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关键词： 聚酰胺6   连续玻璃纤维   γ-氨丙基三乙氧基硅烷   力学性能  

摘要： 为了进一步提升聚酰胺6(PA6)复合材料的力学性能,以满足高性能工程塑料的应用需求,本研究采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对连续玻璃纤维(GF)进行表面改性处理,并通过模压成型工艺制备GF/PA6复合材料。重点探讨了玻璃纤维表面改性处理、网格密度、层数以及铺放角度等因素对复合材料性能的影响。结果表明,偶联处理可有效改善玻璃纤维与PA6间的界面粘接性,相比于未处理的纤维复合材料,拉伸强度和悬臂梁冲击强度分别提高了41.0%和24.5%。此外,复合材料的力学性能与玻璃纤维的层数、网格密度呈正比关系,且纤维铺放角度为30°时增强效果最佳。当采用30°铺放角度排列三层13目改性玻璃纤维时,拉伸强度和悬臂梁冲击强度可分别达到354.6 MPa、49.6 kJ/m^(2),相比纯PA6提高了438.9%和713.1%,大幅提高了力学强度,拓展其在粮食储藏仓领域的应用,对于同类复合材料的设计与加工具有重要的理论与实践指导意义。

关键词： 材料力学   虚拟仿真   有限元模拟   复杂变形   工程结构分析  

摘要： 结合中原区域经济特色,利用有限元分析优势,搭建了黄河水利枢纽工程中水轮发电机主轴变形的数字化虚拟仿真实验平台。该平台利用Unity 3D构建虚拟场景,基于国产有限元分析软件Simdroid进行模拟分析,根据实际工程参数提供多种互动场景和丰富的实验条件。学生可自主设计载荷工况,通过数字化虚拟仿真实验结果了解构件内应力应变分布和变化,提高对复杂受力变形体进行力学分析的能力,强化对材料力学理论知识的理解。

关键词： 材料力学   HTPB推进剂   高过载   温度   应变率   脉宽  

摘要： 为考察HTPB推进剂的宽温域抗高过载性能,基于一维应力波传播和加载理论开发了用于推进剂高过载加载的试验系统,实现了单脉冲加载推进剂试样过载幅值和脉宽的理论设计,并结合波形整形技术实现了高过载应力波的精确控制;开展了HTPB推进剂在不同温度(-50、-20、0、25和70℃)、不同过载幅值(12000、16000 g)和不同加载脉宽(100、200、300μs)下的系列试验,结合μCT试验结果和有限元方法分析了HTPB推进剂在上述加载条件下的损伤响应特征。结果表明,相同高过载幅值和脉宽加载条件下,随着温度降低,应力水平提高;相同高过载幅值和温度的条件下,随着脉宽增加,应力水平也提高;推进剂在高低温下的应力分布呈现较为统一的规律,其最大应力均发生在载荷爬升段的终点时刻附近,且均在药条底端发生应力集中;将随应变率和温度变化的抗压强度作为强度判据,通过应力场、应变率场和温度的耦合分析,该推进剂试样在16000 g过载、5种不同温度和3种不同脉宽下均能保证其完整性;同时,μCT试验结果表明,温度的升高会抑制损伤特征的形成,而加载脉宽的增加则会促进损伤特征的形成。

关键词： 玻璃纤维复合材料   微观结构   力学性能   界面损伤   多尺度分析  

摘要： 为研究单向玻璃纤维复合材料的力学性能和损伤行为与纤维/树脂混合体内部微观结构纤维-基体界面的关系,本文采用复合材料多尺度分析方法及双线性模型cohesive单元,建立了玻璃纤维复合材料菱形、随机纤维分布的微观结构模型。开发了复合材料微观结构模型预测单向复合材料层合板的宏观性能参数,并结合界面微观损伤模式分析了复合材料0°、90°层合板的破环形式;同时,开展了玻璃纤维复合材料纵、横向拉伸及剪切力学试验和扫描电子显微镜(SEM)试验,验证了复合材微观性能参数预测值的准确性以及复合材料0°、90°微观结构损伤形式的合理性。结果表明,带厚度界面的微观结构模型应力分布较为均匀且连续;界面对横向、剪切模量有较大影响;玻璃纤维复合材料铺设方向决定了单胞模型材料组分的损伤形式,沿纤维方向受载时体现为纤维崩断,垂直纤维方向受载时损伤形式为界面失效和基体开裂。

关键词： 力学史   材料力学实验   课程案例  

摘要： 将力学史研究中的相关案例引入材料力学实验课堂,有利于激发学生的学习兴趣,凸显力学知识的实用性和贯通性,提高教学效果。国防科技大学老亮先生是国内知名的材料力学史专家,他编著了《中国古代材料力学史》,书中既包括详实史料又具有现代分析,如发现了中国古代关于力与变形成正比关系(弹性定律)的记载比胡克定律早约1500年,同时还深刻全面地探讨了我国历史上力学与工程技术的密切联系。老亮先生的著作根据材料力学体系整理并评估了我国古代科技成就,这对于材料力学课程的教学具有十分重要的参考价值。本文拟探究老亮先生研究中的史例在材料力学实验课程中的应用,通过特色案例教学提升授课质量,打造精品课程。

关键词： 环氧树脂   碳纤维复合材料   湿热老化   力学性能   摩擦行为   磨损机制  

摘要： 碳纤维增强复合材料(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳、耐磨损等优点,已经成为新型的先进海洋工程结构材料。本文研究了湿热老化对CFRP热/力学(拉伸、弯曲、短梁剪切性能)和摩擦磨损性能影响规律,结合微观形貌与结构分析,揭示CFRP在60℃蒸馏水浸泡长达90 d的力学和摩擦磨损性能退化机制。研究发现,湿热老化使得CFRP拉伸、弯曲和短梁剪切强度最大退化幅值为5.8%、13.0%和20.9%,归因于湿热老化过程水分子破坏了树脂高分子树脂链氢键和部分共价键,导致CFRP内部产生缺陷并丧失对纤维束横向约束,最终引起纤维/树脂界面脱粘。此外,湿热环境CFRP热力学和粘弹性行为呈现非线性变化规律,归因于积极的树脂后固化和消极的湿热老化耦合效应。与浸泡前相比,老化15、30、60和90 d后CFRP的平均摩擦系数(COFs)依次降低了23.8%、35.0%、43.7%和53.8%,归因于扩散CFRP内部水分子摩擦过程中充当了摩擦润滑剂,缓解了CFRP/研磨球界面磨损程度;湿热老化90d后CFRP的磨损速率(Ws)和磨损宽度(WSW)较老化前增加了254.6%和114.9%,归因于与树脂基体形成新氢键的水分子处于结合水状态,导致树脂分子链间作用力减小及其内部微裂纹不断萌生,引发严重的疲劳磨损。

关键词： 聚乙烯醇纤维   水泥砂浆   抗压强度   抗折强度   力学性能  

摘要： 为探究聚乙烯醇纤维、乳胶粉掺入水泥基复合材料后的性能改良效果,对乳胶粉替代部分聚乙烯醇纤维对水泥基复合材料抗压强度、抗折强度的影响展开研究。结果表明:采用乳胶粉替代部分聚乙烯醇纤维后,水泥基复合材料的抗压强度有所提升;乳胶粉粒径较小,掺入后能够显著改良材料体系内部微小空隙并强化结构整体密实度;采用0.5%乳胶粉替代聚乙烯醇纤维制备水泥基复合材料,能在不降低折压比的基础上提高材料抗折强度和抗压强度,聚乙烯醇纤维用量有所减少,水泥基复合材料制备成本能够有效降低。

关键词： 发泡聚氨酯   注浆材料   水含量   力学性质   工程特性  

摘要： 基于自主研发的双组分聚氨酯注浆材料,重点探讨了水含量对发泡聚氨酯的材料性质和工程特性的影响。结果表明,水在0.04%(0.1质量份)至0.25%(0.6质量份)掺量范围内,即能对发泡聚氨酯性能产生显著影响;水的增加带来发泡聚氨酯体系的密度增大,抗压强度和抗拉性能的显著降低。同时,水的微量变化对实际注浆修复效果也有显著影响,相对于模拟试件的抗折强度,修复试件的抗折强度仅为原试件的9.5%~14.6%,水的增加会降低修复试件的抗剪和抗拉性能。水发泡型聚氨酯注浆材料,不适合用于路面表层或深度较浅的路面结构区域,容易出现因荷载冲击而折断的现象;同时保证应用环境的干燥是提升注浆效果的最大保障。

关键词： 尾矿   冻融循环   三轴剪切   力学参数  

摘要： 探究了冻融循环作用下尾矿材料力学特性的演变规律,以期为尾矿坝的安全性和稳定性评估提供理论依据。对不同含水率的尾矿试样进行了1, 3, 5, 7, 9次冻融试验,并在100 kPa至400 kPa的围压条件下进行了三轴剪切试验。试验结果表明,随着冻融循环次数的增加,尾矿的宏观结构变形显著增大,尤其是当含水率为15%时,经过7次冻融循环后,尾砂的孔隙结构发生了显著变化,0~250μm^(3)体积级别的孔隙数量明显增多。此外,研究发现增大围压可以提高尾矿的弹性模量,并抑制冻融循环作用对尾矿的损伤。尾矿的变形模量在经历5次冻融循环后趋于稳定,而高含水率的尾矿样本展现出较低的黏聚力、内摩擦角和变形模量。

关键词： 材料力学   教学改革   有限元仿真   人工智能  

摘要： 在新工科背景的推动下,高校工科专业的教学目标与方式正在经历深刻变革。材料力学作为一门基础课程,其教学改革显得尤为关键。分析了材料力学课程的教学现状,并针对教学现状提出通过融合工程和思政、融合有限元仿真和人工智能、理论联系实践等方法对材料力学课程进行改革,旨在使学生更好地掌握材料力学知识和学习方法,培养他们的学习兴趣和爱国情怀及解决问题的能力,为培养高素质新工科人才提供有力支撑。