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关键词： 增材制造   晶体塑性   有限元   微观结构   力学性能  

摘要： 增材制造作为先进制造技术的代表,已被广泛应用于航空航天等高新技术领域。金属增材制造技术的高能量密度、高热和快速冷却等复杂工艺特点使得成形件的微观结构与传统制造技术所得成形件显著不同,这对金属材料力学性能有着重要影响。晶体塑性有限元方法将晶体塑性理论与有限元方法相结合,能够跨尺度分析增材制造金属材料微观结构与力学性能之间的关系,为优化工艺过程提供支撑。本文综述了近年来晶体塑性有限元方法在金属增材制造中的应用,阐述了代表增材制造金属材料微观结构特征的几何模型的建立方法和有限元应用,提出了相关发展趋势。

关键词： 材料力学   弹性常数   弹性模量   剪切模量   泊松比  

摘要： 弹性模量、剪切模量和泊松比等弹性常数是材料力学和弹性力学中重要的知识点,也是后续力学课程学习的基础。各向同性线弹性材料只有两个独立的弹性常数,因此其弹性模量、剪切模量和泊松比之间具有直接关联关系。在力学基础教学中充分利用这一关系的不同推导方法,可将相关力学知识串联融合,加深学生的理解,同时也可拓展教师授课的深度和广度。鉴于此,本文分别梳理了在单向拉伸应力状态、纯剪切应力状态和一般应力状态下各向同性材料弹性常数之间关系的多种推导方法,并揭示了该关系式实质上是各向同性线弹性体弹性完全对称性的反映,以丰富教学素材,培养学生举一反三的创新实践能力。

关键词： 水泥基复合材料   碳酸钙晶须   PE纤维   拉伸性能   断裂性能   微观结构  

摘要： 为研究碳酸钙晶须掺量对聚乙烯纤维增强水泥基复合材料(PE-ECC)力学性能及微观结构的影响,设计了4组不同碳酸钙晶须掺量的PE-ECC试件,对其进行抗压性能试验、抗拉性能试验、三点弯曲断裂性能试验,并使用XRD、SEM、NMR技术对其微观结构进行研究。结果表明,碳酸钙晶须对PE-ECC有增强增韧作用,随着碳酸钙晶须掺量增加,这种增强增韧作用呈先增大后减小的趋势,当碳酸钙晶须掺量为1%(体积分数)时,PE-ECC的抗压性能、拉伸性能、断裂性能提升最佳。适量的碳酸钙晶须能填充基体,减少少害孔及多害孔数量,改善孔隙结构。

关键词： SiC_(p)/Al复合材料   热处理   弯曲强度   冲击性能   显微组织  

摘要： 采用热等静压工艺分别制备了SiC_(p)体积分数为35%、45%和55%的SiC_(p)/2024Al复合材料,研究了固溶时效处理对3种复合材料硬度、弯曲强度和冲击性能的影响。结果表明,3种SiC_(p)体积分数的复合材料均由Al、SiC和Al2Cu相组成,致密度均较高,基体与SiC_(p)增强体之间结合紧密。固溶时效处理(T6)可以显著提升复合材料的硬度。SiC_(p)体积分数为35%、45%和55%的复合材料的时效硬化曲线变化规律基本一致,均在时效2 h时达到峰时效状态,硬度分别比制备态复合材料提升了51.56%,41.51%和18.78%。SiC_(p)体积分数为35%的时效态复合材料弯曲强度提升幅度最显著,由622.48 MPa提升至838.11 MPa。随着SiC_(p)体积分数的增加,制备态复合材料的冲击吸收能量由3.43 J逐渐降低至1.00 J,T6处理会进一步降低复合材料的冲击性能。

关键词： 《营造法式》   材料力学   教学案例   教学改革   思政元素  

摘要： 《营造法式》是我国北宋时期编纂成书的建筑学巨著，全书共三十六卷、三百五十七篇、三千五百五十五条，详细论述了房屋建筑的设计、备材、施工、画作、管理等内容。该文归纳总结了书中的经典案例，可作为力学类课程梁的弯曲问题、稳定性问题、摩擦等重要内容的教学案例进行讲授，案例思政特色鲜明，可自然融入课程思政教学全过程。该研究对于丰富理论力学、材料力学、结构力学等力学类课程教学案例及提升教学效果具有重要意义。

关键词： 创新型人才培养模式   土木工程   混合式教学   案例教学法  

摘要： “材料力学”课程是土木工程专业的一门重要的力学基础课程。在传统的“材料力学”课程教学模式下，学生通常只是被动学习知识，缺乏批判性分析问题和独立思考、解决问题的能力。因此，“材料力学”课程教学改革迫在眉睫。本文分析了当前“材料力学”课程教学中存在的问题及相关教学改革探索，介绍了创新型人才培养模式下“材料力学”课程教学内容，探讨了“材料力学”课程教学实践，以期为高等院校土木工程专业人才培养提供新的思路。

关键词： PRMMC   数值仿真   3D RVE   力学行为   失效分析  

摘要： 相较于传统金属材料,颗粒增强金属基复合材料的优势在于可通过调控增强体种类、形貌、大小、分布和含量来获得理想的复合材料性能。但是,研究发现这些增强体参数协同影响着复合材料的力学性能,且对复合材料力学性能的具体影响规律仍未明确。目前主要的研究方式为制备材料并开展拉伸实验,但这种研究方式存在干扰因素较多,耗时长且成本高的难点。因此,为解决上述问题,本文从仿真模拟的角度入手,首先基于三种金属基复合材料(TiB2/6061Al、ZrB2/6061Al、SiC/CNT/AZ91D)的微观TEM照片,在仿真平台ABAQUS中建立了这三种复合材料的代表体积单元(Representative volume element,RVE)模型。随后结合Vumat子程序和Cohesive单元,在RVE模型中引入基体延性断裂准则、线性损伤演化算法、界面牵引分离准则,成功中模拟了 RVE在单向拉伸载荷作用下包括弹性变形、塑性变形和断裂损伤的全过程力学行为。随后与实验数据比对,验证了模型的精确性。最后对纤维(含量、投放角度)、颗粒(含量、圆整度,团簇率)进行了参数化分析,并总结出增强体对RVE的力学行为以及断裂行为的作用机制。研究结果表明: (1)对于TiB2/6061Al复合材料,增加颗粒质量分数wt提高了 RVE的承载能力,但降低了它的伸长率。颗粒的团簇率β对RVE的力学行为也有很大影响,随着团簇率β增加,颗粒间距的减小导致颗粒上的应力增加,伸长率降低了约8%,并导致损伤提前发生、应力的下降梯度增加,然而,屈服强度、拉伸强度及弹性模量均未得到提高。此外,还研究了裂纹产生和扩展的机理:首先在颗粒周围产生细裂纹,随后细裂纹与附近的其他细裂纹融合,形成主裂纹,主裂纹的进一步扩展导致了复合材料的宏观断裂。 (2)对于ZrB2/6061Al复合材料,实验发现该材料在制备过程中会产生局部高密度位错,这种位错效应使得复合材料的屈服强度得到提高,仅靠原有的塑性硬化模型无法模拟出真实的屈服强度。因此,本文基于热错配(CTE)机制,推导出了一个适用于该材料的新型塑性硬化模型,并成功开展了仿真模拟实验。考虑到颗粒圆角尺寸对应力的分布有着较大的影响,且目前对该因素的研究还较少,因此本文还对颗粒圆角尺寸进行了研究。结果表明:增加颗粒的体积分数fv显著提高了复合材料的承载能力,但降低了其伸长率。同时,为探究RVE在受载过程中的深层致因,我们结合正交标准化Lode角及应力三轴度对失效单元进行了深入分析,分析结果表明:当圆角尺寸pc较小时,偏应力引起的剪应力、压应力和拉应力是基体失效的主要致因,而当圆角较尺寸pc大时,静水应力产生的剪应力和拉应力基体失效的主要致因,且应力集中得到了有效缓解,并在很大程度上提高了伸长率,但承载能力没有明显变化。 (3)对于SiC/CNT/AZ91D复合材料,实验发现该材料的强化机制较为复杂,涉及多种强化机制,因此本文在此基础上,结合原有的塑性硬化模型和各项强化机制,推导出了一个适用于该材料的新型塑性硬化模型。实验结果表明:与仅含一种增强体的复合材料不同,对于含双相增强体的混杂复合材料而言,仅增大增强体的体积分数fv对其承载能力无明显强化作用,因此还需进一步探究具体的影响因素。随后进一步的失效分析表明:双相增强体混杂情况下的RVE材料损伤致因较为复杂,增强体团簇,投放角度等因素都会对RVE的力学行为具有较大的影响。考虑到CNT纤维在形貌及材料性能上的特殊性,本文对CNT纤维的投放角度φ进行了分析。分析结果表明:随着CNT纤维的投放角度φ由0°上升到90°,屈服强度上升了 30MPa,抗拉强度下降了 15MPa,伸长率下降了5%。

ISBN: (纸本)9787562969228