传统力学拉伸实验的数字可视一体化教学

在传统力学拉伸实验的基础上,引入了数字可视化实验辅助课堂教学,构建了数字可视一体化教学体系.传统力学拉伸实验与数字可视化的结合,不仅能够让学生熟悉金属的力学基本参量测量方法,还能够加深学生对受力状态、应力场分布、变形行为等疑难知识点的理解.依据学生认知规律和教学内容难度,采取阶梯式的实验教学模式,有机结合理论分析、课堂实践与研究探索3个模块,培养学生运用知识解决实际问题的综合能力和创新能力.同时,在教学中融入课程思政的教学内容,培养学生精益求精的工匠精神和追求卓越的科学精神.

力学拉伸强度对小鼠单核细胞RAW264.7诱导分化为破骨细胞的影响

背景：生物力学已被证实对骨组织细胞的形成、增殖和成熟起重要作用。目的：观察力学拉伸强度对小鼠单核细胞RAW264.7诱导分化成破骨细胞的影响。设计、时间及地点：随机对照体外细胞观察实验，于2008-07/2009-01在解放军军事医学科学院卫生装备研究所完成。材料：小鼠单核/巨噬细胞系RAW264.7由中国协和医科大学基础医学细胞中心提供。方法：对小鼠单核细胞RAW264.7采用巨噬细胞集落刺激因子和破骨细胞分化因子诱导4 d后，分别施加0，1 000，1 500，2 000，2 500，5 000 με的基底拉伸应变3 d，1 h/次，1次/d，以静态诱导为对照。主要观察指标：拉伸3 d后，镜下观察各组破骨细胞形态，MTT法检测细胞增殖,半定量RT-PCR检测破骨细胞抗酒石酸酸性磷酸酶、基质金属蛋白酶9、核因子kB受体活化因子、组织蛋白酶K和碳酸酐酶Ⅱ型基因表达及变化。结果：拉伸3 d后，镜下观察可见1 000，1 500 με诱导组的破骨细胞数量较静态组减少，破骨细胞形态小,胞核数目较少；2 000，2 500，5 000 με诱导组的破骨细胞数量随力学强度增加而增加，伴破骨细胞形态增大,胞核数目增多。与静态诱导组相比，5 000 με诱导组细胞增殖明显降低，而1 000~2 500 με诱导组细胞增殖差异无显著性意义，表明5 000 με诱导组促进破骨细胞形成和融合。2 000，2 500 με诱导组上调破骨细胞表型基因抗酒石酸酸性磷酸酶、核因子κB受体活化因子、 基质金属蛋白酶9的mRNA表达，5 000 με诱导组下调破骨细胞表型基因表达，1 000，1 500 με诱导组对破骨细胞表型基因表达无明显影响。所有应变诱导组骨吸收功能相关基因组织蛋白酶K、碳酸酐酶Ⅱ型表达未见显著影响。结论：力学因素可直接影响破骨细胞的分化，低强度载荷抑制破骨细胞分化，较高强度的生理载荷促进破骨细胞分化和功能，病理学过度载荷抑制破骨细胞分化。

活性维生素D3联合力学拉伸对成骨细胞MC3T3-E1增殖、分化及OPG和RANKL表达的影响（英文）

目的体外模拟成骨细胞在体内的生存环境,考察活性维生素D3(VD3)、力学拉伸以及两者联合对成骨细胞MC3T3-E1增殖、分化及破骨细胞抑制因子(OPG)和破骨细胞分化因子(RANKL)表达的影响。方法将10 nmol/L VD3、间断性力学拉伸以及两者联合作用于成骨细胞。流式细胞术检测细胞增殖。荧光探针试剂盒检测碱性磷酸酶(ALP)活性。实时定量PCR检测核心转录因子Runx2、OPG、RANKL mRNA水平,Western blotting检测其蛋白表达。结果 VD3抑制成骨细胞增殖,力学拉伸不能改变这种抑制效应。力学拉伸和VD3单独作用成骨细胞均能增加ALP活性及提高ALP、Runx2 mRNA水平,但当联合刺激后这些指标均降低,且成强度依赖性。力学拉伸增加OPG/RANKL比值,增强成骨作用,联合VD3后,OPG/RANKL比值下降。结论力学拉伸能有效诱导成骨分化,增加骨形成。VD3与力学拉伸联合抑制成骨细胞增殖和分化,并通过增加RANKL表达而影响骨重建。研究结果为骨质疏松及相关骨疾病的理论和治疗提供有意义的探索。

利用有限元方法模拟力学拉伸试验——以钢纤维混凝土为例

力学试验是获取岩石等许多工程材料力学性能的主要方法之一。但是对某些特殊材料,由于影响其力学性能的因素众多,单纯通过试验来获取其力学性能,成本高,过程复杂。如工程抗震中目前普遍使用的钢纤维混凝土(SFRC),很难单纯通过力学试验来获取钢纤维的分布对其力学性能的影响。本文基于随机方法对钢纤维混凝土建立有限元模型,利用数值模拟的方法来估计钢纤维的分布和体积率对钢纤维混凝土拉伸性能的影响。通过与试验结果比较验证了其可行性,结果表明钢纤维的分布对钢纤维混凝土屈服前的力学性能影响较小,对屈服后的应力-应变特征影响较大。当钢纤维体积率从1%变化到2%,钢纤维混凝土的屈服强度与体积率大致为线性关系,强度随之增加。

miRs在力学拉伸促进成肌细胞增殖过程中的作用

目的探讨3种miRs在力学拉伸促进C2C12成肌细胞增殖过程中的作用。方法周期性拉伸的各种力学条件通过BioFlex加载系统实现。采用CCK-8检测不同拉伸频率对成肌细胞增殖的影响。对促增殖拉伸组和对照组进行高通量测序,反转录定量PCR(qRT-PCR)验证高通量基因测序结果,并进行生物信息学分析。结果 0.125 Hz拉伸组明显促进C2C12成肌细胞增殖(P<0.05),而0.25Hz和0.5 Hz相比于对照组的差异无统计学意义;高通量测序分析表明,11种miRs表达于对照组和0.125Hz拉伸组,其中差异有统计学意义的为3种:mir-44,mir-36,mir-20;qRT-PCR证实这3种miRs的表达改变与测序结果一致;这3种miRs参与了多个信号通路的调控。结论高通量基因测序和生物信息学分析表明3种miRs在应力诱导的C2C12成肌细胞增殖过程中有重要作用。

并联式微小试样力学拉伸性能高通量测试系统

针对材料力学拉伸性能的高通量测试设备及方法缺失的问题,提出了一种并联式的微小试样力学拉伸性能高通量测试系统。首先,对测试系统的结构进行了设计,阐述了其工作原理;对测试系统的控制系统和软件进行了设计,阐述了其工作流程,并搭建了测试系统;然后,对测试系统的准确度进行了评价,并开展了实验研究;实验中,设计了3种不同尺寸的微小拉伸试样,从国家标准拉伸物质上进行了取样加工,并在测试系统上进行了测试;最后,对实验的结果进行了分析,并对测试结果的不确定度进行了评定。研究结果表明:并联式的微小试样力学拉伸性能高通量测试系统准确度等级为0.5级;被测试样的强度随着试样直径的减小,出现了减小的趋势;评定的测试结果不确定度可满足GB/T228.1—2010《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》的要求;测试系统的方案可行,能同时对多个微小拉伸试样的力学性能进行测试,且测试结果的离散度较小;相关研究可为微小试样力学性能的高通量测试及工程应用提供设计参考。

关于材料力学拉伸实验样品制造方式的改革

目前,材料力学拉伸实验样品主要是购买或者是订购的,而拉伸实验是一项破坏性实验,因此每年需要大量的试件样品。而金工实习中车床操作的小锤柄的技术难度远高于拉伸实验样品,所以学生完全可以在完成小锤柄的工作之后,再加工一个拉伸试样,这样可以大大降低实验成本,还能提高学生在工程训练中操作的积极性。

力学拉伸对仿生骨材料复合MC3T3-E1细胞成骨效应的影响

目的制备二维复合膜,探究力学作用对二维仿生骨材料复合MC3T3-E1细胞成骨效应及力学调控LncRNAs作用。方法采用丝素、胶原、羟基磷灰石共混后在加载装置的培养小室制备复合膜,测定力学性能并进行形貌观察;通过四点弯曲加载装置分别对复合膜上的细胞施加2 500με、5 000μ的力学刺激,观察细胞在复合膜上受力后的形态,检测其lncRNAs及mRNA差异表达情况,并检测其增殖、凋亡情况以及ALP含量、Runx2、OCN、Col I、BMP-2的mRNA及蛋白表达情况。结果复合膜孔径、孔隙率、吸水率、弹性模量均符合构建组织工程骨的要求;SEM显示HA在复合膜中分布均匀,细胞在复合膜上黏附,呈长梭形拉伸状;5 000με组鬼笔环肽染色、流式、TEM结果显示细胞微丝排列紊乱、方向性差,细胞核凹陷,出现细胞崩解;HE和SEM显示细胞分布在支架孔壁周围,呈扁平状。对3、7 d后样品进行检测,结果表明2 500με组细胞数量、ALP含量、Runx2、OCN、Col I、BMP-2 mRNA及蛋白表达均高于其余二组(P<0.05),5 000με组均低于对照组(P<0.05);lncRNAs差异基因表达筛选(差异倍数FC(abs)>2.0或<-2.0,且P<0.05)提示共同表达上调的有309个,下调的有256个,mRNA上调的有287个,下调的有234个。根据CNC网络,鉴定出12个核心调控因子,包括8个mRNAs(包括BAALC,NFATC2,MAP3K8,CLCF1等)和3个lncRNAs(NONMMUTO 029 098.2、MTCONS0023599和NM058248)(clustering coefficient≥0.99 and P<0.05)。经q-PCR验证有4个mRNAs(MAP3K8、CLCF1、SOCS3和SYCN)及2个lncRNAs(NONMMUTO029 098.2、MTCONS0023599)与筛选的结果相符。结论(1)丝素、胶原、纳米羟基磷灰石制备的二维复合膜具有良好的生物相容性。(2)适当的力学刺激促进成骨细胞增殖及分化,超过一定范围的力学刺激则促进细胞凋亡。(3)LncRNAs在力学调控MC3T3-E1细胞成骨分化起着重要作用,NONMMUT0 029 098.2、MTCONS0023599可能是力学调控成骨分化的关键因子。

Kevlar29纱线动态拉伸力学性能与本构方程

为了能够清晰地表征芳纶纱线在不同应变率下的力学行为,进行了Kevlar29纱线的准静态和动态拉伸试验,结合分离式霍普金森拉杆理论和运动目标追踪法,获得了Kevlar29纱线在不同应变率下的应力-应变曲线,分析了纱线动态拉伸的变形与断裂过程,揭示了Kevlar29纱线力学性能的应变率效应;通过最小二乘法拟合得到了基于纱线应变率效应的黏弹性本构方程,分析了三元件和五元件本构模型的差异及适用性。结果表明:随着应变率升高,Kevlar29纱线的断裂应变减小,拉伸强度和韧性先增大后减小,拉伸模量先增大后趋于稳定;五元件黏弹性本构模型能够较好地表征纱线力学性能的应变率效应。

预变形对2195铝锂合金拉伸力学性能的影响

通过硬度测试、室温拉伸测试、电子背散射衍射分析(EBSD)、透射电子显微分析(TEM)以及数字图像相关(DIC)等手段,研究不同拉伸预变形量对2195铝锂合金在155℃时效后拉伸力学性能的影响。结果表明:拉伸预变形量为2%、4%、6%、8%的合金经过155℃时效后,其抗拉强度分别为560.4 MPa、570.8 MPa、573.6 MPa、575.9 MPa。随着预变形量的增大,合金强度不断提高,这是由于位错是强化相T1相的有利形核点位,拉伸预变形量的增大使得位错密度增加,从而使得T1相数量密度增加。但随着拉伸预变形量的增大,拉伸预变形对合金的强度提升幅度逐渐减小,这主要是位错堆积缠结,析出相形核点重叠导致的。随着拉伸预变形量从2%增大到8%,合金的伸长率从9.6%下降到6.4%。通过DIC观察,拉伸预变形量的增大会使得拉伸过程中的应变集中现象提前出现,颈缩稳定性有所降低。这是由于较大的拉伸预变形量会使得合金在预变形阶段的应变分布不均匀,合金内出现破碎的变形组织晶粒。这些变形组织晶粒与周围其他晶粒组织的晶粒取向不同,更有利于微裂纹的萌生和扩展。4%的拉伸预变形量可以使2195铝锂合金达到最佳的强塑性匹配,此时抗拉强度为570.8 MPa、屈服强度为543.4 MPa、伸长率为8.7%。

Al−10Nb−3Ce−2.5B孕育剂对Zn−Al共析合金显微组织、阻尼和拉伸力学性能的影响

制备一种新型Al−10Nb−3Ce−2.5B孕育剂,并系统研究其对锌铝共析(ZA22)合金显微组织、阻尼和拉伸力学性能的影响。结果表明,该孕育剂对ZA22合金中的α相具有显著的细化作用(α相最低可被细化至约16μm),并可使得α相的形貌从粗大枝晶状转变为细小花瓣状。通过边−边匹配晶体学模型(E2EM)建立孕育剂中CeB_(6)和NbB_(2)颗粒与α相之间的位向关系(ORs),并基于该E2EM模型揭示孕育剂对ZA22合金的细化机理。与未细化ZA22合金相比,孕育细化ZA22合金的高温阻尼性能,特别是逆共析转变阻尼峰得到显著提升。此外,孕育细化ZA22合金的室温拉伸力学性能也得到了显著提高,具有最佳细化效果的ZA22合金的抗拉强度和伸长率分别比未细化ZA22合金的高18.56%和119.04%。对相关机理进行了讨论。

高强TA18钛管微观织构对拉伸力学性能与弯曲成形性能影响研究

目的揭示高强钛管微观织构强度与宏观各向异性指标CSR值的定量关系,阐明微观织构对钛管拉伸力学性能与弯曲成形性能的影响,为高强钛管冷轧微观织构及性能精确调控奠定重要基础。方法选取不同轧制工艺条件下获得的高强钛管进行单向拉伸测试及EBSD表征,分析微观织构对管材拉伸力学性能的影响;选取具有典型微观织构分布状态和CSR值的高强钛管进行数控绕弯试验及成形质量测试。结果单向拉伸力学性能测试结果表明,当CSR值为0.65~2.43时,随着CSR值的增大,颈缩阶段管材的应变与整体伸长率不断增大;数控绕弯试验结果表明,当高强钛管CSR值从1.27提高到1.48时,其断裂前最大弯曲角度从20°提高到110°,当CSR值增大到1.71时,可以成功实现120°的弯曲,并且随着CSR值进一步增大到2.14,弯管件的截面畸变率和壁厚减薄率不断减小。结论建立了可以准确描述宏观CSR与微观织构强度指标之间定量关系的双曲函数表达式,高强钛管径向织构强度的增强会提升高强钛管变形过程中抗壁厚减薄的能力,并有利于管材弯曲成形质量的提升。

桦木酶解磨木木质素分子结构及其拉伸力学性能研究

为弥补木材类原位木质素拉伸力学性能相关数据的缺失,研究采用球磨、弱碱预润胀以及酶解相结合的方法提取三种桦木(Betula platyphylla)酶解磨木木质素,分别为:双酶解木质素(dual-enzyme lignin,DEL)、预润胀三酶解木质素(alkaline-treated triple-enzyme lignin,ATEL)和双预润胀双酶解木质素(dual-alkaline-treated dual-enzyme lignin,ADEL),并测试木质素的纯度、分子结构、抗拉强度、弹性模量、泊松比和剪切模量。结果表明:DEL、ATEL、ADEL的纯度分别为48.2%、99.29%、97.79%。ATEL和ADEL对桦木原位木质素的化学结构破坏较少,其表现出阔叶树材木质素典型的红外光谱特征,具有代表性连接键β-O-4键和β-β键,可以视为原位木质素。在含水率为5%的条件下,DEL、ATEL和ADEL的抗拉强度分别为17.14、5.38和5.62 MPa,弹性模量分别为7.97、6.36和6.23 GPa,泊松比分别为0.31、0.34和0.34,计算的剪切模量分别为3.04、2.39和2.33 GPa。DEL中存在大量纤维素和半纤维素,其拉伸力学性能偏高,ATEL和ADEL测试数据可用于评估桦木原位木质素的拉伸力学性能。

矿用纤维增强沙漠砂混凝土拉伸力学性能试验研究

混凝土作为现代锚网喷联合支护的重要组成部分,在控制地下矿山巷道围岩变形方面发挥着重要作用。针对传统矿用混凝土成本较高且在拉伸应力作用下容易出现开裂的实际问题,开发了一种使用沙漠砂作为细骨料,聚乙烯醇(PVA)纤维作为增强材料的新型矿用纤维增强沙漠砂混凝土。为验证该新型支护材料的力学性能,选取沙漠砂粒径、水胶比、纤维长度和纤维掺量作为变量,共制备尺寸为330 mm×60 mm×13 mm的狗骨试件36个,探讨其对混凝土弹性模量、抗拉强度、极限拉应变等性能的影响。研究结果表明,用沙漠砂替换普通河砂,材料的弹性模量和极限拉应变均呈现出增大的趋势,分别达到3.70 MPa和4.01%,新疆沙漠砂的优良性质得到充分发挥,为巷道支护等工程提供了更经济有效的选择。掺入国产PVA纤维能够有效增强沙漠砂混凝土的抗拉强度和变形能力。与河砂相比,沙漠砂粒径较小且表面光滑,使其在基体中分布较为均匀,能够提高混凝土抵抗裂缝能力,并且沙漠砂与PVA纤维之间的协同作用也更为有效,纤维能够更好地滑移,并抵抗裂纹的发展。沙漠砂属于中细砂,能够较好地与其他原材料发生作用。本文考虑到西部矿区沙漠砂资源丰富,研究开发的矿用纤维增强沙漠砂混凝土在西部沙漠矿区巷道支护领域具有一定的应用前景。

定位与非定位颈椎旋转手法对不同程度粥样硬化颈内动脉拉伸力学性能的影响

背景:颈椎旋转手法被广泛应用于颈部疾病的治疗且疗效明确,但临床发现其存在一定风险。作者前期研究发现颈椎旋转手法会降低粥样硬化颈动脉的拉伸力学性能,但尚不明确不同颈椎旋转手法(定位/非定位)及不同程度(轻/中/重度)粥样硬化对颈动脉拉伸力学性能的影响。目的:探索不同颈椎旋转手法及不同程度粥样硬化对颈内动脉拉伸力学性能的影响。方法:120只雄性新西兰兔根据不同程度粥样硬化及不同颈椎旋转手法干预随机分为重度粥样硬化+定位/非定位颈椎旋转手法、中度粥样硬化+定位/非定位颈椎旋转手法、轻度粥样硬化+定位/非定位颈椎旋转手法、正常兔+定位/非定位颈椎旋转手法共8个实验组,以及轻/中/重度粥样硬化+无手法干预共3个模型对照组和1个空白对照组。采用两因素方差分析探索不同颈椎旋转手法及不同程度粥样硬化对颈内动脉拉伸力学性能的主效应及交互效应,并用单因素方差分析探索同一程度粥样硬化情况下,不同手法干预对颈内动脉拉伸力学性能的影响。结果与结论:①“不同颈椎旋转手法”与“不同程度粥样硬化”均是影响颈内动脉拉伸力学性能的主效应因素;②对于轻度及重度粥样硬化,定位颈椎旋转手法及非定位颈椎旋转手法均会降低颈内动脉的最大应力(P<0.05),也均会升高颈内动脉的生理性弹性模量(P<0.05);③对于中度粥样硬化,定位颈椎旋转手法及非定位颈椎旋转手法会升高颈内动脉的生理性弹性模量(P<0.05),非定位颈椎旋转手法还会降低颈内动脉的最大应变(P<0.05),其最大应变也小于行定位颈椎旋转手法的颈内动脉(P<0.05);④对于正常颈内动脉,除最大应变外,行定位颈椎旋转手法及非定位颈椎旋转手法均对颈内动脉的其他拉伸力学指标无显著性影响(P>0.05);⑤结果提示,定位颈椎旋转手法及非定位颈椎旋转手法均可能会增加动脉粥样硬化颈内动脉的刚度,使其弹性降低、脆性增加;因此定位颈椎旋转手法及非定位颈椎旋转手法均会增加轻/中/重度颈内动脉粥样硬化家兔出现心血管事件的风险,且粥样硬化程度越重,定位/非定位颈椎旋转手法风险均越大,但定位颈椎旋转手法的风险并未比非定位颈椎旋转手法低。

成熟期白萝卜缨的拉伸力学特性试验研究

为了给白萝卜收获机的设计提供必要的数据支撑,对白萝卜缨的物理力学特性进行试验研究。为此,测量白萝卜的茎秆长度、根部长度、茎秆根数、含水率等物理几何特征,研究了白萝卜茎秆直径、含水率、加载速度3个因素分别对于白萝卜茎秆拉伸力的影响;利用Design Expert软件建立了3个因素与白萝卜茎秆直径拉伸特性之间的影响回归模型,分析双因素交互作用对于茎杆拉伸力的影响。结果表明:茎秆直径对于白萝卜茎秆拉伸力影响显著,含水率和加载速度对其影响不显著;得到的回归模型与试验结果拟合程度较好,可用于预测白萝卜茎秆拉伸力的变化情况。试验研究为白萝卜收获机关键部件的设计和研发提供了数据和理论依据支持。

加捻对线密度较大涤纶单纱拉伸力学性能的影响

捻度和线密度是决定纱线强度的关键参数,也是影响织物及其复合材料力学性能的重要因素。为优化纱线的力学性能,探究捻度对涤纶单纱拉伸力学性能的影响,采用纱线加捻机对涤纶单根纤维和涤纶单纱进行加捻,通过动态热机械分析仪和电子万能拉力机分别表征涤纶单根纤维和单纱的拉伸力学性能,研究捻度与不同线密度涤纶单纱拉伸力学性能之间的关系。实验结果表明:涤纶单根纤维和单纱加捻后,他们的断裂强度均存在临界捻度,涤纶单纱断裂强力随捻度增大而先增加后减小;涤纶单纱的断裂伸长率与捻度成正相关,为加捻纱线在厚重织物等复合材料的使用提供了理论参考。

捻度对渔用UHMWPE裂膜纤维线股拉伸性能与耐磨性能的影响研究

为促进超高分子量聚乙烯裂膜纤维(简称UHMWPE裂膜纤维)在渔用绳网中的应用,以膜裂法制备渔用UHMWPE裂膜纤维为原料,通过加捻制备渔用UHMWPE裂膜纤维线股,在此基础上,考察了加捻对UHMWPE裂膜线股的线密度、直径、拉伸性能和耐磨性能的影响。结果显示:UHMWPE裂膜纤维线股随捻度的增加表现出直径逐渐减小、实际线密度先增大后减小以及捻回角逐渐增加等特征;对于不同线密度规格的UHMWPE裂膜纤维线股,随着捻度的增加,其断裂强力均呈现降低的趋势,且纤维线密度越低,加捻对线股断裂强度的影响越小;1600 D的UHMWPE裂膜纤维线股的磨损次数随捻度的增加而降低,而3200和4800 D线股的磨损次数随捻度的增加呈现先降低后升高的变化趋势,且4800 D的不同捻度的线股之间的磨损次数无显著性差异(P<0.05),显示出纤维线密度越大,加捻对其耐磨性能的影响越小。1600、3200和4800 D的UHMWPE裂膜纤维线股的结节强力随捻度的增大呈现先升高后降低的变化趋势,当预加捻度为120 T·m^(-1)时,3种线密度线股的结节强力达到最大值,分别为204.15、373.5、562.41 N,较未加捻UHMWPE裂膜纤维分别提高了50.14%、37.13%和30.22%。在本实验捻度设置范围内,1600 D裂膜线股的结节强度随捻度的增加而增大,较未加捻裂膜纤维结节强度提高了32.49%。研究表明,无捻或低捻度、低线密度UHMWPE裂膜纤维线股可用于UHMWPE裂膜纤维无结网的制备;无捻或低捻度的高线密度UHMWPE裂膜纤维线股则具有较好的耐磨性能;中高捻度、低线密度UHMWPE裂膜纤维线股可用于UHMWPE裂膜纤维有结网的制备。研究结果可为渔用UHMWPE裂膜纤维绳网材料的加工、开发与应用提供参考。

零泊松比蜂窝面内拉伸力学响应的有限元模拟

自适应飞行器因其对于不同飞行阶段的空气动力学适应性,逐渐成为航空航天研究的重点领域。可变形蒙皮不仅需要具有良好的面内拉伸变形性能,同时材料结构也需要具有一定的刚度来应对飞行过程中的载荷。本文提出以由高性能工程塑料聚醚醚酮(PEEK)材料制备的折线形蜂窝和U形蜂窝材料作为蒙皮结构,通过数值模拟计算确定柔性蒙皮的面内拉伸变形模式及两种蜂窝材料的形状尺寸参数对其面内拉伸变形力学响应的影响。结果表明,折线形蜂窝和U形蜂窝材料的面内变形模式呈现高度一致性,同时,两者的面内拉伸变形性能与蜂窝胞元长度和高度成正比,而与蜂窝厚度成反比。本文研究结果可为变体结构的设计与制备提供理论支持。

玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的动态拉伸力学行为特征及其失效机理

为了探明由不同方向玻璃纤维增强的聚碳酸酯(polycarbonate,PC)复合材料在宽应变率范围内的拉伸力学行为特征及其失效机理,使用材料实验机、中应变率实验机和分离式Hopkinson杆实验装置,对玻璃纤维质量分数为20%、纤维方向不同(0°、45°及90°)的PC复合材料开展了0.001~1 000 s^(-1)应变率范围内的拉伸实验研究,并通过扫描电镜对加载后的3种试件断口进行了微观分析。实验结果显示,当加载应变率由0.001 s^(-1)增加至1 000 s^(-1)时,玻璃纤维方向为0°、45°和90°的3种试件的拉伸强度分别增加57.5%、58.2%和49.4%,破坏应变分别增加74.1%、125.1%和129.1%,说明玻璃纤维增强PC复合材料具有显著的应变率效应。玻璃纤维方向为0°的试件的拉伸强度高于其他两种试件,而其破坏应变低于其他两种试件。在应变率为0.001 s^(-1)的准静态加载下,玻璃纤维增强PC复合材料呈现出纤维拔出、纤维断裂、基体脆性断裂以及纤维与基体脱粘4种失效模式;在1 000 s^(-1)的高应变率加载下,玻璃纤维增强PC复合材料呈现出纤维拔出、纤维断裂、基体塑性变形、基体塑性断裂以及纤维与基体脱粘5种失效模式。高应变率加载下,玻璃纤维增强PC复合材料的破坏强度和破坏应变相较于准静态加载下大幅增加的主要原因是:绝热温升效应导致玻璃纤维增强PC复合材料内的PC基体软化,PC复合材料产生塑性变形,基体/纤维界面黏附力增强。