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关键词： Bi相   石墨   铜基轴承材料   力学性能   摩擦学性能  

摘要： 铅是一种有毒有害元素，随着环保化的发展趋势，产品无铅化势在必行。本文主要以无毒低熔点金元素铋作为软质相、石墨作为辅助固体润滑剂，利用石墨的减摩特性与铋的抗粘着特性的协同作用取代铜铅轴承材料中的铅，实现铜基轴承材料无铅化。采用常规的粉末冶金方法制备了无铅铜铋、铜铋石墨滑动轴承材料，并开展了相关力学性能及不同工况条件下的摩擦学特性研究，利用扫描电子显微镜、光学显微镜、表面形貌轮廓仪等微观分析手段对材料的显微组织结构、断口与磨痕表面形貌、表面轮廓以及磨痕表面的化学组分进行了系统的分析，探讨了无铅铜铋轴承材料的摩擦磨损机理。 研究表明，铋含量对无铅铜铋轴承材料力学性能有较大的影响。由于铋为脆性相，且呈薄片网带状分布于铜合金基体晶界处，割裂了铜合金基体的连续性，使得含Bi铜基轴承材料硬度、压溃强度和冲击韧性随Bi含量的增加而明显减小，含Bi铜基轴承材料断口以脆性沿晶断裂为主。当Bi含量大于4wt%后，铜合金基体晶界处富Bi相的薄片网带状分布已较完整，Bi含量的进一步增大，其对铜合金基体的割裂作用不再明显增加，所以材料力学性能的降低趋势减缓。 由于摩擦热的作用，摩擦磨损过程中铜铋轴承材料中的低熔点组元铋会在摩擦副表面直接接触区域熔融、析出，降低接触区域的剪切强度，稳定摩擦副的运行，含铋铜基轴承材料体现出较好的减摩、抗粘着特性。但是铋的含量对铜基轴承材料的摩擦学性能影响较大，适宜铋含量的铜铋轴承材料有利于提高其减摩、耐磨、抗粘着性能;添加适宜含量石墨可以进一步改善无铅铜铋轴承材料的减摩、抗粘着性能，提高耐磨性，由于镀铜石墨和镀镍石墨与铜合金基体结合较好，添加镀铜石墨或者镀镍石墨的铜铋轴承材料的减摩、抗粘着特性更优，铋与石墨在减摩、抗粘着方面有较好的协同作用。

关键词： 古建筑木构件   材料力学性能   应力波  

摘要： 为了在不破坏古建筑木构件材料本身和原有结构的前提下,于现场有效、快速、准确地检测评估出木构件材料的主要力学性能,本论文以北京木结构古建筑典型树种之一的落叶松为对象,对新落叶松材、古建筑落叶松材的力学试件进行应力波速度测定、含水率测定、弯曲弹性模量测定、弯曲强度测定、压缩强度测定,力图以应力波速度作为评估古建筑木构件材料力学性能的指标。 检测试验结果发现：力学试件的应力波速度与其材料主要力学性能之间存在着线性相关性,它与抗弯弹性模量、抗弯强度、顺纹抗压强度的相关系数分别为0.54、0.36、0.38。应力波速度检测方法用于大试件粱检测的检测结果表明：本文的应力波检测方法可以用作古建筑木构件材料力学性能的现场检测。 为了提高实际现场检测评估的精确度,本文还探索了基于应力波与微钻阻力的古建筑木构件材料力学性能检测技术。为了使本文的方法更好地服务于古建筑木构件材料力学性能无损、快速的检测评估,提出了95%置信度数据处理方法,并建议使用95%置信度线性回归方程作为现场检测评估、力学性能推算的计算式。 本论文研究成果先后在先农坛神仓和天坛宰牲亭两处木结构古建筑进行了木构件材料力学性能现场检测应用。

关键词： 碳纤维   经编多轴向织物   玻璃纤维捆绑纱   复合材料   孔隙率   拉伸性能   弯曲性能   冲击性能  

摘要： 轴向经编织物既发挥了高性能纱线的高强高模特点,又能充分利用针织线圈的可变形性能,以其优良的成型性、固有的悬垂性、良好的抗冲击性和能量吸收特性以及相对其他纺织增强结构低廉的生产成本和简单的工艺流程,迅速得到了广泛的研究和应用,是目前最理想的增强纺织结构。近年来,以高性能纤维碳纤维为增强材料的经编多轴向织物增强复合材料以其质轻、高比强度、高比模量已广泛应用于航空航天、军事、体育用品等领域。 经编多轴向织物编织中,捆绑纱起到的是固定衬垫纱的作用,避免纤维的层内和层间滑移,但已有研究表明,成圈纱线的种类和组织结构通过作用于增强纤维也会对多轴向增强结构材料的性能产生较大影响,当前生产中一般都以涤纶为捆绑纱编织地组织,实际上玻纤与涤纶相比有更高强力和模量,具有耐热、耐老化的优异性能,且玻纤与涤纶相比与树脂有更好的结合性能,可以提高树脂对织物的充分浸渍,进而改善复合材料的层间性能。 本研究的主要目的是通过探讨捆绑纱材料和其组织结构来提高复合材料的力学性能,以适应航空航天、军事等领域对材料性能要求的日益提高,也进一步拓宽玻璃纤维的应用范围。所以本文分析研究了玻纤做捆绑纱的土45°碳纤维经编织物增强复合材料的孔隙率和拉伸、弯曲冲击力学性能。为了确定玻纤的可编织性,比较了捆绑纱玻纤纱和涤纶的编织前后拉伸性能。测试对比涤纶/编链、玻纤/编链、涤纶/经平、玻纤/经平四种增强织物经、纬向和45°方向拉伸强度,完成增强织物与环氧树脂的复合成型。用烧灼法测试所有种类复合材料的孔隙率,并对复合材料的经向、纬向、45°拉伸性能、经向弯曲性能和经向冲击性能进行测试,比较测试数据,观察破坏试样,分析破坏模式,分析玻纤捆绑纱和地组织对力学性能的影响。 研究结果表明：±45°碳纤维经编增强织物经向拉伸中,由于玻纤的刚度大更易脱散,所以玻纤捆绑纱织物强力较小;复合材料的孔隙率从低到高顺序为：玻纤/编链、涤纶/编链、玻纤/经平、涤纶/经平,玻纤做捆绑纱的材料比涤纶捆绑纱复合材料的孔隙率要小,铺层数越多,复合材料孔隙率越小;综合复合材料的拉伸、弯曲、冲击试验数据和各破坏模式的分析可得到：玻纤纱代替涤纶做捆绑纱可通过改善材料层间性能一定程度地提高复合材料的力学性能;捆绑纱材料相同时,与编链组织相比,经平组织复合材料有较优的力学性能。

关键词： 分子动力学模拟   孪晶界   孪晶界迁移   位错   纳米孔洞   孪晶界间距  

摘要： 孪晶界是一种特殊的低能态共格晶界,孪晶界两侧的晶格呈镜面对称。由于孪晶界与位错间存在特殊的相互作用,利用纳米尺度孪晶界面可实现晶体材料的增强增韧。孪晶界作为一种晶体面缺陷,能够阻碍位错运动,提高材料的强度。同时,孪晶界具有容纳位错的能力,进而改善材料的塑性。 本文利用分子动力学方法模拟了孪晶界迁移的过程,分析了孪晶界迁移的微观机理和温度效应。此外,本文模拟了含纳米孔洞的孪晶铜的拉伸形变行为,得到了纳米孔洞与孪晶界相互作用的微观机制,分析了孔洞大小和孪晶界间距对材料性能的影响。 研究表明,f.c.c.晶体孪晶界的迁移是{111}滑移面内不全位错环产生、扩展和湮灭的结果。受温度热涨落的影响,孪晶界迁移的临界剪切应力随温度的升高而降低。本文建立了孪晶界迁移的理论模型,阐明了临界剪切应力与温度的关系。 结果显示,材料的屈服应力随孔洞直径的增大而减小,且不受孪晶界的影响。孪晶界能够有效阻碍由孔洞发射的位错的运动,从而大幅度提高晶体的强度。然而,孪晶界间距的改变对孪晶的屈服应力和强度的影响甚微。

关键词： 复合材料-高等学校-教材-复合材料-结构设计-高等学校-教材  

关键词： 激光焊接   铸造纯钛   焊缝宽度   激光干涉应变计法  

摘要： 钛由于具有优良的生物相容性和良好的机械性能、耐腐蚀性等特点，近年来在口腔修复中的应用越来越广泛。纯钛材料不但可以用于制作可摘局部义齿支架和全口义齿基板，而且还可以用于固定义齿和种植义齿修复中。在临床治疗过程中，对于长度或跨度较大的固定义齿和可摘局部义齿支架的制作，往往需要将修复体进行分段铸造，然后通过焊接工艺形成整体，以弥补铸造过程带来的不可消除的精度误差，提高修复体的质量。此外，义齿铸造缺陷的弥补及支架断裂的修理，也都需要用到金属焊接技术。 激光焊接技术因其焊接效果好、操作简单等优点，已成为临床焊接纯钛材料的理想方法。对于激光焊接后纯钛材料力学性能的变化，以往有过相关的研究报道。但由于激光焊接的光斑小、焊缝窄，焊接区的宽度仅有几十到几百个微米，因此焊缝材料具有薄膜材料特性，只有用研究薄膜材料的方法来研究焊接区性能，才能准确描述焊缝薄膜材料的力学性能，分析影响焊接效果的因素，并且获得对制作纯钛修复体具有参考价值的焊缝薄膜材料应力-应变曲线。 本研究运用微小试样激光干涉应变计法，测试临床修复用纯钛材料在不同焊缝宽度时焊缝薄膜材料的力学性能，确定了纯钛焊缝薄膜材料拉伸强度和应力-应变曲线，并将实验结果同有限元模拟分析进行比较，分析影响焊接性能的因素，最后对实验试件断端做扫描电镜及能谱分析，对焊接区可能出现的缺陷进行分析，为提高纯钛激光焊接性能提供实验依据。 整个研究包括以下四个部分实验： 1．制作规格为60mm×20mm×1mm及60mm×40mm×1mm的有机玻璃板作为熔模，铸造出相应尺寸的纯钛板，X线筛选出合格的铸件。规格为60mm×20mm×1mm的纯钛板两两一组，以尺寸为60mm×1mm面作为焊接面，按照焊缝宽度的不同分为0.00mm、0.25mm、0.50mm焊接组进行激光焊接，对照组为规格60mm×40mm×1mm的纯钛板不作处理。焊接完成后，焊接组与对照组一同线切割出实验所需的哑铃状试件。 2．将实验一所制备的试件，装载到微拉伸机上，运用激光干涉应变计法进行拉伸试验，记录极限抗拉强度值，并进行统计学分析。绘制拉伸应力-应变曲线，分析激光焊接焊缝薄膜材料及母材的弹性模量、屈服强度、塑性变形及延伸率，对纯钛激光焊接的力学性能做出整体评价。 3．在有限元分析中，建立不同焊缝宽度纯钛激光焊接试件及母材试件的三维有限元模型。通过有限元模拟拉伸试验过程，得出不同焊接距离的焊缝薄膜材料拉伸过程中受力和变形情况以及应力-应变曲线，并同实验结果进行比照。 4．对拉伸试验结束后的试件断端做体视显微镜及扫描电镜观察，从断面的扫描电镜图像观察其断裂的方式，并对焊接区域的缺陷进行分析。然后对铸造纯钛母材及焊料做能谱分析，明确其元素的组成和含量，并进行对比，确定铸造及焊接工艺的可信程度，分析导致焊接区性能变化的可能原因。 研究结果表明： 1．焊缝宽度为0.00mm、0.25mm、0.50mm焊接组试件抗拉强度分别为492.16±33.19MPa、488.09±43.18MPa、558.45±10.80MPa与母材抗拉强度532.15±11.62MPa无显著性差别（p＞0.05）。 2．焊缝宽度为0.00mm、0.25mm和0.50mm焊接组试件延伸率均值分别为1.95%、2.04%和10.92%。随着焊缝宽度的增大试件延伸率逐渐增大，但远小于母材延伸率均值（19.60%）。 3．拉伸应力-应变曲线显示，实验组试件的塑性变形量明显小于母材，实验组颈缩不明显，刚进入塑性变形期即发生断裂，母材的塑性变形期均匀平坦，为典型的塑性材料，断裂时伴有明显颈缩。 4．有限元模拟不同焊缝焊接组试件拉伸过程，塑性变形期应变量明显大于实验测试结果。 5．断面体视显微镜观察提示0.00mm和0.25mm焊缝焊接组试件中心区存在未焊透点，0.50mm焊缝焊接组试件则焊接充分。扫描电镜下观察，母材组试件的断面呈杯状与锥状的塑性形貌，焊接组试件的断面为塑性及脆性共存的形貌。 6．能谱分析结果显示铸造纯钛母材的钛含量为96.96%，氧含量为1.05%，焊料的钛含量为96.73%，氧含量为1.55%，两者主要成分含量相似，且钛含量较高，说明纯钛铸造及焊接工艺可靠。 结论： 1．焊缝宽度的变化对于纯钛激光焊接的抗拉强度影响不大，但是激光焊接后纯钛焊缝材料的延伸率及塑性变形明显不及母材。 2．焊缝间隙过小时，焊缝区域易出现未焊透的情况，从而影响激光焊接性能。 3．由于焊缝材料延伸率及塑性变形性能下降，焊缝宽度较小时焊接区域可能会出现脆性断裂，进而影响义齿的使用寿命;而焊缝宽度较大时焊接精准度下降，提示激光焊接时应保持适宜的焊接距离，以0.25mm为宜。

关键词： 工程教育   CDIO   材料力学   实例教学  

摘要： 工程教育改革在国内进行地如火如荼。本文结合作者所在学校的实际情况，在“大工程观”背景下，针对《材料力学》课程教学进行了探索性的改革，并加以实践。改革的主要内容有：利用CDIO理念重组课程内容，使其更系统、更具体；增加实例教学，强化学生的工程观；深化该课程与其他相关专业课程的联系，强化了课程之间的系统性。教学实践表明：学生对工程知识了解更多，对课程的作用认识更清楚，学习积极性被充分调动起来；学生对理论知识的掌握和运用能力增强，实践能力得到提高。

关键词： 沥青基碳纤维   铝基复合材料   力学性能   热导率   热膨胀  

摘要： 本文采用压力浸渗法制备了沥青基碳纤维P100增强铝复合材料(P100/Al)，并利用X射线分析法、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、万能拉伸试验机、激光导热仪和热效应自动分析仪等手段研究了沥青基碳纤维的结构和性能，纤维含量、基体成分和热处理状态对P100/Al复合材料的力学性能及热物理性能的影响。 P100碳纤维石墨化度高，微晶尺寸La和堆叠厚度Lc大，孔隙率小，缺陷尺寸大，这些组织特性使其拉伸强度低，弹性模量高，热导率高，并建立了石墨化度、孔隙率与热导率的关系。 压力浸渗法制备的P100/Al复合材料组织致密无缺陷，低体积分数复合材料碳纤维分布不均匀，在界面处生成的Al4C3少，尺寸仅为100-200nm，并且在P100/6061Al的界面处，还有粒珠状的β相(Mg2Si)和长条状的Al8Fe2Si析出。在近界面处的基体中有高密度的位错，并有第二相β相(Mg2Si)和β'相(Mg9Si5)生产。随纤维含量增大，纤维排布紧密，弯曲强度和弹性模量升高。 对复合材料的热导率研究表明，随纤维含量增大，沿纤维方向热导率先升高再降低，并不完全符合混合定律，垂直纤维方向热导率降低，Kingery模型能更好地预测P100/Al复合材料垂直于纤维方向热导率;基体热导率高的复合材料热导率高;退火态的热导率低于压铸态。 P100/Al复合材料的热膨胀系数受到多因素影响：随温度升高，沿纤维方向热膨胀系数先升高后降低，垂直纤维方向热膨胀系数升高;随体积分数升高，热膨胀系数降低;基体合金对热膨胀系数的影响因纤维含量不同而不同;退火态热膨胀系数小于压铸态热膨胀系数。Van Fo Fy模型能更好地预测沿纤维方向热膨胀系数;Schapery模型能更好地预测垂直纤维方向热膨胀系数。

ISBN: (纸本)9787562833628

ISBN: (纸本)9787561235478