空心颗粒填充复合材料弹塑性力学行为模拟

空心玻璃微珠(Hollow Glass Microballon,简称HGM)填充树脂基复合材料称为复合泡沫材料,近来已被广泛应用在工业中.利用RSA(Random Sequential Adsorption)方法生成了含不同体积比的HGMs填充代表体元模型,然后用有限元方法计算得出了材料的应力-应变关系,将材料属性简化为双线性随动强化模型,分析了HGM填充比、壁厚对材料的有效弹性常数、屈服极限的影响,并分析了材料内部细观应力场和塑性应变分布情况.结果发现,HGM壁厚比对材料有效弹性模量和屈服极限的增减起着决定性作用,而对于任意填充模式来说,材料的比模量和比强度总是大于纯树脂,这一点体现了该材料轻质的优良特性.材料基体的应力集中部位分布以及塑性应变区域的分布也取决于HGM的壁厚比.     

焊接金属空心球单轴压缩实验研究

球基轻质多孔材料的单球基元有多种构建形式,四点焊接金属空心球(Metal Hollow Sphere, MHS)是其中一种特殊类型.对四点焊接的金属空心球进行了单轴压缩实验.由于其中某些空心球在焊接时出现了孔洞,故分别做了完整和焊接出现孔洞的两种情况下的多组实验,得出了焊缝与水平面夹角θ成不同角度时压缩的名义应力-应变曲线.对比了各种夹角θ情况下的弹性模量、屈曲应力.根据实验结果,得出了θ=45度时其首次屈曲应力最大的结论.通过简化模型给出了其原因,并定性地分析了二次屈曲的问题.另外,结合实验现象分析了金属空心球在压缩时的屈服和屈曲过程.同时,对焊接完整和焊接出现孔洞两种情况进行了对比,发现有孔洞时其首次屈曲应力更低.以上结果对球基多孔材料的研究具有参考价值.     

破碎岩石气体渗透性的试验测定方法

为了测试采矿工程中松散破碎岩体的气体渗透特性,设计了与MTS815.02岩石力学伺服机配套的气体渗透仪和测试系统。依靠MTS伺服机改变压力和位移条件,渗透仪用以稳定破碎岩石并连接气体测试系统,接入气源、组成回路和测试气透特性等由测试系统完成。通过对几组破碎砂岩岩样氮气渗透性能的测试,结合考虑状态方程的渗透率换算公式,得出破碎砂岩气体渗透率随压力和粒径条件的变化规律。该测试方法和测试结果在研究采动破碎岩体瓦斯等气体流动规律方面具有重要意义。     

空心玻璃微珠及玻璃纤维混合填充环氧树脂力学性能实验研究

制备了一种空心玻璃微珠质量比、四种玻璃纤维质量比的空心玻璃微珠及玻璃纤维混合填充环氧树脂复合泡沫材料。通过一系列准静态压缩、拉伸实验,研究了玻璃纤维填充量对复合材料的密度、强度、弹性模量等性能的影响,并分析了其影响原因。通过三点弯曲实验,研究了复合材料弯曲弹性模量、弯曲强度等力学性能与玻璃纤维填充量的关系。通过拉伸断口SEM照片分析了玻璃纤维增强复合材料力学性能的原因。研究表明:随着玻璃纤维填充量增加,复合材料的拉伸和弯曲强度、压缩屈服极限及弹性模量等力学性能都有较大的提高,且仍然保持了较好的弹性性能和塑性特征。     

空心颗粒填充复合材料的建模与弹塑性仿真计算

空心玻璃微珠（hollow glass microballon，简称HGM）填充复合材料称为复合泡沫材料，近来已被广泛应用在工业中。利用RSA(Random Sequential Adsorption)方法生成了含不同体积比的HGMs填充代表体元模型，然后用有限元方法计算得出了材料的应力-应变关系，将材料属性简化为双线性随动强化模型，分析了HGM填充比、壁厚对材料的有效弹性常数、屈服极限的影响，并分析了材料内部细观应力场和塑性应变分布情况。结果发现，HGM壁厚比对材料有效弹性模量和屈服极限的增减起着决定性作用，而对于任意填充模式来说，其比模量和比强度总是大于纯树脂，这一点体现了该材料轻质的优良特性。材料基体的应力集中部位分布以及塑性应变区域的分布也取决于HGM的壁厚比。     

环氧树脂/泡沫铝一体型复合夹层板压缩及弯曲试验研究

提出了一种环氧树脂/泡沫铝一体型复合夹层板,通过准静态试验以及与纯泡沫铝、传统蒙皮夹层板的对比研究了其破坏过程、破坏形貌、破坏机理及压缩和弯曲力学性能。分别通过压缩应力-应变曲线和弯曲荷载-挠度曲线分析了复合层厚度对压缩及弯曲力学性能的影响,并与传统夹层板的力学性能进行了比较。结果表明,随着夹层板中环氧树脂/泡沫铝复合层厚度增加,其压缩弹性模量和抗压强度增加,弯曲承载力提高。相比传统蒙皮夹层板,由于表层和芯层之间没有明显界面,大大提高了夹芯板的整体性,在受力过程中不会出现表层剥离等现象。     

泡沫铝-复合泡沫冲击韧度及黏弹性分析

泡沫铝-复合泡沫互穿相复合材料是一种新型的结构功能一体化材料,在机械、交通、建筑等领域具有重要的应用前景。本文制备了纯泡沫铝及空心玻璃微珠四种体积分数的泡沫铝-复合泡沫试件,通过摆锤冲击实验研究了其冲击韧度,讨论了其断口形貌与结构性能的关系,通过单轴压缩的应力松弛实验研究其黏弹性性能。研究表明：空心玻璃微珠体积分数为10%的泡沫铝-复合泡沫试件的冲击韧度最大,随后其冲击韧度随空心玻璃微珠体积分数的增加而减小;当空心玻璃微珠体积分数较小时,泡沫铝的结构形貌决定了冲击断口的形貌,但当其体积分数达到30%时,空心玻璃微珠的破坏是形成断口形貌的主要原因;复合材料的黏弹性性能随着玻璃微珠体积分数的增加而增大。     

薄壁金属空心球结构压缩力学性能研究

金属空心球结构是一种新型的超轻多孔金属材料。本文对直接堆积和胶合堆积的两球、三球金属空心球列组元进行了单轴准静态压缩实验,分析压缩过程的变形情况,得出其应力/屈曲极限、有效弹性模量、有效应力-应变曲线,并讨论了发生屈服/屈曲的原因。基于实验现象作者提出了三种边界条件,通过分析的方法导出列组元的有效弹性模量公式,其预测值与实验结果较为符合。通过对两种不同堆积模式面组元的压缩实验,研究了金属空心球结构的力学性能和垮塌规律,分析其比刚度和比体积能量吸收值,讨论了两种不同堆积模式的面组元的特点和优越性,发现HC堆积模式具有更好的力学性能。同时对比三球列组元的有效弹性模量发现,SC堆积模式的有效弹性模量只与堆积层数有关。     

空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料简支冲击实验研究

制备了质量不同配比改性空心玻璃微珠(HGB)填充环氧树脂复合材料,对该材料标准试件进行了摆锤冲击实验,得出了不同配比材料的冲击韧度,并使用SEM观察了冲击断口的断面形貌。实验发现,玻璃微珠含量为2%的复合材料冲击韧度最小,此时材料抗冲击性能最差;而当含量超过2%,复合材料的冲击韧度会随玻璃微珠含量增加而增大;断面上玻璃微珠在基体中有拔出、断裂和破碎三种状态,以断裂破坏的玻璃微珠为主导破坏形式。以上实验发现对此类复合材料的研究和应用具有参考意义。     

理论力学研究导向型教学方法探索与实践

基于“创新性、高阶性和挑战度”的教学理念，提出了理论力学课程的研究导向型教学方法。通过引入工程实际的例题、科技前沿及大国工程等案例，培养学生力学建模、分析实际问题的能力以及家国情怀和崇高的价值理念；通过翻转课堂，调动学生的学习积极性；通过课程小论文的研究，培养学生的批判性思维及查阅文献、力学建模、创新性设计和研究复杂工程问题的能力。实践结果表明，学生的学习积极性、翻转课堂参与度及课程的教学效果得到了有效提高。