自修复体系中微胶囊壁材力学性能的测试与表征

微胶囊自修复技术成为研发自修复聚合物材料的主要途径。由于尺寸效应的影响和制备工艺的差异,有必要表征和测量自修复体系中微胶囊壁材的力学性能。本文从微胶囊中直接剥离出微胶囊壁试样进行纳米压痕测试,通过数据拟合和和量纲分析的方法,建立载荷-位移(P-h)曲线与微胶囊壁材弹塑性力学参数之间的联系,分析得到了微胶囊壁材的弹性模量和特征应力值(σ_0.033),进而得到微胶囊壁材的应力-应变本构关系。     

Peculiarities of the Structure and Mechanical Properties of Biological Tissues*

Five basic principles that determine the structure and mechanical behavior of almost any biological tissue have been formulated. They are the principle of hierarchy, principle of helicality, principle of feedback, principle of universality, and principle of an optimum. It is shown that there are also two types of factors – biological and mechanical – that must be taken into account in determining the mechanical properties of biological tissue. As an example of complexity of the mechanical behavior of a biological tissue the data on compact bone tissue are presented.     

三维正交机织复合材料的力学性能研究

利用材料试验机装置开展了三维正交机织Kevlar/乙烯基树脂复合材料力学实验,实验表明面内经向拉伸和厚度z方向压缩时,材料具有一定的应变率效应,厚度z方向压缩强度远大于面内压缩强度,而面内经向和纬向的拉伸强度则相当.结合纤维的编织方式,对这些现象做了必要的定性分析.最后,本文基于三维正交机织复合材料的结构特点,推导了一组可用于估算三维正交机织复合材料弹性模量的公式,估算结果和实验值接近.     

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．     

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．     

低应变率下硅铝质泡沫陶瓷复合材料的力学性能研究

以泡沫陶瓷复合材料在防护工程中的应用为背景,利用MTS(Material Test System,材料试验机)对该型材料进行了准静态压缩实验。得到了应变率在10-5~10-3s-1范围内的应力应变曲线,并对实验结果进行了理论分析和数值模拟。研究表明,泡沫陶瓷复合材料的力学性能在准静态一维应力压缩条件下显示出明显的应变率效应,同时其应力应变曲线可用一种经验的脆性材料本构模型进行较好地拟合。而在一维应变压缩条件下,材料的应力应变曲线则显示出明显的三段式特征:弹性段、平台段和密实段,同时材料的吸能幅值随着应变率的增大而增加。     

点阵增强型复合材料夹层结构的力学性能实验与分析

采用真空导入成型工艺,制备出在面板与芯材界面上具有创新构型的点阵增强型复合材料夹层结构。对其面板拉伸性能、夹层结构剪切与平压性能进行了实验研究,得出点阵增强型复合材料夹层结构经树脂柱增强后,剪切与平压性能均得以提高的结论。对不同跨高比复合材料夹层结构开展了三点与四点弯曲实验,研究其典型受力破坏形态与机理。基于Eshelby等效夹杂原理,采用Mori-Tanaka方法求解了点阵增强型复合材料夹层结构经树脂柱增强后的剪切性能。利用经典夹层梁理论和非线性有限元模拟方法,预估了试件抗弯刚度与受弯极限承载力,理论分析与实验结果较吻合。     

高分子材料湿度含量对其力学性能的影响的实验研究

本文从实验的角度对湿度因素影响下的高分子聚合物材料的力学性能进行了研究。选用了尼龙6材料进行了一系列的有关湿度实验，通过不同含湿率下与时间相关的材料性能实验首次从实验上证明高分子聚合物材料存在湿度-时间等效性。即对材料力学性能而言延长作用时间与增加材料含湿率与等效的，并且具体给出了尼龙6材料的湿度-时间等效关系。如该材料在不同含湿率下的广义曲线，本文工作为进一步研究湿度因素影响下的材料性能提供了实验依据。     

SiO2/SnO2复合纳米微粒添加剂的摩擦学性能及其对磨损表面的修复作用研究

采用化学方法制备了SiO2 SnO2 复合纳米微粒，分别采用四球摩擦磨损试验机和环一块摩擦磨损试验机考察了其作为矿物油添加剂的抗磨减摩性能及对磨损表面的修复作用．用扫描电子显微镜观察、分析了磨斑表面形貌，并探讨了复合纳米微粒添加剂的润滑作用机理．结果表明，SiO2 SnO2 复合纳米微粒添加剂具有优良的减摩抗磨性能，且对磨损表面具有一定的修复作用．其原因在于，SiO2 SnO2 复合纳米微粒在摩擦表面沉积并在接触区的高温高压作用下熔融铺展，形成低剪切强度的表面膜．     

复合材料层合板单搭胶接力学性能检测技术与分析

胶接工艺缺陷对单搭胶接接头的拉伸剪切性能有着重要的影响。为了研究不同单搭接胶接层厚度对不同材质复合材料层合板胶接性能的影响规律,通过喷水穿透法超声C扫描对试样的剪切区域进行无损检测,并分别采用1mm、2mm、4mm的胶层厚度,以碳纤维/玻璃纤维复合材料层合板为被粘物,进行单搭胶接拉伸剪切性能试验。检测及试验结果表明:当胶层厚度h1mm时,对于相同材料的被粘物,胶层厚度越大,试件胶接接头剪切强度越小;相同的粘接剂厚度,以碳纤维增强复合材料板为被粘物的试件胶接接头剪切强度大于以玻纤增强复合材料板为被粘物的试件胶接接头强度;胶粘剂与碳纤维被粘物表面的润湿效果要优于胶粘剂与玻纤被粘物表面的润湿效果。     

温度对炭黑填充橡胶复合材料力学性能影响的实验研究

采用岛津万能试验机对天然与丁苯共混橡胶(NSBR)试件进行不同温度下多步松弛循环加卸载实验和单向拉伸加卸载循环实验，对比两者的宏观力学响应，并研究温度对炭黑填充复合材料力学性能的影响．结果表明：(1)随着温度的升高，未填充橡胶逐渐变“硬”，而炭黑填充橡胶是“先变软后变硬”．(2)随着温度的升高，橡胶的迟滞损耗呈线性减小．(3)比较单向拉伸和应力松弛平衡点的应力应变曲线，填充橡胶“先变软后变硬”的温度转折点不同，这是由于应力松弛过程基本消除了粘弹性效应．     

机械密封补偿机构中辅助O形密封圈的性能分析

采用有限单元法建立了机械密封O形辅助密封圈的数值分析模型.利用非线性有限元软件MSC.MARC计算了VonMises应力和接触密封界面之间的接触应力.采用高频疲劳试验机和高压水润滑O形密封圈试验单元组成的试验装置测得了摩擦力,并结合数值计算结果求得了摩擦系数.分析了O形辅助密封圈的压缩量及滑移速度对摩擦力的影响,讨论了O形辅助密封圈对机械密封的密封能力、泄漏特性的影响.结果表明:O形密封圈用于机械密封中的补偿机构会有微量泄漏;水润滑状态下接触密封界面能形成润滑水膜,摩擦力较小,有利于密封稳定运转.     

Properties of a half space including a twisted shaft of revolution

The properties of an elastic half space including a partly embedded twisting shaft of revolution are studied. Without knowing the exact solution of the torsion problem of a given embedded shaft, these properties can indicate some features of the displacement or stress field of the half space and can sometimes be used for checking a numerical solution. An example for checking the correct stress distribution on surfaces of twisted rigid cylindrical shaft embedded in a half space is given. This Work was Supported by the National Science Foundation of China.     

特种泡沫塑料的动态力学性能研究

通过大尺寸分离式Hopkinson压杆对特种泡沫塑料进行了高应变率冲击实验，完整地给出了该材料在高应变率下的动态应力应变曲线，并将结果和理论上的Eyring模型进行了比较，指出了这种材料在一定的应变率范围内，具有明显的应变率效应，同时从应力应变曲线的特点来看，这种材料又有良好的吸能特性，最后通过对实验数据的拟合，提出了便于工程应用的动态本构方程。     

Parameters of the Edge Effect as a Function of the Mechanical Characteristics of a Composite with an Interfacial Crack

The paper studies the dependence of edge effects in a laminated composite of regular structure with a periodic system of symmetric interfacial cracks on the mechanical characteristics of the composite components. Loading the composite induces constant strain in the reinforcement direction. The problem is solved in exact formulation using the linear elastic equations for piecewise-homogeneous media and a criterion for quantitative evaluation of edge effects. An approximate solution of the problem is found by the mesh approach. A difference scheme for the mixed problem under consideration is derived. The edge-effect zones for normal stresses are constructed. The maximum values of the normal stress concentration factors are determined     

飞机某复合材料弯管的振动主动控制

针对某飞机上典型的复合材料弯管结构的振动 ,采用压电元件作为传感器和作动器 ,通过有限元分析其振动模态以确定压电元件的施加位置 ,进一步利用自适应前馈控制策略 ,对其振动进行了主动控制 ,最终取得了有效的减振效果     

复合材料断裂力学参量的实验测定

本文采用三维云纹干涉仪同步测量含裂纹复合材料弯曲板的面内位移场及离面位移场，并对离面位移场云纹图进行计算机自动采集和处理，编制了云纹数字图像处理软件。文中推导了正交异性复合材料弯曲问题的离面位移场表达式，得到了弯曲板裂纹尖端位移w与应力场强度因子K1的关系式。通过实测位移，结合裂尖位移场推导出应力强度因子K1值。     

单纤维微拉伸力学性能测试与分析

针对微尺度材料力学性能测试与尺度效应实验研究的需要,自行研制了一台FMT-I型高精度纤维材料微拉伸力学性能实验装置,并基于LabVIEW软件平台开发了相应的数据采集与控制系统,实现了测试过程的全自动化。该装置的测力传感器由非接触式激光位移传感器和两端固定的薄梁组成,可同时测量试样的拉伸力和上夹持端的位移量,帮助精确地获取试样的载荷-变形曲线。采用该装置对微米级直径的多晶铜丝、316L不锈钢纤维和T300碳纤维进行了拉伸测试。实验结果表明,直径为18～105μm多晶铜丝的拉伸力学行为并无明显的尺度效应;多晶铜丝和316L不锈钢纤维的弹性模量分别在43.9～60.0GPa和102.9～111.5GPa之间,均低于宏观尺度下材料的弹性模量;316L不锈钢纤维的抗拉强度和延伸率随着丝径的减小而降低;T300碳纤维的弹性模量为235.4±12.4GPa,抗拉强度为3238.2±280.8MPa,断裂应变约为1.5%。另外,相同的细铜丝材料的测试结果与Instron5848型商用拉伸试验机的测试结果进行了对比,吻合良好。通过系统的实验分析表明,该装置具有较高的精度和稳定性,适用于各种纤维材料的拉伸力学性能测试。     

用于测量材料高温动态力学性能的SHPB技术

讨论了高温下分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验的两种方案:单独加热试样并快速对杆与同时加热试样和杆再修正温度梯度的影响。前者避免了杆被加热但是操作复杂,后者简单稳定。为了分析后者温度梯度的影响设计了一个简化模型,采用数值计算进行修正,提出了精度适当的假设,并且进行了实验验证。测量了试件和杆一起加热时杆上的温度分布,证实计算采用的温度分布是合理的。据此得到的专用于材料高温动态力学性能测试的SHPB数据处理公式简单实用,便于推广使用。     

钼／全氟聚醚复合薄膜的制备及摩擦学性能研究

利用电子束蒸镀和浸涂技术在GCrl5轴承钢表面制备了钼／全氟聚醚复合润滑膜(Mo／PFPE)；利用接触角测定仪和X射线光电子能谱仪分析了复合润滑膜的表面性质和化学状态；采用DF—PM型动-静摩擦系数精密测定仪考察了复合薄膜的摩擦学性能，采用扫描电子显微镜观察分析了薄膜磨损表面形貌．结果表明，与金属Mo薄膜相比，Mo／PFPE复合薄膜同钢对摩时的摩擦系数显著降低，耐磨性能明显改善，Mo／PFPE复合薄膜同钢对摩时主要呈现轻微磨粒磨损特征．