纳米ZnO／环氧树脂复合材料的力学性能和摩擦学性能

在超声波作用下,利用偶联剂将ZnO纳米微粒同环氧树脂进行复合,制备了纳米ZnO／环氧树脂复合材料,用M-2000型摩擦磨损试验机评价了复合材料在干摩擦条件下同不锈钢对摩时的摩擦学性能,测定了复合材料的力学性能,并用正电子湮没寿命技术(PALT)分析了试样的微观结构．结果表明：纳米ZnO／环氧树脂复合材料的耐磨性优于环氧树脂;当纳米ZnO的质量分数为10％时,复合材料的磨损率最小,仅为环氧树脂的15％,且摩擦系数也有所降低;摩擦后复合材料试样的自由体积孔穴尺寸有所增大,而且随着ZnO含量的增加,自由体积孔穴尺寸呈增大趋势．     

二氧化硅纳米颗粒对碳纤维与环氧树脂基体粘合强度的增强

纤维与基体的粘合强度是决定纤维增强高分子复合材料性能的关键因素.本文采用横向纤维束拉伸实验的方法研究了碳纤维与经过纳米颗粒改性的环氧树脂基体间的粘合强度.平均直径为25纳米的二氧化硅纳米颗粒用特殊的溶胶-凝胶法引入环氧基体(由Hanse Chemie AG提供),可以达到很高的含量,同时保持较为理想的分散状态.实验结果表明,二氧化硅纳米颗粒对于碳纤维与改性环氧基体的粘合强度有显著的增强效应.当纳米颗粒含量为14 vol.%时,横向纤维束拉伸的断裂强度相比纯环氧基体提高了104%.通过对横向纤维束拉伸样品断裂面的扫描电镜观察,以及二氧化硅纳米颗粒改性环氧树脂基体材料的力学性质的测量,可以发现横向纤维束拉伸的断裂强度与改性环氧基体本身的断裂韧性之间存在良好的相关性.由此可推测纳米颗粒对环氧树脂基体材料的增韧是碳纤维与基体间界面增强的一个重要原因.     

二氧化硅纳米颗粒对碳纤维与环氧树脂基体粘合强度的增强

纤维与基体的粘合强度是决定纤维增强高分子复合材料性能的关键因素。本文采用横向纤维柬拉伸实验的方法研究了碳纤维与经过纳米颗粒改性的环氧树脂基体间的粘合强度。平均直径为25纳米的二氧化硅纳米颗粒用特殊的溶胶-凝胶法引入环氧基体（由 Hanse ChemieAG提供）,可以达到很高的含量,同时保持较为理想的分散状态。实验结果表明,二氧化硅纳米颗粒对于碳纤维与改性环氧基体的粘合强度有显著的增强效应。当纳米颗粒含量为14v01．％时,横向纤维柬拉伸的断裂强度相比纯环氧基体提高了104％。通过对横向纤维柬拉伸样品断裂面的扫描电镜观察,以及二氧化硅纳米颗粒改性环氧树脂基体材料的力学性质的测量,可以发现横向纤维柬拉伸的断裂强度与改性环氧基体本身的断裂韧性之间存在良好的相关性。由此可推测纳米颗粒对环氧树脂基体材料的增韧是碳纤维与基体间界面增强的一个重要原因。     

二氧化硅纳米颗粒对碳纤维与环氧树脂基体粘合强度的增强

纤维与基体的粘合强度是决定纤维增强高分子复合材料性能的关键因素.本文采用横向纤维束拉伸实验的方法研究了碳纤维与经过纳米颗粒改性的环氧树脂基体间的粘合强度.平均直径为25纳米的二氧化硅纳米颗粒用特殊的溶胶-凝胶法引入环氧基体(由Hanse Chemie AG提供),可以达到很高的含量,同时保持较为理想的分散状态.实验结果表明,二氧化硅纳米颗粒对于碳纤维与改性环氧基体的粘合强度有显著的增强效应.当纳米颗粒含量为14 vol.%时,横向纤维束拉伸的断裂强度相比纯环氧基体提高了104%.通过对横向纤维束拉伸样品断裂面的扫描电镜观察,以及二氧化硅纳米颗粒改性环氧树脂基体材料的力学性质的测量,可以发现横向纤维束拉伸的断裂强度与改性环氧基体本身的断裂韧性之间存在良好的相关性.由此可推测纳米颗粒对环氧树脂基体材料的增韧是碳纤维与基体间界面增强的一个重要原因.

     

梯度纳米结构金属力学性能、变形机理和多尺度计算研究进展

近年来,梯度纳米结构金属因其优越的力学性能和独特的塑性变形机理受到广泛关注,已成为材料与力学学科的热点和前沿.论文首先介绍梯度纳米结构金属的强度、塑性、加工硬化和抗疲劳等核心力学性能,以及晶粒长大、塑性应变梯度和几何必需位错等塑性变形机理及其力学研究.其次介绍梯度纳米结构金属的多尺度计算与模拟研究.最后讨论梯度纳米结构金属研究领域存在的挑战.     

漂珠颗粒材料静动态力学性能与破碎机理研究

为考察脆性空心颗粒材料冲击载荷下的力学特性,以具有不同粒径分布的粉煤灰漂珠为研究对象,对其静动态力学性能进行实验研究。通过限制颗粒材料压缩应变为50%,分析颗粒破碎率和破碎机理与材料宏观应变率效应的关系。结果表明：（1）不同粒径的漂珠颗粒材料在动态压缩下较准静态压缩下颗粒材料的强度均有明显的增强,在0.001和150 s⁻¹大小颗粒的强度分别提高200%和195%,在150和300 s⁻¹大小颗粒的强度分别提高39%和51.5%,在300和800 s⁻¹大小颗粒的强度并未发生明显的变化;（2）在相同加载速度下粒径较小的颗粒比大粒径颗粒的强度和吸能效果分别提高35%～40%和35%～48%;（3）对破碎后颗粒粒径分布曲线分析可知,随着加载速度的增加,大小颗粒的破碎率和破碎程度都会增大,且在相同加载速度下大颗粒的破碎率较小颗粒的破碎率高;（4）Hardin破碎势分析表明,单位输入能量下颗粒的相对破碎势随冲击速度增大而减小,动态冲击下用于颗粒破碎的能量利用率降低,从而导致材料在相同压缩量下产生更高的能量耗散和应力水平,即表现为宏观的应变率效应。     

环境断裂机理研究(1994～1996年工作总结)

环境断裂机理研究（１９９４—１９９６年工作总结）国家自然科学基金重大项目“材料损伤、断裂机理和宏微观力学理论”子课题１．发现ＴｉＡｌ存在所谓阴极腐蚀现象,在酸溶液中它和形成氢化物有关,在中性和碱性溶液中它和Ａｌ的选择溶解有关（中国科学,１９９４,１０...     

纳米及微米颗粒改性玻璃纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究了纯玻璃纤维织物以及辐照聚四氟乙烯(PTFE)粉末、MoS2粉末、纳米TiO2和纳米CaCO3填充改性玻璃纤维织物复合材料的摩擦磨损性能;采用扫描电子显微镜观察分析了其磨损表面形貌．结果表明,辐照PTFE粉末和纳米TiO2可以明显提高玻璃纤维织物复合材料的减摩抗磨性能,且辐照PTFE粉末的减摩抗磨效果明显优于纳米TiO2;当PTFE的质量分数为10％时,PTFE改性玻璃纤维织物复合材料的综合摩擦磨损性能最好．MoS2和纳米CaCO3则使得玻璃纤维织物复合材料的摩擦系数和磨损率明显增大,其中纳米CaCO3填充玻璃纤维织物的摩擦磨损性能最差。     

基于分子动力学的氧化石墨烯拉伸断裂行为与力学性能研究

与石墨烯相比,氧化石墨烯(graphene oxide, GO)的亲水性、分散性和反应活性更好,更易于作为增强材料而研发生成性能超常的复合材料,但另一方面,由于其电子结构较为复杂,致使目前有关力学方面的研究存在一定差异.本文利用分子动力学方法,建立了羟基、羧基和环氧基等官能团随机分布的GO原子模型;通过单向拉伸模拟,分析了其断裂行为,结果表明,远离羟基和羧基的环氧基对断裂具有     

骨质疏松症骨折风险评估的生物力学研究进展

骨质疏松症导致骨折风险上升的根本原因在于骨质疏松症骨力学性能的劣化,核心是力学问题。本文将重点介绍生物力学在骨质疏松症骨折风险评估领域的研究进展,主要包括：（1）细胞生物力学在解析骨质疏松症生物学机理中的最新进展;（2）多尺度生物力学在不同层级上对骨骼力学性能的前沿探索;（3）人工智能结合生物力学分析在预测骨折风险中的应用。本综述旨在为骨质疏松症骨折风险评估与临床诊疗提供参考和指导。     

铝箔力学性能的实验研究

铝箔已被广泛应用于电子工业,现又被用作锂电池正极集流体,因而对于铝箔的力学性能要求也在不断提高。通过表征和研究铝箔的力学性能(弹性模量、屈服强度、断裂强度等),能够为铝箔相关技术的可靠性研究提供必要的数据支持和理论指导,从而使铝箔得到合理和可靠的使用。本文运用微拉伸、纳米压痕和动态力学分析(DMA)实验,分别研究了不同厚度的H18态和O态铝箔的力学性能。结果表明两者的弹性模量均约为30GPa,仅为块材的一半;H18态铝箔材料的断裂强度要明显强于块材,而O态铝箔材料的断裂强度则明显小于块材;此外,H18态铝箔材料的屈服强度明显大于块材,O态铝箔材料的屈服强度与块材相仿。并且,随着厚度的增加,H18态铝箔材料的延伸率显著增大,但是仍远小于块材。通过扫描电子显微镜(SEM)对铝箔材料断裂形貌进行微观分析,发现铝箔的拉伸断裂方式为脆性断裂。     

异形截面桩截面参数优化设计研究

高层建筑物需要采用“异形截面桩” (简称异形桩)来提高承载力,为实现优化设计,需要对影响其力学性能的重要结构参数进行归类分析,在探究其影响机理的基础上,得出不同结构参数改变时异形桩承载能力的变化趋势与最优解。本文对异形桩进行参数化分析,在特定截面周长、面积的情况下,改变异形桩外尖角个数与夹角,探究不同截面参数对异形桩力学性能的影响,结果表明异形桩的竖向承载能力与横向抗弯能力都优于同样截面面积的管桩,且内凹型异形桩优于外凸型异形桩。     

轻质合金压印接头质量判断及其力学性能研究

在结构轻量化的进程中,新型薄板材料被大量使用,新兴的压印连接技术可以实现这些材料的连接．以钛合金为主要材料进行压印连接实验,结果显示材料的母材性能对连接性能、接头强度、失效形式均有一定的影响．压印接头的拉伸-剪切失效形式为颈部断裂时,拉伸-剪切实验过程中载荷位移曲线有两次明显的下降过程,分别是由于圆形压印点的上半部分颈部被拉断,圆压印点的下半部分颈部被拉断造成的．微观分析显示TA1-TA1压印接头断口呈现类解理穿晶断裂,5052-TA1压印接头断口出现拉长韧窝特征,属于塑性断裂,1420-TA1接头断口呈现大面积平面及少量冰糖状花样,属于沿晶脆性断裂．     

聚氨酯泡沫塑料的强度与断裂韧性

针对3种密度的聚氨酯泡沫塑料进行了拉伸实验。通过无缺口试件确定了3种密度泡沫塑料的拉伸断裂强度,而利用有缺口试件确定了这些材料的拉伸断裂韧性。为了研究高密度泡沫塑料的拉伸断裂机制,还对破坏后试件进行了扫描电镜分析。此外,还简要讨论了泡沫塑料拉伸断裂力学性能的理论预测问题。     

铝合金泡沫金属夹层板自冲铆接头力学性能研究

对AA5052铝合金泡沫金属夹层板进行自冲铆接试验,对接头的可连接性进行探究。通过静力学试验对比各组接头的静力学性能,分析不同种类泡沫金属对自冲铆接头力学性能的影响;用扫描电子显微镜对接头典型断口进行研究,分析其微观失效机理。结果表明:自冲铆技术可以实现泡沫金属夹层板的有效连接,接头具有良好的成形质量;泡沫金属夹层提高了自冲铆接头的静力学性能,其中泡沫镍夹层使AA5052自冲铆接头静失效载荷提高了4.1%;夹层板自冲铆接头失效形式均为铆钉与下板分离,其中泡沫铁镍夹层自冲铆接头下板铆扣断裂区域粘附在铆钉脚底部,为韧性断裂机制;下板内锁区域失效时铆钉与下板发生剧烈刮擦,呈现具有分层现象的片状组织。     

基于分子动力学的氧化石墨烯拉伸断裂行为与力学性能研究

与石墨烯相比,氧化石墨烯(graphene oxide, GO)的亲水性、分散性和反应活性更好,更易于作为增强材料而研发生成性能超常的复合材料,但另一方面,由于其电子结构较为复杂,致使目前有关力学方面的研究存在一定差异.本文利用分子动力学方法,建立了羟基、羧基和环氧基等官能团随机分布的GO原子模型;通过单向拉伸模拟,分析了其断裂行为,结果表明,远离羟基和羧基的环氧基对断裂具有\"诱导\"作用,并从化学成键、体系能量和应力分布三个角度对其机理进行了阐释;此外,进一步研究了拉伸应力$!$-$!$-$!$应变曲线、极限强度、极限应变等力学性能与含氧官能团覆盖度间的关系,结果表明,极限强度、极限应变均随含氧官能团覆盖度的增大而呈减小趋势.分析认为,主要原因是官能团的出现对石墨烯面内的sp$^{2}$杂化形式造成了破坏,进而使得原子间键合能弱化,随着含氧官能团的覆盖度的增大,被弱化的键合能的数量和程度将越大,从而使得GO的极限强度、极限应变等越低. 研究结果可为GO的基础研究和工程应用提供参考.      

WS2纳米微粒LB膜的摩擦学性能研究

研究了铝基体上沉积的二十酸、二烷基二硫代磷酸及由其修饰的ＷＳ２纳米微粒ＬＢ膜的摩擦学性能,并且利用红外显微镜分析了ＬＢ膜在摩擦过程中的结构变化．结果表明：在给定的试验条件下,几种ＬＢ膜的摩擦系数都远比铝的０．７０～０．７６低,耐磨性能以二烷基二硫代磷酸修饰的ＷＳ２纳米微粒ＬＢ膜的最好,几乎比二十酸ＬＢ膜的高２０倍,这是由于ＷＳ２纳米微粒起着支承负荷作用的缘故;二烷基二硫代磷酸锌及由其修饰的ＷＳ２纳米微粒ＬＢ膜在摩擦过程中发生了向偶件表面的材料转移,同时在摩擦力的作用下膜发生了摩擦化学反应或变化     

纺织结构复合材料力学性能的实验研究

本文通过实验测定了三维编织结构复合材料侧边未切割、受切割和中央钻孔试件的拉伸性能,对比了受切割和未切割纤维对于试件侧边拉伸应变的影响,并且讨论了拉伸失效的机理和原因．发现受切割和钻孔试件的拉伸性能低于未加工试件的性能,受切割侧边的拉伸应变高于未切割侧边的拉伸应变,三维编织结构复合材料的拉伸失效主要由纤维断裂引起的．文中还对三维编织结构复合材料的孔边应力集中现象进行了研究,并进行了深入分析,得到一个重要结论,即四步法复合材料的孔边应力集中系数比传统层板复合材料和金属材料的低．从这个意义上说,三维编织结构复合材料适合于作为含孔结构的连接件．