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关键词： 炭黑填充橡胶   Mullins效应   迟滞损耗   应力松弛  

摘要： 为了研究炭黑对橡胶材料力学性能的影响,对9种不同体积含量的炭黑填充橡胶材料进行了准静态力学实验研究。利用循环拉伸加卸载实验分析了炭黑对橡胶Mullins效应及能量损耗的影响,通过单轴拉伸实验研究了炭黑对橡胶材料刚度和起始模量的影响,采用多步松弛拉伸加卸载实验研究了炭黑对橡胶材料应力行为的应变历史相关性的影响。实验结果表明:炭黑填充量越高,橡胶材料的刚度越大,初始模量越大,Mullins效应也越明显;随着炭黑填充量的增加,橡胶在加卸载循环中所产生的迟滞损耗、Mullins效应相对能量损耗以及残余应变都呈现出非线性增长趋势;随着炭黑填充量的升高,橡胶在加卸载过程中的应力松弛现象越明显,其平衡态迟滞损耗以及与时间相关部分的迟滞损耗也越大。

关键词： Carbon/Carbon composites   Homogenization   X-ray tomography reconstruction   Image based FEM   Cohesive surfaces  

摘要： Finite element mesh of multi-directional 4D carbon/carbon (C/C) composite was reconstructed from 2D images obtained by X-ray tomography. Thus, imperfections in the composite such as voids, misalignment and cross-section distortion of the fibre bundles were directly incorporated in the finite element mesh. 2D images of the composite were also used for the characterization of the porosity in the composite. The effect of these micro structural imperfections was studies by assuming perfect bonding at the bundle/matrix interface. The initial mechanical properties of the composite were obtained from unit cell analysis using asymptotic homogenization and moduli in x, y and z directions were 39, 25 and 44 GPa. However, matrix and bundle/matrix interfacial cracks were also clearly visible in the X-ray tomographic images. Later, the effects of debonding was incorporated by using frictional cohesive interaction at bundle/matrix interfaces and matrix cracking was modeled by degrading the elastic properties of matrix. Final, the response of the composite was studied under six individual load cases.

关键词： 纬编针织物   玻璃纤维   纬编结构   VARTM   拉伸性能   弯曲性能   有限元分析  

摘要： 纬编针织物由于其独特的三维弯曲线圈结构和相邻线圈之间的连接方式,使其具有较好的延伸性和柔顺性。纬编针织物作为增强体赋予了复合材料优异的延伸性、抗冲击性及成型性。较其它纺织结构的复合材料而言,纬编针织结构增强复合材料的研究较少,且研究主要以在针织物的纵向和横向衬入高性能纱线为主,并不是真正意义上的利用高强度纱线编织的针织物,因此直接利用高性能纤维编织无衬经衬纬的纬编针织物作为复合材料的增强体,对复合材料的力学性能研究具有一定的意义。本课题首先分析了玻璃纤维的可编织性能,并与棉和涤纶长丝作比对,试验结果表明玻璃纤维的强度较高、摩擦系数较大,但其钩结强度、圈强力效率则远远低于棉和涤纶长丝,且玻璃纤维在编织过程中损伤较为严重,容易断裂,所以玻璃纤维在电脑横机上编织较困难。在编织的过程中,通过对电脑横机速度、给纱张力、牵拉力、线圈长度等参数的调整及优化,织制了质量良好,表面平整的七种不同组织的纬编针织物。其次,选用环氧树脂为基体,利用真空辅助树脂传递模塑成型方法制备复合材料试样,并测试复合材料试样的基本参数。试验结果表明,通过真空辅助模塑树脂转移技术制备的复合材料表面平整,孔隙率较低,且纤维体积含量较高。在万能试验机上测试复合材料试样的拉伸、弯曲等力学性能,分析在不同方向上力学性能参数产生差异的原因,探讨了预制件结构对复合材料力学性能的影响。测试结果表明,力学性能的大小主要受承载纱线的根数、纱线的取向度以及纤维所占比重的影响。最后,利用Pro/E软件建立1+1变化平针复合材料模型,并用ABAQUS有限元分析软件对复合材料模型纵向和横向的拉伸性能进行了有限元分析和计算。试验结果表明,通过模拟分析和计算得到的结果与拉伸试验实测结果具有较好的一致性。

关键词： 纳米复合材料   碳纤维   环氧树脂   力学性能  

摘要： 随着聚合物及其复合材料的广泛应用,人们对高模量高强度材料的需求日益增加。环氧树脂作为常用的纤维复合材料基体材料,由于其本身脆性较大,导致其在一些领域的应用受到限制。近几年,为了增强环氧树脂及其复合材料的力学性能,纳米颗粒常被作为增强相添加到环氧树脂基体中,以此形成纳米复合材料,这为环氧树脂基复合材料的低成本、高性能和多功能化,提供了一条有效的途径。本文利用多种混合方法,在环氧树脂里分散了不同种类的纳米颗粒,对纳米颗粒改性环氧树脂复合材料的制备和性能进行了研究和数值模拟分析,并讨论了相关增强增韧机理。此外本文还研究了纳米颗粒对碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能的影响。详述如下:第二章研究了不同纳米二氧化硅含量对环氧树脂试验拉伸性能的影响,结合三种理论模型预测纳米复合材料模量,同时利用Python语言编写了纳米颗粒的随机分散程序,采用有限元分析软件ABAQUS对纳米复合材料的拉伸性能进行数值模拟分析,并模拟了颗粒脱粘现象和基体裂纹扩展。第三章采用三种不同的环氧树脂固化剂(Piperidine,2954和DDS),研究纳米二氧化硅、纳米粘土、液体橡胶CTBN及它们的混合体系对环氧树脂压缩性能的影响,同时对比了三种不同固化体系下环氧树脂的失效模式。第四章研究了纳米二氧化硅和纳米石墨对环氧树脂断裂性能的影响。已有研究表明橡胶弹性体虽然可大幅增加环氧树脂的韧性,但同时会降低其弹性模量、强度及耐热性能。本章采用刚性颗粒改性环氧树脂,研究不同刚性颗粒含量对环氧树脂断裂韧性影响,并利用扫描电子显微镜(SEM)分析相应体系的增韧机理。第五章利用真空辅助树脂注入成型(VARIM)工艺制备单向碳纤维/环氧树脂复合材料。加入不同含量的纳米二氧化硅,纳米粘土和CTBN液体橡胶对环氧树脂基体进行改性,研究其对碳纤维复合材料压缩及弯曲性能的影响,同时分析其失效方式。

关键词： 3D fabric sandwich composites   3D fiber sandwich composites   flat compression properties   shear properties   flexure properties  

摘要： Three-dimensional fabric sandwich composites (3D fabric composites) were prepared by impregnating epoxy resin in a hand lay-up procedure. Two types of the 3D fabric composites with the core height of 10mm and 20mm were selected to study the mechanical properties of 3D fabric composites, including flat compression, shear, and flexure properties. The results show that the flexure properties of the 3D fabric composites increased with the increase of core height, while the flat compression and shear properties decreased. Compared with the 3D fiber composites, the 3D fabric composites have much better flat compression and shear properties, although the flexure properties were similar. This work could provide a reference for the optimization of design and mechanical properties of the 3D fabric sandwich composites.

关键词： 课程改革   材料力学   考核方式  

摘要： 以湖北文理学院土木工程专业为例,结合我院现状和多年的工作经验,深入探讨材料力学课程的改革研究,提出了从教学内容、教学方法、考察考核方式等方面的一些改革措施,以加强对学生应用能力的培养。

关键词： 纳米复合材料   纳米粒子   聚酰亚胺   分子动力学   力学性质   共价接枝  

摘要： 当前，纳米粒子增强聚合物基复合材料(NRPC)是纳米材料科学领域的研究热点之一，它综合了纳米粒子和聚合物的优良性能，在很多领域得到广泛应用。由于纳米粒子表面原子数多、活性高且断键多，易于团聚，它的纳米尺寸效应不能得到很好发挥，很多研究者的实验结果表明对纳米粒子进行改性处理可有效改善复合材料性能。随着计算机技术的发展，分子软件模拟研究可弥补实验中难以定性定量进行分析的不足，提供更直观的结果供分析，进而指导实验的进行。 本文首先根据Mori-Tanaka方法推导考虑界面相线性变化时复合材料有效模量的计算公式，得到复合材料的弹性模量和泊松比，并进一步分析界面层厚度、纳米粒子粒径和体积分数对其力学性能的影响。 结合分子动力学理论，利用Materials Studio软件建立二氧化硅(SiO2)纳米粒子和聚酰亚胺(PI)的分子模型，再进行如下分析研究： 1、建立SiO2/PI复合材料单胞模型，计算其力学性质，求得单胞的杨氏模量、泊松比等，讨论纳米粒子粒径及体积分数对复合材料力学性能的影响。结果表明：相较于纯聚酰亚胺，纳米粒子在一定程度上可以提高聚酰亚胺的力学性能。 2、在Materials Studio软件中分别对SiO2纳米粒子进行硅丙烷改性、与聚酰亚胺高分子链直接接枝和硅丙烷接枝三种处理方法，模拟计算经过三种处理的SiO2纳米粒子填充PI复合材料的力学性能，讨论粒子粒径及接枝率对复合材料力学性能的影响；从能量的角度分析纳米粒子改性前后与聚合物基体之间能量的变化，预测粒子与基体界面起主要作用的力，揭示纳米粒子改性对复合材料力学性能影响的作用机理。结果表明硅丙烷共价接枝后接枝率为5%时复合材料杨氏模量提高了15%。 3、模拟计算纳米粒子之间的相互作用能，纳米粒子在基体中容易产生团聚的主导因素。

关键词： 一般院校   材料力学实验   教学效果   思索  

摘要： 根据一般院校材料力学实验教学的特殊性,分析其硬件条件难以改善和普通教改不一定适合它。结合教学实际,提出"从形而上着手提高的方法"来解决这一问题,并对这一方法在自身的实践中进行了总结。

关键词： 学术研讨会   物理测试   信息网   冶金   学术活动计划   材料力学   出版社   加工工艺  

摘要： 根据2012年度“全国冶金物理测试信息网”（以下简称“物理网”）学术活动计划安排，物理网2013年学术研讨会及2014年度网工作会原定于2013年10月底或11月初召开，因以下原因推迟至2014年上半年在武钢召开：1）《钢铁材料力学与工艺性能标准试样图集和加工工艺汇编》（以下简称“汇编”）迟迟不能落实出版日期，近日在华工周总和主编王克杰与冶金出版社的共同努力下，确定于2013年11月底出版（现在征集广告彩页）；2）学术论文征稿从2013年6月发出两轮至今，只有金相热处理栏目11篇；力学试样加工3篇；X光荧光1篇；物性1篇；电子光学1篇。为此，经网秘书处与部分技委会主任委员商定，将会议推迟至2014年上半年召开。现发出预通知及有关事项如下：