键词： Vulcanization kinetics   ethylene-propylene diene monomer   thermal insulation   autocatalytic model  

摘要： The vulcanization kinetics of Ethylene-propylene diene monomer (EPDM) rubber thermal insulation was studied by using rheometer under isothermal condition at different temperatures. The rheometry analysis was used to determine the cure kinetic parameters and predicting the optimum curing time of EPDM thermal insulation. The experimental results revealed that the curing curves of EPDM thermal insulation were marching and the optimum curing time decreased with the increasing of temperature. The kinetic parameters were determined from the autocatalytic model that showed a close fitting with the experimental results. It also indicated a suitability of autocatalytic model in characterizing the cure kinetics. The optimum curing time was predicted from autocatalytic model and the kinetic parameters were obtained by using the relationship between degree of conversion, cure temperature, and cure time. The predictions of cure time provided information on the actual curing characteristic of EPDM thermal insulation. The mechanical properties of EPDM thermal insulation with different vulcanization temperatures showed the same hardness, tensile strength and modulus at 300%, except at temperature 70 degrees C, while the elongation at breaking point decreased with the increasing temperature of vulcanization. (C) 2015 BCREC UNDIP. All rights reserved

ISBN: (纸本)9787118100969

关键词： 夹层结构   数值模拟   材料力学   弯曲试验  

摘要： 本文以新型“类蜂窝”夹层结构材料为研究对象，在充分分析其结构的基础上，以推导、仿真以及试验验证其等效力学特性为目的做了以下相关工作：　　首先，分析“类蜂窝”夹层结构材料，并根据Gibson理论对“类蜂窝”夹层结构进行等效胞元简化。对简化后的胞元模型进行受力分析，同时利用相关公式推导了“类蜂窝”夹层结构的等效力学参数;其次，利用 Pro/E建立“类蜂窝”夹层结构的三维模型，并且将三维模型导入ABAQUS，分别建立“类蜂窝”夹层结构的有限元模型，并对其进行了数值仿真分析，对比数值仿真值与理论推导值，初步验证理论推导的准确性与正确性;再次，在保证其力学性能的条件下，从简化加工易于应用的角度对类蜂窝夹芯结构进行了改进，提出了I型类蜂窝夹芯结构，并对新型夹芯结构进行了等效研究，结合实例通过数值模拟的方法对比分析了六边形蜂窝、类蜂窝夹芯和I型夹芯结构的承载能力，从而证明了改进方案的合理性;最后，最后结合线切割和胶接技术制作出了I型类蜂窝夹芯结构的试样，并对试样进行了侧压和弯曲试验，并在ANSYS中建立了与试样相同尺寸和材料属性的有限元模型，并分析对比了实验测试数据与数值模拟数据，验证了数值模型和数值模拟方法的正确性。

关键词： 夹层复合材料   立体点阵   压缩性能   弯曲性能   有限元分析  

摘要： 传统泡沫夹层结构存在面芯粘接强度低的缺陷,抗剪切、抗剥离、抗平压性能较弱,难以满足装备轻质高强的性能要求。为此,本文开展立体点阵增强泡沫夹层结构复合材料研究,采用有限元模拟方法设计和选择工艺可行的点阵构型、增强泡沫芯材,结合实验方法研究了点阵构型、缝合结构和缝合纱线量等参数对该夹层结构复合材料压缩和弯曲性能的影响规律。主要内容如下:(1)采用有限元方法确定了新型V型构型为立体点阵增强泡沫夹层复合材料的点阵构型,该构型不仅缝合工艺可行,且弯曲性能优异。(2)采用真空导入模塑工艺(VIMP)制备立体点阵增强泡沫夹层复合材料,考察了点阵构型对该夹层结构复合材料压缩和弯曲性能的影响。结果表明,与垂直缝合构型相比,V型构型增强泡沫夹层复合材料的芯材弹性模量和平压压缩强度分别降低了19.7%和22.6%,但弯曲刚度、弯曲破坏载荷和芯材剪切模量分别提高了26.8%、94.4%和62.7%。(3)考察了面板层数对立体点阵增强泡沫夹层复合材料压缩和弯曲性能的影响。结果表明,面板铺层由2层减为1层后,立体点阵增强泡沫夹层复合材料的芯材弹性模量、平压压缩强度、弯曲破坏载荷、弯曲刚度分别降低了19.7%、0.4%、17.5%和4.3%,说明面板厚度增加能够提高点阵增强泡沫夹层复合材料的压缩和弯曲性能。(4)考察了穿透缝合对立体点阵增强泡沫夹层复合材料压缩和弯曲性能的影响。结果表明,与穿透缝合试样相比,未穿透缝合立体点阵增强泡沫夹层复合材料的芯材弹性模量、平压压缩强度、弯曲破坏载荷和弯曲刚度分别降低了17.7%、21.2%、50.8%、13.7%,说明面板缝合纱线采用穿透缝合的连接方式有利于提高夹层结构的压缩和弯曲性能。(5)考察了缝合纱线用量对立体点阵增强泡沫夹层复合材料压缩和弯曲性能的影响。结果表明,缝合纱线用量由2束增加8束,立体点阵增强泡沫夹层复合材料Z向压缩模量、平压压缩强度、弯曲破坏载荷和弯曲刚度分别增加了42.6%、24.2%、103.8%和51.9%,说明随着缝合纱线用量的增加能够提高夹层复合材料的压缩和弯曲性能。(6)采用多工况加载整体求取刚度矩阵的方法预测等效芯材的工程常数,建立有限元模型,分析点阵增强泡沫夹层复合材料的压缩和弯曲性能。结果表明,其Z向弹性模量有限元模拟值与实验值最大偏差小于13%,弯曲刚度模拟值与实验值误差小于20%,说明该有限元分析方法具有一定的参考价值。

关键词： 聚氨酯   超弹性   粘弹性   本构模型   仿真  

摘要： 随着高速列车的迅猛发展,特别是高铁、地铁以及城际交通的发展,有砟轨道面临的临界速度,桥上稳定性,道砟飞溅和平顺性等问题难以解决,而无砟轨道因其优良的综合性能开始广泛地应用于高速铁路、地铁以及城际轨道交通建设中。在无砟轨道中,与之匹配的扣件系统不仅要起到固定轨道的作用,还须具备一定的减振/隔振功能,而扣件系统中的弹性垫板提供了减振/隔振所需要的弹性和阻尼。由于微孔聚氨酯弹性垫板具有更好的机械性能和加工性能,被广泛用作无砟轨道WJ-8等扣件的弹性垫板,替代原有的橡胶垫板作为无砟轨道的主要减振部件,起到缓冲列车载荷的冲击的作用。然而在工程应用中,国内对微孔聚氨酯粘弹性材料力学特性的相关研究还不多见,由于其动力学粘弹性能方面的研究对材料的工程应用中尤为重要,因此有必要对其力学性能进行全面的描述。本课题以微孔聚氨酯弹性垫板为研究对象,通过准静态实验和DMTA(Dynamic Mechanical Thermal Analyse)动态力学热分析实验,研究探讨微孔聚氨酯弹性材料的超弹性能及粘弹性能。本文工作的主要内容如下:首先,概述了微孔聚氨酯材料在轨道交通、汽车工业、工程机械等工程领域中的应用背景以及国内外对微孔聚氨酯弹性材料静动态力学特性的研究现状。其次,引用超弹性材料的本构模型表征微孔聚氨酯弹性材料的非线性静态力学性能。为研究现有超弹材料本构模型对微孔聚氨酯弹性材料适用性,进行了微孔聚氨酯弹性材料的拉伸、压缩和纯剪切力学实验,获得了不同应变条件下的应力应变实验数据,并根据等效原理将压缩实验数据转换为等双轴实验数据。利用获得的微孔聚氨酯弹性材料实验数据对现有经典超弹材料本构模型进行拟合,得到了相应的本构模型参数,并通过误差分析对超弹材料本构模型的适用性进行了分析评估。第三,对微孔聚氨酯弹性材料进行动态力学性能实验研究。本文应用DMTA实验方法研究微孔聚氨酯弹性材料的储能模量和损耗因子与温度、频率以及振幅之间的关系,探讨不同的影响因素对于微孔聚氨酯弹性材料动态力学性能的影响规律。通过对现有粘弹性本构模型的讨论,采用不同阶数的广义Maxwell本构模型对材料的粘弹性实验数据进行拟合,获得相应的本构模型参数,并通过误差分析确定较为精确的模型阶数。然后,利用超弹性和粘弹性力学实验数据拟合确定的相应本构模型参数值,对WJ-8扣件用微孔聚氨酯弹性垫板进行有限元仿真,并对其进行了动、静态产品台架实验。通过实验结果与仿真结果对比以及误差分析表明,超弹本构模型的仿真精度从低到高依次为Yeoh模型、M-R模型和Ogden三阶模型,四阶广义Maxwell粘弹本构模型对材料的存贮刚度和损耗因子的仿真误差值分别为5.2%和9.1%,精度较高。最后通过对本文所做的工作进行总结,并对后续应做工作进行了展望。

关键词： PRMMCs   力学性能   热残余应力   AZ91   SHPB  

摘要： 颗粒增强复合材料(PRMMCs)中增强相与基体相间热膨胀系数的巨大差异导致了复合材料内部产生热残余应力,而这个热残余应力导致复合材料的压缩屈服强度高于拉伸屈服强度,并且使得复合材料的比例极限接近或略低于单一基体合金。因此热残余应力导致的颗粒增强复合材料力学性能的改变必须加以研究。 本文以颗粒增强金属基复合材料为研究对象,介绍了复合材料基体和增强相间热膨胀系数的差异,说明了热残余应力产生的过程,并计算这种残余应力对复合材料力学性能的影响。进行必要的有限元计算,分别施加静态和动态载荷,比较热残余应力对PRMMCs静态及动态力学性能的影响。 通过PRMMCs热残余应力模拟实验,了解复合材料内部在不同外载荷下的变形特点。希望通过对热残余应力的分析,为颗粒增强镁基复合材料力学分析提供一定程度的指导。