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关键词： 金属基复合材料   复合材料缺陷   应力场模拟   尺寸稳定性  

摘要： 在挤压铸造法制备铝复合材料过程中会产生夹层缺陷,夹层对材料强度的影响规律尚未有研究,至今无法确定含夹层缺陷材料的许用极限,因此,无法制定国家标准。本文以含有夹层缺陷的SiCp/2024Al复合材料为研究对象,通过弯曲试验、拉伸试验和尺寸稳定性实验研究了夹层缺陷的方向和厚度对复合材料力学性能和尺寸稳定性的影响规律。试验中选取的夹层缺陷与试样轴线方向之间的夹角分别为30°、45°、90°。 试验表明,无夹层缺陷的SiCp/2024Al复合材料的弯曲强度为867.8MPa。含夹层缺陷复合材料的弯曲强度与夹层缺陷的方向及厚度存在如下的关系式： 即随着夹层缺陷厚度的增加,复合材料的弯曲强度呈现指数下降的趋势。而当夹层缺陷的厚度一定时,30°方向和90°方向的夹层缺陷对复合材料的弯曲强度影响都较小,且较接近,而45°方向的夹层缺陷对弯曲强度的影响最为剧烈。 无夹层缺陷的SiCp/2024Al复合材料的抗拉强度为544.4MPa。含夹层缺陷复合材料的抗拉强度与夹层缺陷的方向及厚度存在如下的关系式： 即随着夹层缺陷厚度的增加,复合材料的弯曲强度呈现指数形式的下降趋势。而当夹层缺陷的厚度一定时,45°方向夹层缺陷对复合材料抗拉强度的影响最小,90°方向夹层缺陷次之,30°方向夹层缺陷的影响最大。 在拉伸载荷下会在夹层缺陷附近的复合材料中产生明显的应力集中,并且应力集中系数随着夹层缺陷厚度的增加,也呈现指数形式的增大趋势。 含有夹层缺陷的复合材料在热处理之后会产生较大的残余应力,随着夹层缺陷厚度的增加,含30°方向夹层缺陷附近的热残余应力逐渐增加,而含45°90°方向夹层缺陷附近的热残余应力却逐渐降低。 随着夹层缺陷厚度的增加,含30°和45°方向夹层缺陷的复合材料的尺寸稳定性整体上呈现降低趋势；含90°方向夹层缺陷的复合材料稳定性基本保持不变。

关键词： 硅溶胶   硅烷偶联剂   水泥胶砂   力学性能  

摘要： 本文主要研究了不同pH值硅溶胶对水泥胶砂力学性能的影响规律、分析了酸性、中性及碱性硅溶胶的作用机理；改性硅溶胶的合成工艺、硅烷偶联剂的作用机理；初步探讨了改性硅溶胶的涂刷量；研究了内掺碱性硅溶胶、外涂改性硅溶胶两种方式处理砂浆，通过碳化、硫酸盐侵蚀、抗冻实验研究其对水泥胶砂试块耐久性的影响规律。试验结果表明： （1）硅溶胶中的纳米SiO2具有很高的火山灰活性，可以与水化产物Ca(OH)2发生反应形成C-S-H凝胶。相比与A25和N25而言，PA30中的纳米二氧化硅能更好的在水泥浆体中分散，其水化产物填充空隙，SEM观察硬化水泥浆体结构呈现整体化，而在掺A25和N25的硬化水泥浆体中均有团聚体出现，微观结构的改善使得内掺PA30的胶砂试块的力学性能得到大幅度的提高。 （2）通过对改性硅溶胶稳定性的研究，得出采用短链的硅烷偶联剂和低分子量的醇类表面活性剂可以使改性溶液更稳定的存在；通过对硅烷偶联剂和净浆吸水率的研究，得到短链的硅烷偶联剂改性无机硅溶胶的最佳合成工艺为：MSiO2：M偶联剂=3：1；pH=2；合成温度为40℃；合成时间为40min。MTMS改性硅溶胶的憎水效果要明显优于MTES，溶液的稳定性更高并采用红外光谱分析了硅烷偶联剂的接枝机理。 （3）通过对砂浆厚度、浸渍时间的研究，得到改性硅溶胶涂刷量趋于定值0.21-0.22Kg/m2，研究了外涂碱性硅溶胶和分别内掺、外涂改性硅溶胶研究其对水泥砂浆力学性能的影响，结果表明：外涂的方式对水泥胶砂的28d抗压强度影响不大，对28d抗折强度有一定的影响；内掺改性硅溶胶会明显降低水泥净浆的早期抗压强度，会延长水泥的凝结时间。 （4）内掺PA30和外涂改性A25两种方式对水泥胶砂试块均能减少其碳化深度，提高水泥胶砂的抗碳化性能；可以明显的降低因冻融循环导致的强度损失和质量损失；提高水泥胶砂试块的抗硫酸盐性能。与内掺相比，外涂的方式更能使活性纳米二氧化硅在试块表面集中，未改性活性纳米二氧化硅二次水化的填充效应、复合涂层的憎水效应、涂层的隔断效应使得外涂硅溶胶的胶砂试块能够更好的抵抗外界侵蚀介质的进入，从而使得水泥胶砂试块具有更高的抗碳化、抗冻性能和抗硫酸盐侵蚀性能。

关键词： 氧化铝陶瓷刀具   力学性能   复合材料   显微结构  

摘要： 本文在设计制备氧化铝基陶瓷刀具的基础上，进一步研制了新型的氧化铝基陶瓷刀具材料。通过添加金属钴、稀土金属钇、以及氧化物，如氧化钇、氧化铈来改善氧化铝陶瓷刀具本身所具有的不足。同时，具体研究了钴、钇、氧化钇和氧化铈的加入对于氧化铝陶瓷刀具力学性能的影响。　　钴金属的加入对于Al2O3陶瓷刀具力学性能的影响。陶瓷磨损速率的增大是由于冲击角度的增大，最大的磨损速率出现在冲击角度接近90°时，ATC陶瓷的耐磨速率与AT30陶瓷相比降低了30％。在不同的冲击速度下，不同类型的样品磨损速率不同。不同类型的样品磨损速率的增大是由于冲击速度的增大引起的。这意味着在恒定粒子尺寸的情况下增加粒子速度，即增加瞬时表面撞击压力，能够引起形变和断裂。一个临界变形量引起微裂纹的产生和随着这些裂缝的进一步传播导致材料形变。　　CeO2的含量对Al2O3陶瓷复合刀具力学性能的影响。随着氧化铈量的改变和温度的变化，在表面会形成不同的种类的氧化铈。当氧化铈的量高于6wt.%时，在氧化铝表面会形成二氧化铈纳米晶体，当百分含量低于6wt.%时，会形成无定形二氧化铈。当1wt.%的二氧化铈被添加时，由于氧化铈和氧化铝之间强烈的相互作用会导致CeAlO3相的形成。在界面上的氧空位稳定性要低于在氧化铝界面处的单层氧化铈。氧化铝/氧化铈刀具的侧面磨损可以与商用的ZTA进行比较。侧面磨损情况要优于纯的氧化铝陶瓷刀具。磨损和粘附在侧面磨损的磨损机理中占主要的原因。氧化铝/氧化铈复合陶瓷刀具由于更加优良的机械性能，它的侧面磨损阻抗要优于纯的氧化铝陶瓷刀具。　　CeO2、Y2O3协同增韧Al2O3陶瓷刀具及其对其力学性能的影响。比表面积越大，机械性能越好，烧结的样品越密实。原因解释就是比表面积越大对应颗粒具有更高的烧结驱动力。随着烧结时间的增加，试样的硬度会下降原因在于颗粒尺寸的增加。在1500℃煅烧的条件下具有较好硬度以及断裂韧性的最佳煅烧时间为2h;在一定颗粒尺寸条件下的硬度。随着颗粒尺寸的增加，样品的硬度会相对减小。趋势上的变化可能是由于密度效应和相组成不同的原因。两者的影响大不相同，由于裂缝的产生来源于单斜相的存在;在相同的长度条件下，表面裂缝长度越短，意味着裂纹的扩展遇到的阻抗就越大，所得到的断裂韧性值就大。　　稀土金属钇的加入对于氧化铝陶瓷刀具力学性能的影响。当钇含量小于1wt.%时，材料的弯曲强度得到不同程度的增加。最大增加量达到了20%，当钇含量为0.5wt.%时，最大弯曲强度大约是1010MPa。当高于1wt.%时，弯曲强度随钇含量增加而增加。钇含量对材料的断裂韧性起到了显著作用。钇含量为0.75wt.%的材料的断裂韧性是6.1 MPa·m1/2，含量为零的材料断裂韧性是5.25 MPa·m1/2。前一个强度比后一个高15%;当钇含量增加时，很容易出现粗颗粒。这种粗颗粒的出现好像是材料弯曲强度增加的一种主导因素。根据材料增韧机理的分析，钇可以通过与材料中杂质反应纯化陶瓷相之间的界面，形成复杂的稀土元素复合物，从而增加了界面之间的粘结强度。结果是使材料的裂纹扩展阻力、弯曲强度和断裂韧性增加。

关键词： 材料力学   教学改革   工科  

摘要： 针对工科专业学生面向实际工程应用的特点,在材料力学教学过程中,随着学科和工程实际的发展,不断调整教学内容,改进教学与考核手段,培养学生解决实际问题的能力。实践表明,这些举措对材料力学教学创新不断深入,提高教学质量有一定的价值。

关键词： 材料力学-高等学校-教材  

摘要： 本书可作为高等院校工科力学专业、水利、土木类专业及其他专业的材料力学教材或参考书

关键词： 钢基岩石复合材料   力学性能   强度   韧性  

摘要： 采用试验方法研究了钢基体类型、钢含量、块石类型等因素对钢基岩石复合材料(SRC)抗压性能的影响规律。试验结果表明,提高钢基体材料的强度、增加钢含量以及提高块石的强度,都能够提高其抗压屈服强度和极限强度。钢基岩石复合材料表现出类似于钢的力学特征,材料屈服后呈现出应变强化材料的特征,材料的极限抗压强度高达230 MPa以上,是一种性能优异的工程防护材料。

关键词： 木塑复合材料   力学性能   因素  

摘要： 本文主要围绕着木塑复合材料展开研究，主要探讨了木塑复合材料力学性能影响因素，分析了其中比较关键的几个因素，以期能够为木塑复合材料的应用提供有意义的理论参考。

关键词： 机织复合材料   力学性能   解析法   多尺度计算   强度  

摘要： 与传统层合复合材料相比，机织复合材料不仅保持了轻质高强的优势，更在改进层间层内强度、结构可设计性和制造成本等方面具有巨大的潜力，近年来，在航空航天、汽车、生物工程等领域得到了广泛的应用。为了在结构设计中充分发挥机织复合材料的优势，必须首先了解其力学性能。然而，机织复合材料的细观结构十分复杂，导致其力学性能的预测，尤其是强度预测，成为一项困难而又富有挑战性的工作。常规的计算方法可以归纳为参数传递式方法，即对纤维单丝尺度、纤维束尺度、单胞尺度依次进行分析。在每一级尺度下，都采用平均化的方法预测出材料的等效刚度和强度，并将计算结果输出到下一级尺度。在宏观载荷作用下，这类方法只能得到机织复合材料平均化的宏观力学性能，而无法同步获取纤维束尺度及纤维单丝尺度下的局部应力应变场，故无法揭示机织复合材料的失效机理及破坏过程。 本文提出了一种用于预测机织复合材料力学性能的新方法——多尺度关联方法。与传统的参数传递式方法不同，多尺度关联方法基于连续介质力学和均匀化理论，通过自下向上均匀化方法和自上向下应力分解方法，构建了各级尺度间的关联，实现多尺度同步分析。该方法充分考虑了影响机织复合材料力学性能的众多因素，如组分材料属性、纤维体积含量、纤维束交织方式、纤维束卷曲幅度、编织角度及制造误差等。在计算过程中，只需给出纤维和基体的材料属性及编织构型，无需测定纤维束或机织复合材料单层板的力学性能，这有利于减少试验量，为工程应用提供了极大方便。多尺度关联方法首先采用自下向上刚度均匀化方法，逐级预测出纤维单丝尺度、纤维束尺度、单胞尺度下材料的等效刚度矩阵。此后，基于连续介质力学及均匀化理论，构建了相邻尺度间的多尺度应力关联矩阵。在任意载荷作用下，可根据多尺度应力关联矩阵将单胞所受载荷自上向下进行分解，从而同步获取单胞尺度、纤维束尺度、纤维单丝尺度下的应力应变场。在失效分析时，充分考虑局部细观组分的损伤状态，当局部纤维或基体满足各自强度准则时认为该层纤维束中的该组分材料破坏，并对失效的组分材料进行相应的刚度折减。最后，由此计算得到机织复合材料的刚度、强度、初始失效及破坏过程。 本文采用多尺度关联方法对三轴编织、平纹机织、斜纹机织和缎纹机织复合材料的力学性能进行了计算，并进一步预测了机织复合材料层压板的刚度与强度。通过试验验证可知，该多尺度关联方法能够准确分析出试验过程中难以捕捉的失效机理和失效顺序，所采用的刚度折减方法也与试验结果吻合较好。对于难度较大的强度预报，本文虽然采用了最简便的细观失效准则，但仍然有着很高的计算精度，这充分验证了多尺度关联方法的正确性与可行性。同时，本文还研究了不同编织角、纤维束屈曲幅度及制造误差对机织复合材料力学性能的影响。结果表明，对于三轴编织复合材料，制造误差会导致其强度下降，且影响最大的是斜纤维束的制造缺陷。 由于多尺度关联方法具有较高的计算效率及计算精度，本文以此方法为理论依据，开发了首套基于多尺度关联方法的机织复合材料力学性能计算软件，适用于机织复合材料的结构分析及优化设计。该软件现已申请国家计算机软件著作权。

关键词： C/C复合材料   力学性能   体外相容性   热解碳涂层   碳化硅涂层   羟基磷灰石   双层涂层  

摘要： 摘要：本文采用不同密度针刺整体毡作为预制体,通过化学气相渗透(CVI)增密制备了C/C复合材料,随后选取样品进行了加工后再增密、中心钻孔,分析对比了力学强度和模量变化,并对其断裂行为进行简要分析；在C/C复合材料表面分别制备热解碳涂层和碳化硅涂层,进行了模拟体液浸泡和细胞培养实验,观察材料的矿物诱导能力和对细胞粘附生长的影响,并对机理做了初步探讨；同时,在C/C基体的热解碳涂层表面,采用溶胶-凝胶法制备了羟基磷灰石(HA)涂层,并进行了细胞培养实验。主要结论如下： 在实验范围内,C/C复合材料的弯曲、剪切、压缩等力学强度和模量随预制体密度提高而提高。加工后再增密可有效地提高C/C的力学性能。中心钻孔会显著降低针刺毡预制体C/C复合材料的弯曲强度,主要原因是截面减小引起的应力集中导致。 热解碳和碳化硅涂层均有利于使C/C表面的疏松层状结构变密实；热解碳涂层的细胞相容性最好,碳化硅涂层次之,无涂层的表面最差。主要原因是热解碳涂层球形颗粒间的凹陷有利于细胞粘附,而光滑的球形表面则有利于成骨细胞伪足的生长。 所制备的HA晶粒尺寸在50nm左右；过氧化氢和过硫酸铵预处理可有效地提高C/C表面HA涂层分布的均匀性。细胞实验结果显示,PyC+HA双层涂层具有良好的细胞活性。图62幅,表12个,参考文献85篇。

关键词： 风机叶片   多尺度复合材料   碳纳米管   等效性能   均匀化理论  

摘要： 在风机叶片大型化、轻质化以及海洋化的发展趋势下，要求更高强度和刚度的叶片复合材料。具有优异性能的碳纳米管的发现为风机叶片复合材料的发展带来了新的契机。利用化学气相沉积法使碳纳米管原位生长在碳纤维上形成多尺度增强体，不仅能有效地改善碳纳米管在基体中的团聚缺陷，还由于碳纳米管的径向分布使多尺度复合材料的横向增强效果加强，并改善碳纤维与基体的界面粘结性能。本文采用均匀化理论，利用ANSYS/APDL语言编写计算程序，建立复合材料多尺度模型，运用二次均匀化方法，预测了碳纳米管/碳纤多尺度风机叶片复合材料的等效性能，为碳纳米管在叶片材料中的应用提供依据。 首先建立了预测碳纳米管/碳纤多尺度风机叶片复合材料等效力学性能的二维模型。利用ANSYS/APDL语言编写计算程序，通过二次均匀化方法，预测了碳纳米管参数（生长长度、生长直径、弹性模量）、碳纤维参数（直径、弹性模量）和碳纤维不同排布（正方形排布、正三角形排布以及正方形对角排布）、基体特性（弹性模量、泊松比）及碳纳米管与基体界面层的特性（厚度、体积分数、弹性模量、泊松比）等对多尺度风机叶片复合材料等效性能的影响规律。结果表明，碳纳米管的原位生长提高了多尺度复合材料的等效性能；作为主要的承载体，合理的碳纤维尺寸与排布也能大大改善其等效性能；选择合适的基体能改善复合材料的等效性能；碳纳米管与基体界面层的存在对复合材料的等效性能影响不大。 其次建立了预测波形碳纳米管/碳纤多尺度风机叶片复合材料等效力学性能的二维模型。预测了波形碳纳米管的参数（振幅、波长、生长直径、体积分数）对多尺度风机叶片复合材料等效性能的影响规律。结果表明，波形碳纳米管对多尺度风机叶片复合材料的等效性能有一定影响。 本文研究为多尺度复合材料在风机叶片中的应用提供一定的指导作用。