教学课程资源库 更多>>

关键词： 工程材料-材料力学性质-高等学校-教材  

关键词： 医用材料   纸质支架   弹性模量   材料力学  

摘要： 目的：对塑形纸质支架夹板进行生物力学性能测试，并与传统的柳木夹板进行对比分析探讨该夹板的生物力学性能。对两种不同复合比例制作的塑形纸质支架夹板的在弯曲和压缩的作用下，分析其弯曲强度极限、挠度、弯曲强度、弯曲弹性模量、压缩强度极限、最大变形及压缩强度等力学数据，评价出较好力学性能的一种作为规范化生产的依据。\n 方法：以天津医院假肢厂生产的传统柳木夹板作为对照组，所有测试在电子万能材料试验机下进行，将夹板水平置于加载台上，构成三点加载，然后对两种夹板施以纵向压力，测量塑形纸质支架夹板和柳木夹板对应的挠度位移D1，及其在撤去对应外力后塑形纸质支架夹板和柳木夹板弹回后的残余位移D2。应用电子万能材料试验机，对纸质铁丝大夹板（10#铁丝和3层马粪纸黏合而成）、纸质铁丝小夹板（8#铁丝和2层马粪纸黏合而成）进行抗弯性能测试和抗压性能测试，电脑程序化处理，测量弯曲强度极限、挠度、弯曲强度、弯曲弹性模量、压缩强度极限、最大变形及压缩强度等力学数据;\n 结果：⑴在刚度方面，塑形纸质支架夹板明显优于柳木夹板(p＜0.05)，在弹性方面，两者在无显著差异(p＞0.05)。⑵抗弯测试：弯曲强度极限，纸质铁丝大夹板显著优于纸质铁丝小夹板(p＜0.01）；挠度，纸质铁丝大夹板显著小于纸质铁丝小夹板(p＜0.01)；弯曲强度，纸质铁丝大夹板显著大于纸质铁丝小夹板(p＜0.01)；弯曲弹性模量，纸质铁丝大夹板显著大于纸质铁丝小夹板(p＜0.01)。⑶抗压测试：纸质铁丝大夹板的压缩最大变形明显小于纸质铁丝小夹板(p＜0.01)，同时压缩强度极限与压缩强度两者无明显差异(p＞0.05）。\n 结论：塑形纸质支架夹板的刚度性能优于传统柳木夹板，弹性与传统柳木夹板相当。不同复合比例制作的两种夹板中，塑形纸质铁丝大夹板在抗弯测试和抗压测试要优于塑形纸质铁丝小夹板。力学测试数据证明塑形纸质支架夹板拥有稳定固定骨折及保证骨折断端的活动的性能，符合传统中国接骨学“动静结合”的理念，良好的力学环境可以加速骨折愈合，是一种稳定可靠的夹板材料，其中塑形纸质铁丝大夹板因其具有更好的力学稳定性，所以更适合作为规范化标准推广。

关键词： BMC材料   多尺度力学   Mori-Tanaka模型   超声波检测失效准则   Ansys仿真  

摘要： BMC (Bulk molding compounds)材料又叫做团状模塑料，化学名称为不饱和聚酯团状模塑料。BMC材料主要由不饱和树脂、短切玻璃纤维、填料以及添加剂经混合而成。上世纪60年代英国和前西德开始应用BMC材料。之后的70-80年代日本和美国都在针对BMC材料的研究上取得了较大的进展。 施耐德电气的一些电气元件由BMC材料制成。他们需要研究BMC材料的失效预测。本文采用了多尺度力学建模与仿真，对BMC材料的力学行为进行建模并且用Ansys进行仿真。 首先介绍了BMC材料基材的微观结构识别和BMC材料的微观结构识别。通过拉伸实验，得到基材的力学性能曲线。获得不同的成分对基材力学性能的影响。最终得到结论，基材在线性阶段时有较好的各向同性。到了非线性阶段，不同基材的差别开始明显出现。之后介绍了超声波法检测BMC材料。超声波法作为一种无损检测法，能够检测出短切纤维的整体分布方向。另外检测了同一个零件不同部位的试样。通过这个不同部位的比较，证明了在预测一个BMC材料的零件的失效分析时，不同部位需要细化区别对待。 在比较了复合材料等效模量的发展历程后，本文采用了二次Mori-Tanaka模型来描述含有孔洞和增强纤维的BMC材料。在模型里，考虑了纤维的断裂、脱落和孔洞的增大所引起材料性能的改变。顾及了如何简化考虑纤维的分布，采用离散化的手段将纤维分类。同时又将所有纤维统一到全局坐标系中。运用了两种失效判别法，即根据纤维脱落的百分比和孔洞增大产生的能量变化来判断材料是否失效。纤维脱落百分比准则基于统计理论，当复合材料中的受损纤维达到一个阈值时就认为材料失效。孔洞能量准则基于固体力学中的相互势能理论，当孔洞增大所引起的相互势能达到一个阈值时就认为材料失效。通过模型建立BMC材料宏观与微观力学特性的关系，得到BMC材料的力学性能演化过程。 接下来根据上述的二次Mori-Tanaka模型，用Matlab语言实现模型的描述。其中比较核心的程序涉及到如何将纤维分类，如何统一纤维的坐标系，如何描述等效模量等等。 最后运用Ansys软件来仿真简单材料及零件的力学行为。将二次Mori-Tanaka模型所得的力学性能演化过程运用到Ansys仿真模型里。同时在Ansys仿真中加入Tsai-Hill准则和Tsai-Wu准则作为失效判据。本文涉及到的仿真包括虚拟拉伸实验、虚拟弯压实验。比较了20F型BMC与15B型BMC的力学性能差异。在虚拟弯压实验中还应用了同时由20F型BMC与15B型BMC组成的试样。实现了快速预测不同位置组成材料不同的零件的失效。最后对比实验结果与仿真结果。仿真结果与实验结果比较符合，但仍需继续改进。

关键词： 木塑复合材料   力学性能   灰色关联分析   灰色神经网络  

摘要： 木塑复合材料的形成过程是一个多因素复杂的过程,加工因素的选取与设定直接决定着材料力学性能的好坏。通过研究加工因素与力学性能指标之间的关系,则可根据木塑复合材料力学性能的要求,优化选取和设定工艺参数。 本文以木塑复合材料加工试验为先导,进行相关力学性能试验,并在此基础上通过对加工因素及力学性能数据处理和分析,探索加工因素对材料力学性能的影响并建立木塑复合材力学性能指标的预测模型,从而保证了分析结果的准确性。 本文选择螺杆转速、造粒温度、偶联剂含量、木粉含量作为影响力学性能指标的加工因素,按照正交试验方案采用挤出成型两步工艺法制取了不同工艺参数条件下的木塑复合材料,并在无损检测纵向共振和表面波传播理论的基础上,利用FFT无损检测分析仪获取了木塑复合材料的纵向共振弹性模量和表面波传播剪切模量。利用灰色关联分析和加权灰色关联分析两种方法,分别对木塑复合材料的加工因素进行优势分析,得到了木塑复合材料加工因素对力学性能指标影响程度的顺序。同时,在灰色理论知识的基础上结合神经网络,建立了GNNM(1,N)灰色神经网络组合预测模型,以木塑复合材料加工因素作为模型输入量,力学性能指标作为输出量,通过该组合模型对不同加工工艺参数条件下试件的力学性能进行拟合与预测,并根据拟合和预测结果分析确定所建立的预测模型具有良好的预测精度。 本论文的研究有助于木塑复合材料力学性能指标提高的工艺参数优化,能够为木塑复合材的复合方式和工艺参数的优化选择提供理论依据。本文所采用的分析和预测方法是针对作为铺板用的木塑复合材料,如果将这些理论进行推广,则可对其它结构的木塑复合材料力学性能的改善提供一定的理论依据,具有广泛的学术价值。

关键词： 半月板   生物材料力学特征   一维拉伸实验   应力松弛实验  

摘要： 目的：通过对膝关节半月板进行生物材料力学实验研究，为分析其损伤机理、防治、修复、人工材料置换等提供依据。方法：取膝关节无病变，年龄在20～45岁之间的成年男性右膝关节内、外侧半月板，共6副。将半月板分为前角、体部和后角3个部分，分别沿水平面、额状面（前、后角）和矢状面（体部）进行冰冻切片，制作成标准试件，共12组，分别命名为内、外侧半月板前角额状面，内、外侧半月板前角水平面，内、外侧半月板体部矢状面，内、外侧半月板体部水平面，内、外侧半月板后角额状面，内、外侧半月板后角水平面。使用上海大学力学实验中心“MTF-100微机控制电子式微型拉力机”完成“一维拉伸试验”和“应力松弛实验”。实验数据经统计学处理，进行如下比较：⑴内、外侧半月板同一部位同一切面对比；⑵内、外侧半月板自身对比：①同一部位不同切面对比；②不同部位同一切面对比。结果：⑴内、外侧半月板相同部位相同切面比较：①内、外侧半月板部分部位的弹性响应相互对比有显著性差异（P≤0.05）；②内、外侧半月板各部位的应力松弛率无显著性差异（P＞0.05）；③内、外侧半月板部分部位的拉伸刚度、弹性模量、破坏应力和破坏应变等指标的相互对比有显著性差异（P≤0.05）。⑵内、外侧半月板自身不同部位同一切面的比较：①部分部位的弹性响应对比有显著性差异（P≤0.05）；②内、外侧半月板的体部水平面的应力松弛率较小（P≤0.05）；③外侧半月板各部位的抗拉伸能力对比有显著性差异（P≤0.05）。⑶内、外侧半月板自身同一部位不同切面比较结果：①各部位不同切面的弹性响应对比出现显著性差异，无规律（P≤0.05）；②各部位不同切面的应力松弛率对比出现显著性差异，无规律（P≤0.05）；③各部位不同切面的抗拉伸能力对比出现显著性差异，无规律（P≤0.05）。结论：⑴外侧半月板较内侧半月板更容易发生运动损伤与其材料力学上能屈性、顺应性、抗拉伸能力较差有关。⑵内、外侧半月板各部位调整负荷的能力基本相同。⑶半月板各部位、各切面的粘弹性强弱与其在膝关节中所处的位置、与周围软组织的毗邻关系、以及所承受的负荷大小有关。⑷内、外侧半月板生物材料具有各向异性和不均一性，故损伤后材料的替代非常不易。

关键词： 超高温陶瓷   纳米复合材料   仪器化压入   仪器化划入   力学性能  

摘要： ZrB-SiC基超高温陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高导电率、高热导率、优良的高温强度和高温抗氧化性等优点，在航空航天领域、军事领域以及工业领域具有广阔的应用前景。然而，ZrB-SiC较差的损伤容限以及低的抗热冲击性能(均源于其低的断裂韧性)严重地限制了其广泛应用。因此，如何实现ZrB-SiC的强韧化成为国内外研究的热点课题之一。 本文采用强韧耦合的设计思路来改善ZrB-SiC的断裂韧性。以ZrB-SiC为基体材料，以氮化硼纳米管(BNNT)和纳米氮化硼纳米片(BNNP)的混合粉末(BNNT-BNNP)为增韧相，采用放电等离子烧结技术制备了ZrB-SiC、0.5wt.%(BNNT-BNNP)/(ZrB-SiC)和1.0wt.%(BNNT-BNNP)/(ZrB-SiC)复合材料。采用X-射线衍射和拉曼光谱对复合材料进行物相分析;通过显微硬度测试、仪器化微/纳米压入、仪器化微米划入等测试方法，研究分析(BNNT-BNNP)/(ZrB-SiC)复合材料的显微硬度、弹性模量、断裂韧性、应变强化和摩擦磨损性能等力学性能，并揭示了(BNNT-BNNP)/(ZrB-SiC)复合材料的增韧机制和摩擦磨损机制。 研究结果表明，BNNTs和BNNPs在硬度、弹性模量、强度等力学性能具有巨大的差异性，在基本不损害复合材料可加工性能的前提下，(BNNT-BNNP)/(ZrB-SiC)复合材料的断裂韧性得到了较大地改善;与(ZrB-SiC)相比，1.0wt.%(BNNT-BNNP)/(ZrB-SiC)的断裂韧性提高了24.4%，这主要源于BNNT和BNNP的拔出、裂纹偏转、BNNP桥接、裂纹分叉和BNNP折弯等增韧机制。纳米压入曲线pop-in处的载荷和滞后位移因(BNNT-BNNP)的添加有增大的趋势;采用微米划入/压入测试方法验证了(BNNT-BNNP)/(ZrB-SiC)的应变强化，通过Field模型计算应变强化指数为.50-0.52;采用Tabor模型拟合压入曲线计算的弹性模量与采用仪器化微米压入获得的弹性模量值相一致。在1500mN和2000mN恒定载荷划入参数下，1.0wt.%(BNNT-BNNP)/(ZrB-SiC)复合材料的抗摩擦磨损性能高于(ZrB-SiC)。

关键词： SiCp/7075Al复合材料   力学性能   微观组织   化学镀镍-磷   钎焊性  

摘要： 为了添补中高体积分数SiCp/7XXXAl复合材料研究上的空白，本文以7075铝合金为基体，采用挤压铸造的方法，制备了平均粒径5μm，体积分数45%的SiCp/7075Al复合材料。对其时效特点、力学性能、显微组织、表面化学镀镍-磷和镀镍-磷后的钎焊性做了深入研究以推广此材料的应用。 在120℃、150℃和180℃三种温度下分别对7075铝合金和SiCp/7075Al复合材料进行了96h时效处理。两种材料都在120℃/24h、150℃/9h、和180℃/0.4h达到峰时效。通过分析时效-硬度曲线发现，复合材料与基体合金有相同的时效特点：随时效温度的提高，峰时效提前硬度值下降。复合材料在120℃/24h有最高的拉伸强度616.6MPa。通过分析7075铝合金和SiCp/7075Al复合材料的微观组织和DSC曲线，发现颗粒引入后提高了基体的位错密度，没有促使析出相提前析出。时效过程中位错运动和沉淀析出长大是影响复合材料强度的两大因素。120℃峰时效基体内保留大量位错且析出相细小弥散使材料强度最高。150℃和180℃在峰时效时位错大量回复，位错密度降低，同时析出相尺寸有所增大密度降低使材料强度下降。 采用1:1HNO3酸蚀和二次浸锌对复合材料进行预处理。采用XPS分析了复合材料的浸锌后的表面，二次浸锌工艺可以有效的去除复合材料表面的氧化膜并获得薄而致密的浸锌层。采用柠檬酸-乳酸双络合剂镀液对复合材料施镀。研究了镀液成份和工艺条件对镀层生长速率和含磷量的影响。采用SEM、XRD、显微划痕仪分别分析了镀层的表面形貌，镀层中的相和镀层与复合材料结合强度。研究表明采用二次浸锌预处理工艺和柠檬酸-乳酸双络合剂镀液可以成功的对复合材料施镀。 研究了270℃下不同的保温时间Sn-Cu钎料对镀层润湿性性的变化。并采用Sn-Cu钎料对镀后的复合材料进行了钎焊研究。采用金相显微镜、SEM、XRD、元素线扫描分别分析了钎缝中IMC的分布状态、接头断口形貌、钎缝中所存在的物相和钎缝中元素的分布状态。分析了接头的剪度强度。研究表明钎缝的界面处首先生成(Cu,Ni)Sn，随保温时间的延长，界面处(Cu,Ni)Sn被(Ni,Cu)Sn覆盖。接头强度随保温时间的延长先增后减，在270℃下保温3min达到最高剪切强度23.7MPa。

关键词： 尼龙6   复合材料   玻璃纤维   固体润滑剂   力学性能   摩擦磨损性能  

摘要： ：尼龙6(PA6)因其优异的机械力学性能、良好的耐磨性能与自润滑特性已作为摩擦材料被广泛应用于机械、石油化工等领域。然而随着工业的迅速发展,单一PA6制品已难以满足实际应用需要。通过对PA6进行改性发展PA6基复合材料可以有效提高PA6综合性能,拓展其应用领域,是目前主要研究方向之一。 本论文使用双螺杆挤出成型的方法制备PA6基复合材料,首先采用玻璃纤维进行增强,研究了玻纤含量对复合材料力学与摩擦学性能的影响；在此基础上,通过固体润滑剂PTFE、石墨与UHMWPE单一或两两复合对PA6/GF-15%复合材料进行填充改性,重点研究了润滑剂填充量与配比对复合材料力学与摩擦学性能影响。利用SEM观察磨损表面形貌,探讨了复合材料的磨损机理。研究结果表明： (1)玻纤增强大幅提升了纯PA6的物理与力学性能,且随玻纤含量的增加而呈现上升趋势；同时也对材料摩擦学性能有不同程度的影响。当玻纤含量为15wt%时,复合材料的摩擦系数为0.1177,较纯PA6下降了65%；但质量磨损率有所增加。纯PA6以粘着磨损为主,而玻纤增强PA6复合材料主要发生磨粒磨损。 (2)单一固体润滑剂填充改性PA6/GF复合材料时,PTFE可有效降低复合材料的摩擦系数,改性效果优于UHMWPE与石墨；当PTFE填充量为15wt%时,复合材料摩擦系数降低至0.09412,比PA6/GF降低了20%；但复合材料的摩擦稳定性与力学性能有所下降,主要磨损机理为磨粒磨损,伴随有少量粘着磨损。 (3)复合固体润滑剂填充时,PTFE-UHMWPE对PA6/GF复合材料质量磨损率改性效果较优,其次是石墨-UHMWPE, PTFE-石墨较差。10wt%/5wt%PTFE-UHMWPE填充复合材料质量磨损率仅为3.65×10-8cm3/Nm,与未填充PA6/GF相比下降了62%,比纯PA6降低了44%,此时复合材料磨损机理主要为磨粒磨损,同时伴随少量粘着磨损的发生 (4)在所研究固体润滑剂种类及填充量范围内,15wt%PTFE填充PA6/GF复合材料具有最低的摩擦系数,10wt%/5wt%PTFE-UHMWPE填充PA6/GF复合材料具有最低的质量磨损率,12wt%/3wt%石墨-PTFE填充PA6/GF复合材料具有最高拉伸强度,3wt%/12wt%石墨与UHMWPE填充PA6/GF复合材料则获得最高冲击强度37.4KJ/m2。

关键词： PVA-ECC   抗压强度   应变硬化   尺寸效应   线性拟合  

摘要： 混凝土材料是目前土木工程中应用最广泛的工程材料之一，直接影响着工程安全、经济和耐久性能。构成混凝土的水泥、砂、石等基本原料是不可再生资源，这些都对环境和生态有着深远的影响。混凝土抗拉强度低，脆性大、极限延伸率小以及抗冲击性差等。为改善混凝土材料的这些缺陷，纤维混凝土应运而生，其中PVA-ECC（PVA-Engineered Cementitious Composites）具有高拉伸应变、准应变硬化和多裂缝开展的性能，能够明显改善混凝土结构的抗震性能和耐久性。PVA-ECC所采用的材料，充分利用了工业废渣，如粉煤灰，矿渣等，对于节约资源和能源、保护生态环境等具有重要意义，可称其为“新型绿色工程材料”。本文对PVA-ECC的力学性能进行试验研究，主要研究内容如下： （1）PVA-ECC单轴拉伸试验研究。采用改进的拉伸试验装置对PVA-ECC试件进行了直接拉伸试验，得到单轴受拉应力-应变曲线，试件最大极限拉应变达到1.19%，同时观察到试件测试区段出现多缝开裂和明显的应变硬化现象。根据试验结果分析水胶比、纤维掺量、粉煤灰掺量、砂胶比对抗拉开裂强度、抗拉极限强度及极限拉应变的影响。 （2）研究水胶比、纤维掺量、粉煤灰掺量、砂胶比4个因素对PVA-ECC抗压与抗折强度的影响。试验结果表明：粉煤灰掺量和水胶比是影响PVA-ECC抗压强度的主要因素；纤维掺量对PVA-ECC抗折强度影响最大。 （3）通过不同配合比、不同尺寸的试块来研究PVA-ECC立方体抗压强度的尺寸效应。试验结果表明：试件尺寸越小，其抗压强度越高。通过对不同尺寸立方体与棱柱体进行抗压试验，对比立方体、棱柱体试件的抗压试验结果，分析了试件的强度关系，并通过线性拟合得到了相应的关系式。

关键词： 材料力学实验   课程设置   考核方式   学习积极性  

摘要： 21世纪，高校在培养创新型．应用型人才的目标下，实验教学发挥着重要的作用。经过多年的材料力学实验教学，通过实验设备的更新，实验课程的合理设置、教学手段的改进，考核方式的多样性，使学生的学习积极性明显提高。