3D打印石膏试件力学性质实验

3D打印技术目前已广泛应用在医疗、航空、汽车、建筑等领域,文中做了3D打印技术在岩石力学领域的应用尝试.利用3D打印技术制作两种类型的石膏试件进行实验室单轴压缩试验.实验表明：3D打印技术可以快速、精确、灵活地制作出所需复杂尺寸的试件;打印石膏试件密度较低;3D打印石膏试件具有强度低和塑性强的特性;简单标准试件的力学性质具有可重复性,含裂纹试件力学性质差异较大;含裂纹试件的制作尚存在技术上的困难.     

3D打印技术在岩石力学中的应用

3D打印技术是近30年快速发展的先进制造技术,不同于传统成型技术所采用的压制、锻造、铸造等方法,3D打印技术的原理是通过计算机构建三维数字模型后,用极薄的物理层将构件叠加打印出来.本文根据打印材料以及成型工艺的不同,对代表性3D打印技术进行了详细的分类,井阐明了不同种类的3D打印机工作原理,同时总结了3D打印技术的研究...     

3D打印随机蜂窝夹芯圆管结构的准静态轴向压溃性能研究

利用3D打印技术,构建了具有特定细观结构的轻质随机蜂窝柱壳结构,研究了该蜂窝柱壳及其夹芯圆管结构的准静态轴向压溃性能,分析了芯层细观结构参数和内外管的几何参数组合对夹芯圆管结构压渍性能的影响.结果 表明,随机蜂窝夹芯圆管结构外管变形模式受到内外管的几何尺寸和蜂窝芯层细观结构参数的影响,芯层与管壁之间的相互作用增强了结构...     

基于Gurson损伤力学模型的糜棱岩成因有限元分析

应用孔洞损伤的Gurson模型,建立糜棱岩原岩细观孔洞损伤体胞单元,提出糜棱岩成因的损伤力学观点,统一解释糜棱岩成因研究中一些独特的地质现象.对一种具体原岩———花岗岩的细观孔洞损伤体胞单元作了有限元计算分析,并根据计算结果讨论了各种应力对糜棱化过程的影响.     

3D打印混凝土各向异性力学性能研究

近年来,混凝土3D打印技术在土木建筑等领域取得了快速的发展和应用。与模板浇筑工艺不同,3D打印在逐行逐层堆叠的建造过程中引入了一定量的层间弱面和空隙,造成了细观非均质性;而且3D打印过程无法自动嵌入钢筋,制备纤维混凝土作为打印材料可有效改善力学性能。本文首先制备了一种适用于挤出型3D打印工艺的玄武岩纤维增强陶砂混凝土,将水平打印层作为XY平面,然后从三个正交方向加载,实验测试了3D打印混凝土的抗压、抗弯等力学性能,提出了各向异性系数及其评估方法。研究结果表明,对于单轴压缩,X方向强度最高,而对于抗弯性能,Y方向强度最高。纤维对挤出型3D打印材料的各向异性影响较大,纤维掺量越大,各向异性越大。     

3D打印模型在光弹性法教学中的应用研究

本文将3D打印技术引入光弹性法的教学中,解决了传统技术制作光弹模型时成型周期长、试样初始残余应力较大等问题.以圆盘为例,详细介绍了3D打印光弹模型的制备过程.基于光弹系统测量得到了对径受压模型内部的等倾线、等色线相位和条纹值.制备了含不同形状孔隙的教学模型,丰富了课堂内容.展示了数字模型设计、物理模型制备、光弹条纹图采...     

3D打印多孔热固性聚酰亚胺含油复合材料

以氯化钠(NaCl)作为致孔剂与流变性能调节剂,碳纤维(CF)作为增强填料与流变性能调节剂,苯乙炔基封端聚酰胺酸溶液(PAA)作为基体树脂,配制适用于直书写3D打印的复合墨水,室温下打印成形后经热固化处理和NaCl刻蚀去除后制备了多孔热固性聚酰亚胺/碳纤维(TSPI/CF)复合材料. 研究表明:NaCl与CF对复合墨水的流变学性能具有好的调节作用;打印制备的TSPI/CF复合材料具有低的各向同性尺寸收缩和优异的耐热性能,且耐热性能随着CF含量的增加而提高;CF含量升高,TSPI/CF复合材料的孔隙率提高,平均孔径降低,力学性能增强;多孔TSPI/CF复合材料表现出优异的储油、出油性能以及浸油摩擦学性能.      

一类混凝土力学参数的迭代多尺度有限元预测方法

根据多级配骨料混凝土特点,给出了一种迭代多尺度有限元方法预测其等效力学参数。本文首先介绍了多级配骨料混凝土的材料特点并给出了计算混凝土多尺度模型,然后基于多尺度方法介绍了计算混凝土力学参数的计算程序,最后针对小湾大坝中混凝土给出了算例说明了此种方法在预测混凝土等效力学参数的有效性。     

6140机床主轴力学特性有限元分析

建立了6140机床主轴的力学简化模型,计算了在计算转速下的受力参数,从而建立起有限元分析模型,采用四面体单元划分网格,分析了机床主轴在加工过程中的变形和应力,依据有限元分析结果,提出了减小机床加工误差的方法．     

薄膜材料微观力学行为的有限元分析

采用有限元法对材料表面改性层和薄膜材料在显微压入过程中的力学行为进行了计算机模拟。从所得的载荷与压入深度的关系曲线、压痕周围应力、应变场的大小和形状分布曲线等为依据，对在超显微硬度测试中基底材料及界面层的影响进行了详细的讨论，并得出：为排除基底材料的影响，通常规定压入深度（Ｄ）不得超过膜厚（ｔ）的１０～２０％的规则并不适用于所有薄膜系统。测试时，允许的Ｄ／ｔ的临界比值将随薄膜系统不同而异。对软膜硬基底系统而言，由于压头下的塑性应变区更多的是沿膜层的横向扩展，故Ｄｃ／ｔ允许大于上述规定值，而对硬膜软基底系统而言，则由于压头下的塑性应变区很容易扩展到基底材料中去，其Ｄｃ／ｔ值将小于上述规定值。     

有限元模型综述——各类模型的力学背景及其有关数学问题

本文首先从广义变分原理出发用统一观点阐述了有限元的各种模型以及与之相关的数学问题.然后,利用广义伽略金方法阐述了近年得到迅速发展的加权余量法,特别介绍了由之导出的广义有限元模型的示例.     

基于计算机仿真的3D打印血管材料力学性能研究

利用光固化与离子固化相结合的3D打印方法打印圆柱体,假设材料各向同性,通过压缩实验测得了材料的弹性模量和压缩强度;建立了血管和血液的流固耦合模型,采用有限元分析方法,分析了一个心动周期内流体速度入口条件下五个特征时刻的流体速度分布和固体管壁的力学特征。结果表明,在心脏射血期峰值时刻,血液流速和固体管壁承受应力都达到最大值,其中应力最大值为2018Pa,远小于材料的压缩强度。     

纤维对3D打印水泥基材料力学性能的影响

将不同长度的PVA和玄武岩纤维分别以单一及混合形式掺入3D打印水泥基材料中,研究了纤维种类、长度、混合形式等对打印材料力学性能的影响规律.研究结果表明,PVA及玄武岩纤维的掺入均有助于提升打印材料的抗折强度;对于PVA纤维,以6mm和12mm长度的PVA纤维复掺后,对打印材料的力学性能提升效果最佳;玄武岩纤维则是以6m...     

脊柱L3-L5段机械模型的力学特性分析

借助计算机辅助设计软件SolidEdge,根据人体解剖学数据建立了人体脊柱L3-L5段近似三维几何模型,并利用有限元分析软件ANSYS进行赋值,模拟了脊柱L3-L5段的结构特性、材料特性、接触特性。将椎骨划分为皮质骨、松质骨等结构,用接触连接的方法模拟了椎骨与椎间盘之间、小关节之间的连接情况,采用实体单元Solid187对其进行网格划分。对该三维有限元模型进行加载分析,得到其在200N轴向力作用下和100N侧向力作用下的应力和变形数据,该数据可以为脊柱生物力学的研究和侧凸脊柱的病因及矫正提供一定的参考依据。     

基于3D细观模型的混凝土动态压缩行为分析

通过建立混凝土的3D细观模型,在细观尺度上分析动态压缩荷载作用下混凝土材料内部裂缝的产生和发展、损伤演化和动态强度及其影响因素。首先,基于传统的“生成-投放”法生成粒径、形状和空间分布均随机的凸多面体粗骨料模型,并通过骨料沉降和粒径缩放实现粗骨料的大体积率（达50%）和可调控;使用四面体网格划分骨料和砂浆表征其真实物理形状;使用界面粘结接触表征界面过渡区（ITZ）提升计算效率。进一步通过对比不同粗骨料粒径混凝土的分离式霍普金森压杆（SHPB）试验数据与模拟结果,如杆上应变时程、试件动态应力-应变曲线和试件损伤破坏模式,验证了建立的混凝土3D细观有限元模型、参数确定方法和数值仿真方法的准确性。最后,分析了30～100 s-1应变率范围内骨料粒径（4～8、10～14和22～26 mm）、体积率（20%、30%和40%）和类型（石灰岩、花岗岩和玄武岩）对混凝土动态压缩强度的影响。结果表明：粗骨料粒径增大,混凝土动态压缩强度先增大后减小;粗骨料体积率越高,混凝土动态压缩强度越大;混凝土动态压缩强度随粗骨料强度的增加而提高。     

3D打印连续微筋混凝土梁受弯承载力试验研究

连续微筋同步增强方法可有效提高3D打印混凝土结构的强度和延性,本文制备了3D打印连续微筋混凝土梁,试验研究了打印梁在四点弯曲作用下的变形和破坏规律,建立了开裂荷载和极限荷载的理论计算模型,并提出了结构正截面抗弯承载力的简化计算方法.研究结果表明:3D打印微筋混凝土梁的破坏模式属于少筋破坏,半截面加筋试件中的微筋全部屈服...     

3D打印结构加强混凝土短柱抗压力学性能研究

以韧性树脂为材料,采用光固化3D打印技术,制作由若干纵筋和环向箍筋组成的3D打印结构网架,用于加强混凝土材料。混凝土试件为直径100mm,高200mm的圆柱,由M2.5水泥砂浆为基体,配筋率体积比为2.17%。另制作相同尺寸的无加筋素混凝土试件作对比试验。单轴压缩试验结果表明,与素混凝土试件相比,3D打印结构加强混凝土试件的抗压强度提高了53.28%,峰值应变提高了70.22%,极限应变提高了164.66%,峰前吸收能量值提高了134.21%。3D打印结构加强混凝土试件破坏后强度下降比素混凝土试件更缓慢,在破坏形态上,加强后的试件裂纹更窄。本文论证了3D打印结构加强混凝土在工程中应用的可行性。     

3D打印陶砂轻质混凝土的制备与力学性能测试

混凝土3D打印在土木建筑等领域取得了迅速的发展和应用,利用陶砂制备3D打印混凝土材料有利于提升打印结构的轻量化。本文首先研究了陶砂的物理性质,配制了5种不同陶砂掺量的混凝土,结合流动性与早期刚度测试结果,确定了满足挤出型3D打印的配合比。其次借助自行研发的3D打印机制备了4种不同路径的立方体试件和棱柱体试件,评估了打印路径对3D打印结构抗压、抗弯和劈裂力学性能的影响。试验结果为拓展陶砂材料的资源化利用,3D打印材料的设计与工程应用提供了试验数据和参考。     

计算力学的有限元线法

本文对新近提出的有限元线法作一简介,对其正在取得的进展及发展前景作了评述及展望。      

沿指定应力路径加载的有限元RVE模型研究

在细观尺度上建立能反映材料微观组织结构又能反映统计意义上宏观力学性能的代表性体积单元（Representative Volume Element, RVE）,对其进行复杂加载下的数值研究,是目前预测材料宏观力学性能较有效的方法。本文从理论上分析并提供了对正六面体RVE在任意应力状态及任意应力路径下加载及宏观应力、应变计算的方法,用有限元软件ABAQUS实现了数值计算过程,并用此方法对循环加载下缺口圆棒颈部中心和边缘位置进行了RVE分析。结果表明：（1）此方法能准确的控制并实现正六面体RVE在任意应力状态及应力状态路径下加载;（2）通过RVE分析,可用于复杂加载下试样局部细观结构变化的研究。