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关键词： 水泥基复合材料   硫酸钙晶须   力学性能   增强机理  

摘要： 纤维混凝土材料是一种新型的水泥基复合材料,它能够改善传统混凝土材料的抗拉强度低,易开裂等性能。目前,纤维混凝土材料普遍采用的纤维有钢纤维、碳纤维、聚丙烯纤维等,然而这些纤维在混凝土中会存在结团、价格昂贵等缺陷,故研究人员一直在寻找一种高强、耐久且价格低廉的材料。硫酸钙晶须作为一种价格低廉的纤维代替物,它是一种纤维状的单晶体,它的尺寸远小于短纤维。硫酸钙晶须具有高模量、高强度、耐热、耐腐蚀的优良性能,此外,他还兼具了矿物材料和纤维材料的性能,显示出了它优良的物理化学性能和机械性能,具有良好的发展前景。本文以试验的研究方法,首先研究了硫酸钙晶须水泥基试件与力学特性,试验主要针对不同硫酸钙晶须掺量下水泥基材料的流动度和初终凝时间以及水泥基试块的抗折强度与抗压强度进行试验研究,此外,还做了硫酸钙晶须与碳酸钙晶须对水泥试块抗折抗压强度影响的对比试验。试验试块尺寸为40mm×40mm×160mm,每种掺量下试块有3块,共有试块144块,试验表明硫酸钙晶须对水泥材料性能的影响。其次,研究了硫酸钙晶须-聚丙烯纤维混凝土试件与力学特性,试验主要是针对不同掺量硫酸钙晶须与聚丙烯纤维下混凝土试块的抗折强度与抗压强度进行试验研究,抗折试验试块尺寸为100mm×100mm×400mm,抗压试验试块尺寸为100mm×100mmX 100mm,每种掺量下试块有3块,抗折抗压试块共有96块。试验分析了在单掺硫酸钙晶须,单掺聚丙烯纤维和混掺硫酸钙晶须与聚丙烯纤维下混凝土抗折抗压强度的变化影响,此外还分析了硫酸钙晶须与聚丙烯纤维在混凝土中的混杂效应。最后,针对试验中出现的试验结果与试验现象,分析了硫酸钙晶须对水泥基符合材料影响机理,揭示了在提高水泥基复合材料强度的过程中,硫酸钙晶须与聚丙烯纤维的分工与作用。

关键词： SU-8胶   复合材料   力学性能   阻尼性能   分子动力学模拟  

摘要： 近年来,聚合物材料的研究成为了当前国内外学者的研究重点,许多研究者致力于开发新的材料配方、改进已有材料,希望能够合成天然的、具有优异特性的仿生材料。因此,本文基于SU-8光刻胶在MEMS领域的广泛应用,运用分子动力学的研究方法,针对SU-8胶及复合材料的力学、热力学及阻尼性能等进行研究。不仅能够实现材料宏观性质的预测,还有助于从微观上认识和解析出材料宏观现象产生的机理。首先,本文结合分子力学和分子动力学的基本理论,分析了适合聚合物材料研究的分子动力学的力场、系综、边界等条件,提出了基于COMPASS分子力场,经过分子聚合、能量最小化和退火模拟等构建非交联和交联的SU-8光刻胶模型的方法。计算得到了SU-8胶在室温条件下的杨氏模量、泊松比等力学性能参数,并将模拟结果与实验结果对比证明了建立材料模型方法的可行性以及分子动力学算法的有效性。其次,建立SU-8胶和不同类型碳纳米管共混的复合材料模型,利用分子动力学的方法研究不同类型的碳纳米管对材料力学性能的影响,结果表明：碳纳米管可以极大的提高材料力学性能；随着碳纳米管管径增加复合材料杨氏模量逐渐减小；同时证明了相对于单壁碳纳米管而言,双壁碳纳米管更能显著改善材料力学性能。再次,利用分子动力学模拟研究了SU-8胶的玻璃化转变行为及其主要的影响因素,预测得到了非交联和交联SU-8胶的玻璃化转变温度分别为326.7K和494.8K。着重讨论了力场能量项对玻璃化转变温度的影响,得到非键能的改变是影响玻璃化转变的主要因素,有助于深入理解玻璃化转变过程的本质和研究材料阻尼性能的微观机理。同时,利用动态机械分析(DMA)实验测试得到了不同工艺参数的SU-8胶玻璃化转变温度。最后,计算了SU-8胶及复合材料的氢键、径向分布函数、自由体积分数和结合能等相关参数。通过计算复合材料界面结合能来得到碳纳米管和SU-8胶的结合强度；通过计算SU-8胶的氢键和径向分布函数,可知分子内和分子间的相互作用方式；通过复合材料自由体积的计算,结合自由体积的变化对玻璃化转变的影响,讨论了自由体积和氢键等参数对于材料阻尼性能的影响,为聚合物基阻尼复合材料的设计提供参考。

关键词： 玄武岩   复合材料   表面处理   上浆   界面  

摘要： 玄武岩纤维（BF）是一种无机矿物纤维，具有优异的力学性能、耐高温、耐酸碱、对环境无污染等一系列优良性能。从而以其为增强体制成的复合材料，广泛应用于航空航天、建筑、农业等军工和民用领域。但是，由于玄武岩纤维表面光滑且表面呈现化学惰性，作为树脂基复合材料的增强体时与树脂的粘附性及浸润性差，使得复合材料无法充分发挥玄武岩纤维的力学性能优势。因此，对该纤维进行表面处理以改善复合材料的界面性能具有重要意义。 本文采用红外光谱和X射线荧光光谱分析玄武岩纤维表面原有上浆剂成分，设计了三种去胶方案并验证去胶效果的好坏;采用五种新型水性乳液型上浆剂，没有上浆剂3个用量，对玄武岩织物进行上浆处理;采用手糊成型方式，将未处理和处理后的玄武岩纤维制成玄武岩/环氧树脂复合材料，并对其进行拉伸，弯曲，冲击等力学实验，从宏观力学角度评价和分析表面处理对复合材料力学的影响;结果表明：经过上浆剂表面处理之后，玄武岩/环氧树脂复合材料的拉伸强度明显提升而模量略有下降;弯曲强度和冲击强度均未上升，与未处理基本持平，而弯曲模量和冲击模量略有下降。说明上浆剂在纤维表面和树脂间形成了柔性界面，改善了复合材料的拉伸性能。但对弯曲和冲击性能的改善并不明显。其中，HA50c-5%, HA50c-10%两种组合效果最好。

关键词： 聚四氟乙烯/铝/钨   反应材料   本构模型   点火特性  

摘要： 反应材料是一种在高聚物中填充金属、合金等非炸药成分的含能材料,在高速撞击作用下会快速发生反应,释放能量。为了研究未发生损伤和发生损伤的反应材料在不同撞击作用下的力学性能和点火特性,本文分别使用了实验研究、理论分析和仿真计算的方法,最终得到了聚四氟乙烯/铝/钨材料在撞击过程中的宏观力学特性和点火特性变化的规律。针对反应材料的力学性能和点火特性试验研究,首先使用分离式霍普金森杆(SHPB)对反应材料进行中低应变率加载,获得了SHPB加载下材料的力学特性,拟合了材料的Johnson-Cook本构模型,并通过LS-DYNA仿真计算,验证了模型参数的合理性。其次,分别使用SHPB进行高应变率加载和落锤直接撞击以及压剪加载,得到材料发生反应的临界应力和单位质量材料发生点火反应的输入能量。最后,为了研究损伤对材料的力学性能和点火特性影响,使用静态试验机压缩材料产生预变形,分别使用SHPB和落锤实验进行研究,对比损伤前后材料的力学性能和点火特性,结果表明损伤对材料的力学性能和点火特性具有很大的影响。针对反应材料的反应机理,通过分析反应材料的化学和热学性能,初步得到材料发生反应的可能过程;并引入材料的热塑性模型,使用Fortran编写程序计算加载过程中材料的宏观温度变化,对比实验结果,验证了模型的合理性,初步得到了由于材料的力学性能变化而引起温度变化的规律特性。

ISBN: (纸本)9787115380609

关键词： 应用型   材料力学   工程实践  

摘要： 随着目前应用技术大学转型的发展,对高等工科学校材料力学课程的教学内容和方法等,提出了材料力学课程理论教学和实验教学的改革意见,并结合工程实践对力学实验教学进行了更深入的探讨,也初步指明了应用型人才培养目标下,材料力学课程新的教改方向。

关键词： ALUMINUM alloys   NANOSTRUCTURED materials   SHEAR (Mechanics)   LAMINATED metals   METALLIC composites   METALS -- Mechanical properties   SCANNING electron microscopy  

摘要： The laminated metal composites (LMCs) of dissimilar metals (aluminium alloys: AA1100/AA7075) were fabricated using the accumulative roll bonding technique in conjunction with cold rolling. The LMCs of ultrafine grained AA1100 and nanostructured precipitates of AA7075 achieved metallurgical bonding. The microstructure of the bonding interfaces and constituent metals was investigated using scanning electron microscopy and transmission electron microscopy for the LMCs with different layers. The deformation incompatibility and shear actions were analyzed using the microanalysis of dissimilar bonding interfaces. The mechanism of grain refinement of LMCs was investigated and described based on the microstructure characterization. The mechanical properties, strengthening mechanism, and fracture mechanism of LMCs were also investigated. The research results showed that the strengthening mechanism of LMCs is the recombination action of grain refinement, dislocation, and laminated interfacial strengthening. The coordinated deformation of dissimilar metals and the layer thickness are important in improving the mechanical properties of LMCs consisting of dissimilar metals.

关键词： 三维六向编织复合材料   力学性能试验   刚度预报   参数反演  

摘要： 三维六向编织复合材料是在三维四向编织预成型体的基础上,分别在纵向和横向上添加不动纱而形成的一种整体结构性能良好的编织结构,因其除了具有高比刚度、高比强度的优点之外,在面外性能、剪切性能、结构可设计性等方面表现优异,故在航空航天领域应用前景广阔。但研究其力学行为的文献报道较少,仅有的研究主要针对的是不同编织角、不同纤维体积分数对材料拉伸或连接性能的影响,这是设计阶段材料选型和使用过程中工艺要求所需要的,但作为一种典型的正交各向异性和拉压双模量复合材料,在设计和使用阶段,还需重点考虑材料在不同工况下、不同方向上的力学性能差异,此外,针对材料刚度的预报,目前还缺乏与真实细观结构观测结果的结合和考虑拉压不同性能,而且借鉴于纤维增强层合板相关实验标准,对材料进行性能测试,面临实验工作量大、周期长、效率低、费用高等困难,且在不同类型的实验之间,由于试样形状不一和复合材料数据的离散性,在对数据进行横向比较方面存在一定难度,急需发展一种一次实验测出多个力学性能参数的方法。因此,针对上述存在的不足和困难,本文主要进行以下三个方面的研究。首先对小编织角、中等纤维体积含量的T300/TDE86三维六向编织复合材料进行了不同工况下、不同方向上的力学性能试验,包括:纵向拉伸、三个不同方向上的压缩和面内剪切性能试验,获得了相应的强度和模量等数据,以及破坏模式与损伤机制,并详细横向比较了它们之间的异同及原因。其次在四步法编织工艺的基础上,对原始材料和烧去树脂后的材料进行了不同方位上不同纱线走向的观测,确定了材料的细观结构形式和特征参数,以及纱线之间的扭结、接触情况,在一定假设条件的基础上,考虑到材料宏观实际尺寸,建立了厚度方向上的全尺寸几何分析模型,采用已有文献关于纤维束和基体的组分材料力学性能参数,利用刚度组装技术对几何分析模型进行了不同方向上的刚度预报,预报结果与实验数据相比,除厚度方向压缩性能和面内剪切刚度误差较大外,其余吻合均较好,说明了本章刚度预报方法的准确性;最后联合使用数字图像相关技术(DIC)和有限元对三维六向编织复合材料的开孔试样在拉伸条件下进行了真实应变场和模拟应变场之间的误差分析,并搭建了优化更新平台,以支反力为约束条件,应变场误差为目标函数,采用单纯形法对四个面内性能参数为设计变量进行了优化,收敛结果与相应试验测试数据吻合较好,说明了该平台的可行性。

关键词： 材料力学   弹性力学   研究方法  

摘要： 材料力学与弹性力学作为力学的重要分支学科，尽管在研究内容和目的等方面相似，但其研究方法却有明显差异，本文将就两者的差异进行综述。

ISBN: (纸本)9787030423962