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[硕士论文] 王尚
化工过程机械 山东大学 2018(学位年度)
摘要:现代过程工业装备倾向于大型化,工艺条件趋向于苛刻化,为保证装置的安全运行,结构完整性评估和风险分析技术应用日益广泛。二者分析的基础是在役设备材料力学性能测定。断裂韧度作为材料抵抗裂纹扩展的能力,是设备服役过程中必须重点关注的力学性能指标。因此,研究在役设备无需取样的断裂韧度测试技术,可以在保证装置安全服役的同时获取最大经济效益。针对这一研究热点和难点,作者开展了连续球压头压入试验测算材料断裂韧度机理、临界压入能模型(Critical Indentation Energy,简称CIE模型)修正、常温和高温条件下CIE修正模型验证等研究工作,具体如下:
  在扫描电镜下观测紧凑拉伸试样、压入试样、拉伸试样、纯剪切试样断口和剖面损伤的微观形貌,表明紧凑拉伸试样和拉伸试样的断口形貌均为微孔聚合型的等轴韧窝,剖面损伤的微观形貌均为球形(椭球形)微孔洞,二者损伤机理相同,基体材料内部夹杂颗粒或二次相粒子在拉伸应力作用下与基体脱粘是微孔洞形核的主要原因。压入试样和纯剪切试样的断口形貌均为剪切韧窝(压入试样倾向于在剪应力作用下开裂,但其处于压缩应力场下,并未产生宏观裂纹),剖面损伤的微观形貌均表现为楔形孔洞,二者损伤机理相同,剪应力作用下材料内部位错积塞是微孔洞形核的主要原因。
  通过有限元数值方法或解析方法分析各试样损伤区域的应力状态,发现紧凑拉伸试样预制疲劳裂纹尖端与拉伸试样颈缩截面的应力三轴度都超过高应力状态阀值,此种高应力状态下材料趋向于发生微孔聚合型断裂;而压入试样损伤区域与纯剪切试样剪切截面的应力三轴度都低于低应力状态阀值,此种低应力状态下材料趋向于发生剪切断裂。应力状态分析结果与微观观测结果相一致。
  将剪应力作用下材料的损伤程度定义为剪切损伤度,基于材料临界损伤应变能释放率是定值,推导了临界拉伸损伤度和临界剪切损伤度之间的关系,将微孔聚合型断裂中材料损伤程度和剪切断裂中材料损伤程度联系起来。以单轴拉伸试验和纯剪切试验为纽带将连续球压头压入试验和常规断裂力学试验间接关联起来。
  在压入试验断裂韧度测算机理的研究基础上,结合实际压入试验中试样变形,从三方面修正了影响CIE模型断裂韧度测算精度的两个参数,材料临界损伤度和有效弹性模量:首先,提出压入试样中材料的临界压入深度应当采用临界剪切损伤度计算,引入加卸载拉伸试验获取材料的临界拉伸损伤度,将其转化为临界剪切损伤度,所有材料的临界剪切损伤度MⅡ*=0.25。其次,考虑到实际测试材料(弹塑性材料)卸载前的塑性变形,基于Hertz接触理论提出连续球压头压入试验中材料有效弹性模量计算公式,该公式较Pharr-Oliver公式更具有普适性。最后,采用量纲分析与有限元模拟相结合的手段,推导了符合Johnson-Cook模型(四参数本构模型)材料的堆积系数计算公式,为精确获取有效弹性模量计算公式中的压痕投影面积奠定了基础。
  以压力容器中常用的五种不同类型的低合金钢,Q345R(C-Mn系列钢)、15CrMoR(Cr-Mo系列钢)、SA508-3(Mn-Ni-Mo系列钢)、18MnMoNbR(Mn-Mo-Nb系列钢)以及S30408(Cr-Ni系列钢)为代表,分别进行常规力学性能试验和连续球压头压入试验。分别采用CIE模型和CIE修正模型测算各材料的断裂韧度,结果表明:CIE模型断裂韧度测算结果与传统断裂韧度试验(紧凑拉伸试验)实测值之间存在较大偏差;而CIE修正模型的断裂韧度测算偏差在15%之内,测算结果精度更高,不同控制参数下,CIE修正模型的稳定性较好。此外,在250℃以下,CIE修正模型可以稳定地描述材料断裂韧度随温度变化趋势。至此,CIE修正模型的有效性分别在常温和高温下得到了验证,可以方便地在工程实际中应用。
  综上所述,通过对拉应力及剪应力作用下材料断口和剖面损伤的微观观测及应力状态分析,揭示了连续球压头压入试验测算材料断裂韧度的机理,提出了CIE修正模型,能够为在役设备断裂韧度无取样测试提供理论支持,对在役设备的结构完整性评估有着重要意义。
[硕士论文] 张锦阳
机械工程 广东工业大学 2017(学位年度)
摘要:硼化物由于其优异的力学性能和独特的导热、导电、催化性能等而被广泛应用于切削加工、矿物开采、耐磨涂层和航天材料等领域,尤其是过渡金属二硼化物的特殊应用。近几年,以过渡金属铼(Re),锇(Os)以及铱(Ir)等为代表的二硼化物因其表现出的超硬性而被广泛研究。过渡金属硼化物作为一种新型的超硬材料,虽然短时间内不可能替代金刚石,但预计在不久的将来,将会有着广泛的应用。
  本论文以锇粉和硼粉为原料,运用机械合金化法在常温常压条件下制备出了具有六方结构的二硼化锇(h-OsB2)粉末,对所合成的锇硼化物的形成过程、反应机理、热稳定以及合成效率进行了研究,探索了机械合金化过程中Os-B化学计量比、球料比、WC磨球尺寸对硼化锇系粉末合成的影响。另外,还通过机械和金化法合成了新型三元系Os1-xRuxB2复合材料,探索了不同含量的Ru对Os1-xRuxB2结构的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)分别对所合成的粉末的晶体结构、形貌和化学组成进行了表征。通过实验得到以下相关结论:
  1.在球料比恒定为3的情况下,当Os-B摩尔比为1:2时,最终球磨产物几乎是纯的 Os2B3相;而当 Os-B摩尔比为1:3时,最终产物为 ReB2型六方结构的 OsB2相,其中含有少量的RuB2型正交结构的OsB2相。热处理结果表明,所合成的Os2B3粉末在流动的Ar气加热到800℃是热稳定的,而对OsB2粉末进行低于600℃的热处理时,不会发生从六方结构到正交结构的部分相变。
  2.在Os-B摩尔比恒定为3:1的条件下,当球料比为3:1时,球磨80h的产物为OsB1.1、Os2B3和OsB2三种相的共存态;而当球料比增加至4:1时,球磨32h后反应不能再继续,OsB1.1几乎完全转化为ReB2型六方结构的OsB2相,最终反应产物几乎是由纯的OsB2组成(其中含有极少量正交结构的OsB2)。
  3.在Os-B摩尔比为1:3,球料比为4:1的条件下,分别用直径分别为11.2mm、9.5mm、6.35mm的WC研磨球以及三种球的混合球对原料粉末进行球磨,最终球磨产物的主相均为所需的ReB2型六方结构的OsB2相,但其合成效率不同。磨球直径越小,合成ReB2型六方结构OsB2的效率越高,磨球直径为11.2mm和9.5mm的实验组球磨20h后反应不再继续,而磨球直径为6.35mm的实验组球磨16h后反应不在继续,合成 OsB2的速率明显高于大直径磨球的实验组。然而,当把三组不同球按一定比例混合进行球磨时,其合成速率最高,球磨12h后反应已不再继续。
  4.在合成Os1-xRuxB2粉末时,实验发现加入Ru的含量对最终产物Os1-xRuxB2的结构有影响。当x=0,0.2,1,1.5时,最终产物Os1-xRuxB2的主相为六方结构,其中含有极其少量正交结构的Os1-xRuxB2;而当x增加至2,3时,Os1-xRuxB2由六方结构转化为正交结构,且随着x的继续增大结构不再发生变化。
[硕士论文] 彭友华
机械工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:大型金属装备由于工作环境恶劣而产生裂纹常导致安全事故,因此对其关键部件实施结构健康评估具有重大意义。但目前的研究还存在以下问题:针对缺陷检测的研究集中于单缺陷检测,而对更符合工程实际的多缺陷全局金属材料缺乏关注;单一的无损检测方式由于其特征信号单一,不能对大型金属构件实行全局健康状态的定量检测。缝状缺陷是处于人工缺陷和自然裂纹之间的一个过渡研究形式,因此本文以金属构件中多缝状缺陷为研究对象,对金属构件中多缝状缺陷的定量无损自动化检测方法进行研究。
  无损检测技术是结构健康监测的有效手段之一,电势降技术由于其能量分布于被测试件全局部位,较易实现对金属材料全局缺陷定位检测;脉冲涡流技术由于其频谱丰富,响应速度快,对缺陷定量检测具有独特优势;电势降法与涡流法同属无损检测中的电磁无损检测方法,容易实现自动化集成。因此,本论文基于电势降技术和脉冲涡流检测技术,在以下几个方面展开研究:
  (1)电势降缺陷位置识别研究。建立了直流电势降和交流电势降的有限元仿真模型,并分析缺陷尺寸、位置、测点数等因素对电势降输出信号的影响,为确定实验方案提供参考;搭建电势降检测实验平台,并基于数字电导率仪提高实验精度,与仿真结果相互验证,最终提出了基于电势降技术的金属材料全局缺陷定位检测方法。
  (2)脉冲涡流定量无损检测方法研究。一方面建立了含有缝状缺陷的脉冲涡流检测系统的数值计算模型,并从分网、边界条件设置等方面优化模型;另一方面搭建脉冲涡流检测缝状缺陷实验平台并评估其检测能力。从仿真和实验角度,提出脉冲涡流检测中电磁信号与缝状缺陷深度尺寸的关系模型,基于此提出缝状缺陷的定量无损检测方法。
  (3)电势降与脉冲涡流技术集成方法研究。基于VB语言设计了电势降子系统与脉冲涡流子系统接口,并编写相应的运动控制程序,从而完成电势降-脉冲涡流集成无损检测系统;基于该系统对7075铝合金材料缝状缺陷实施定位定量检测,并分析其误差原因,提出减小误差的解决方案。
[硕士论文] 王铭兰
机械制造及其自动化 山东科技大学 2017(学位年度)
摘要:三元硼化物硬质覆层材料是一种综合性能良好的涂覆层材料,被广泛应用于机械、汽车、核工业、航空航天、矿山等领域。由于界面两侧材料性能失配,对界面结合强度有很大影响,从而影响其使用寿命。本文基于第一性原理方法,采用模拟软件Materials Studio对三元硼化物硬质覆层材料(α-Fe/Mo2FeB2)内界面性能进行模拟研究,揭示影响其材料性能的内在微观作用机理,对三元硼化物硬质覆层材料零件的优化设计具有重要意义。
  首先,进行了最稳定的α-Fe(001)/Mo2FeB2(001)界面性能研究。建立了含有不同原子层数的表面模型,分别对其模型的原子层数进行收敛测试,确定了最为合适的几何表面模型。基于该表面模型,考虑到原子堆垛方式对界面的影响,建立了四种不同原子堆垛方式的α-Fe(001)/Mo2FeB2(001)界面模型。分别计算了这四种界面模型的界面粘附功、界面结合能和断裂功。计算结果表明:Fe+hollow界面性能最稳定,Fe+B+top界面性能最不稳定,且四种堆垛模型的界面断裂容易发生基体相或硬质相,可知 Fe+hollow的堆积更可能是持续的自然堆积方式。进一步分析了性能最稳定的Fe+hollow界面和最不稳定的Fe+B+top界面的电子结构,结果表明: Fe+B+top界面强度比 Fe+hollow界面弱。
  其次,进行了最不稳定的α-Fe(001)/Mo2FeB2(100)界面性能研究。在该界面建立了两种不同的原子堆垛方式的α-Fe(001)/Mo2FeB2(100)界面模型,分别计算了这两种界面模型的界面粘附功、界面结合能和断裂功,结果表明:Fe+hollow界面性能更加稳定,Fe+top界面性能更不稳定,且两种堆垛模型的界面断裂最容易发生在硬质相。进一步探究了这两种界面的电子结构,结果表明:Fe+hollow界面强度比 Fe+top界面高。
  最后,基于最不稳定的α-Fe(001)/Mo2FeB2(100)界面模型,构建了掺有不同原子X(X=C、Cr、Ni)的界面模型,研究了各个掺杂原子对界面性能的影响情况。研究表明,掺杂一个原子时,只有Cr原子取代覆层中的B原子能有效改善界面性能,而其他掺杂原子无法改善且降低了界面性能。但添加两个Ni时,却大大提高了界面的稳定性,即Ni的含量增多,有助于提高界面的稳定性。在掺杂单个原子X(X=C、Cr、Ni)的界面模型中,研究单个原子分别位于基体、覆层侧对界面性能的影响,结果表明:含有靠近覆层一侧C原子的界面模型缺陷形成能和粘附功均最小,说明该界面最容易形成且最不稳定。含有靠近覆层一侧Cr原子的界面模型缺陷形成能和粘附功均最大,说明该界面最不容易形成且最稳定。
[博士论文] 彭兆春
机械工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着航空航天、轨道交通、船舶海洋、机械制造等工业技术水平的提高,现代机械装备正逐步向大型化、高速化和高性能方向发展。许多机械装备关键零构件或结构的服役环境复杂,运行条件恶劣,导致各类破坏事故频繁发生。腐蚀、磨损和疲劳是机械结构破坏的主要表现形式,其中以疲劳破坏尤为突出。针对长期承受交变循环载荷作用的机械结构,疲劳断裂是其最主要的失效模式,占机械结构失效总数的50%~90%。疲劳破坏具有很强的隐蔽性和突发性,破坏前无明显的征兆,对机械装备的安全运行构成了严重威胁,一旦发生破坏易于造成重大事故和生命财产损失。机械装备零构件或结构的疲劳寿命及其可靠性是制约装备整机寿命和系统可靠性水平的关键因素。因此,精确地预测和评估机械结构的寿命和可靠性,是确保其在服役期内安全、可靠运行的重要保障,对合理制定维修决策和健康管理计划,最大限度地发挥装备的使用价值,提高经济效益和抗疲劳设计等方面均具有重要的理论价值和现实意义。
  由于疲劳失效过程的复杂性和随机性,传统的寿命预测理论和可靠性分析方法还不够完善,仍存在诸多尚未解决的难题和不足。针对此,本文以有限寿命设计方法和疲劳损伤累积理论为基础,深入开展疲劳损伤失效机理、寿命预测技术以及可靠性分析方法的研究,采用机械装备关键零构件的金属材料试件和焊接结构件的疲劳试验数据进行模型和方法验证,使现有疲劳分析理论日臻完善,拓展其应用范围。论文主要研究内容和成果如下:
  (1)提出了考虑载荷相互作用效应的疲劳损伤等效法则与剩余寿命预测方法。针对变幅加载载荷历程效应的复杂性以及 Miner法则的内在缺陷,从损伤累积的角度出发,系统地研究了载荷加载顺序及载荷交互效应的作用机制。根据疲劳失效的“二元判据”,引入了疲劳损伤状态的概念定性地表征材料的受损程度。针对传统损伤等效方法的缺陷,提出了考虑载荷相互作用效应的疲劳损伤等效法则。在此基础上,结合韧性耗散模型,建立了改进型剩余寿命预测模型,该模型能综合考虑载荷顺序及载荷间交互作用对损伤发展和疲劳寿命的影响。
  (2)提出了基于疲劳驱动能损伤参数的非线性损伤累积模型与剩余寿命预测方法。针对传统损伤变量在描述上难以揭示失效过程能量耗散的本质,以疲劳驱动力模型为基础,运用能量准则,提出了一种描述疲劳失效全过程的驱动能损伤参数。从失效的能耗过程出发,建立了以驱动能耗散为状态参量的疲劳损伤定量方法和非线性损伤累积模型。在此基础上,运用损伤等效原理,推导出剩余寿命预测模型表达式以及考虑载荷相互作用效应的改进模型,并通过试验设计研究了两种模型的典型非线性特征。
  (3)提出了基于动态剩余S-N曲线与材料记忆性能退化的修正线性损伤累积准则。针对非线性损伤理论计算量大的缺陷以及Miner法则在工程应用上的优势,从剩余寿命和S-N曲线的角度出发,研究了动态剩余S-N曲线和材料记忆性能的退化规律,通过引入材料记忆退化参数定量地表征动态剩余 S-N曲线的斜率比,提出了一种修正的线性损伤累积准则。该准则保留了传统 Miner法则形式上的简易性,便于疲劳损伤定量分析和寿命估算。通过对比三种线性损伤模型并结合试验设计,详细阐述了四种模型存在的共有属性以及线性损伤增长行为。
  (4)提出了基于双线性损伤累积理论的概率模型以及时变疲劳可靠性分析方法。疲劳失效是一个损伤不断累积的动态过程,传统的基于静态的可靠性分析方法无法体现载荷历程的时变特征,而基于动态的可靠性分析方法难以揭示失效过程裂纹萌生和裂纹扩展的两阶段特性。针对此,以双线性损伤累积理论为依据,分别在正态分布和对数正态分布假设下,构建了概率损伤累积模型。在此基础上,运用应力-强度干涉理论,建立了基于“累积损伤-临界损伤”时变可靠度模型,实现了疲劳全寿命周期内的可靠度预测。
[硕士论文] 邹行江
机械工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:碳纤维复合材料的综合性能优越,因此被广泛地应用于各个领域当中。碳纤维复合材料在使用的过程中,因为材料本身的缺陷,或者一些由碳纤维复合材料制造而成的构件和设备在使用的过程中造成的材料的缺陷,都会给使用者带来安全隐患,甚至造成巨大的损失。因此材料缺陷的检测是尤其重要的一个环节。超声无损检测技术是目前比较先进的一种无损检测技术,而计算机层析成像技术更是被成熟广泛的应用于医学领域中。本文的主要内容是将超声无损检测技术与计算机层析成像技术相结合,用于碳纤维复合材料分层缺陷的检测识别。研究内容如下:
  通过查阅国内外文献资料,了解了超声波在各项同性和各向异性材料中的传播特性,并分别给出了超声兰姆在这两种不同材料介质中的频散方程和频散曲线。为在有限元仿真和实验中超声兰姆波激励信号和走时的提取提供了理论依据。
  详细地介绍了计算机层析成像技术的理论基础,并且推导出了基于中心切片定理的平行扫描滤波反投影算法和扇形扫描滤波反投影算法的数学公式,最后分别给出了这两种算法的详细步骤。通过对比,最终选择了扇形扫描滤波反投影算法对用于本文仿真和实验的图像重建算法。
  选择碳纤维复合材料多向板T300/5028作为本文的研究对象,利用 ABAQUS有限元软件分别建立分层缺陷在不同位置的薄板模型,通过加载五周期的汉宁窗口正弦信号来模拟超声兰姆波在薄板中的传播,提取扇形扫描投影方式的走时数据。通过MATLAB编写扇形扫描滤波反投影算法程序,将提取到的走时数据代入算法中对薄板模型进行重建成像,缺陷信息清晰可见。
  最后搭建实验平台进行实验,得出实验的成像结果。由于实验条件的限制实验的成像质量并不如仿真时的成像质量高,但是成像效果也很可观,同时也分析了造成这种现象的原因。通过仿真与实验相结合的方式沿验证了该技术可以应用于工程实践中,为后续的研究奠定了基础。
[硕士论文] 冯鑫友
材料加工工程 哈尔滨工业大学 2017(学位年度)
摘要:随着空间技术的发展,复合材料的应用环境日益苛刻。在特殊的应用环境下,复合材料除了要具有密度小,比强度高,热膨胀系数小,耐磨性好等优点外,还要具有一定的射线屏蔽性能。WCp/Al作为一种新型的复合材料,受到了材料界的广泛关注。由于WCp/Al复合材料机械加工困难,限制了WCp/Al的应用。丝粉同步激光增材制造技术(简称WPDL),结合了单独送丝和送粉沉积的优点,非常适合制备铝基复合材料,可以有效的减少机械加工,为WCp/Al的制备提出了新思路。
  试验采用丝粉同步增材制造技术制备 WCp/4047Al复合材料薄壁件。但是WPDL法制备复合材料,和传统方法有很大的不同。所以,本文研究的目的在于探究WPDL法制备WCp/4047Al复合材料薄壁件工艺过程的控制,以及制备方法和外加增强相对材料组织的影响。
  本文通过正交试验法,研究激光功率,扫描速度和送粉量等对单层单道沉积层尺寸影响的关键因素。在此基础上,进行多层单道薄壁结构复合材料的制备。针对沉积层随着高度增加,熔池出现下淌的问题,提出了采用激光功率梯度递减的方法,有效的改善了薄壁件的成形。复合材料物相分布和硬度的结果表明,激光功率不能无限下降,存在一个最低临界值。
  为了对材料的物相进行精确分析,试验综合了XRD,SEM,EDS和TEM等手段。复合材料中除了含有Al,Si,WC,Ti外,还包括原位生成的Al3Ti,Al4W和TiC。未熔的Ti颗粒周围生成了Al3Ti化合物;部分WC周围则生成了TiC,Al4W和Al3Ti组成的界面,尺寸在100~200nm之间。不添加外加增强相时,ɑ-Al组织具有定向生长的特性。外加增强相的加入,打破了组织定向生长的条件。首先,未融化的WC和Ti颗粒,会阻碍ɑ-Al定向生长;ɑ-Al凝固的固液界面前沿,Al3Ti与Al发生了包晶反应,发生了非均匀形核,破坏了ɑ-Al定向生长条件。
  所制备的复合材料强度在230~248MPa之间。退火后材料强度有微小的下降,复合材料组织没有变化。固溶处理后,基体上析出了尺寸在2μm左右的Si颗粒,材料的强度也下降到了接近母材的水平。WC的裂纹主要萌生在过度溶解的 WC边界和反应较弱的W C边界,裂纹会向W C内部扩展;Ti颗粒周围较厚的反应层是裂纹的主要发源地,裂纹产生后会向基体扩展;Al3Ti与 Al界面较好,裂纹一般从内部产生,但是固溶处理后,受到拉伸力作用时,Al3Ti与基体脱开。原位拉伸结果显示,裂纹首先在WC边界开裂,加载到一定载荷时,Ti界面和Al3Ti相才开始开裂;虽然WC界面容易开裂,但是裂纹一般会向WC内部传递,Ti界面虽然后开裂,但是裂纹会迅速传向基体,导致材料最终的断裂。
  相比于6061Al,复合材料的热膨胀系数从27×10-6℃-1减小到21.5×10-6℃-1。WCp/Al复合材料与4047Al腐蚀电位相差不多,但是极化电流密度相差一个数量级,分别为2.99×10-6A/cm2与5.05×10-7A/cm2,复合材料的耐腐蚀性下降。干摩擦结果显示,WCp/Al复合材料与4047Al的摩擦系数相差不多,都在0.4到0.5之间。但是磨损后,复合材料的磨痕宽度和磨痕深度均小于4047Al,材料的耐磨性得到提高。
[硕士论文] 韩祝文
机械工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:为研究广泛应用于起重机械结构当中的金属材料的损伤机理,本文运用近场动力学的基本理论,构建了一种适用于金属板块的键基近场动力学模型,根据提出的模型,编制了相应的数值计算程序,并通过具体的数值计算实例和物理样件拉伸实验对该模型的有效性进行了论证。
  首先,对近场动力学的国内外现状,基本理论以及相应的数值方法进行了简要介绍。随后,研究并提出了一种基于近场动力学理论的金属板块渐进损伤机理的数学模型。借助于材料力学和弹性力学理论中的弹性变形和最大应变等概念,推导出了金属材料近场动力学模型的微模量c和临界伸长率s0等基本参量。并编制了金属板块近场动力学模型的分析程序,为金属板块的不连续力学问题分析提供了基础。
  其次,运用近场动力学方法对含初始裂纹的金属板块进行裂纹扩展模拟。并运用目前在渐进损伤方面使用广泛且相当成熟的有限元分析方法,利用有限元分析软件Abaqus在非线性分析中的极大优势,采用Python语言对其进行二次开发,编制了一套可以自动对预先存在裂纹的金属板块进行裂纹扩展模拟的程序,最后对两种不同角度的中心对称裂纹进行了扩展模拟,通过将该结果与近场动力学结果的比较分析,验证了近场动力学在裂纹扩展方面建模的正确性。
  最后,通过含圆孔金属板块的拉伸试验,对含圆孔金属板块在位移载荷作用下的变形及裂纹萌生、扩展等力学行为进行了实验研究。并将试验结果与近场动力学仿真结果进行了对比分析,进一步验证了本文近场动力学模型的有效性和准确性。
[硕士论文] 郭校峰
机械工程 广东工业大学 2017(学位年度)
摘要:随着科学技术的进步,以及国家对于新材料领域的大力支持,使得复合材料在生产应用和科学研究上均得到了快速发展。铝钢复合材料是最新兴起的一种新型金属层状复合材料,原始的单一金属已不能满足工业上的性能要求。铝钢复合材料,既具有钢的高强度、抗腐蚀和较美观的外观表面等特性,又有铝的质轻、延展性好和导热性佳等特性,因此使得铝钢复合材料适用于更为广泛的领域。同时吸引了大量研究者对铝钢复合材料的研究。但是国内外研究者们大多围绕铝钢复合材料的组织性能和制备工艺参数等方面展开研究,很少有对铝钢复合材料结合机理研究方面的报道。因此,研究铝钢复合材料结合机理对进一步揭露和认识复合材料的结合行为具有重要意义,同时为生产实际提供理论性指导。
  为探究铝钢复合材料结合机理,选用了4A60铝和08Al钢为轧制材料,根据生产实际选用轧制“三步法”对4A60铝和08Al钢进行轧制复合。借用表面轮廓仪、超景深、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、万能试验机和纳米探针等仪器设备。系统地研究了铝钢复合材料的冷轧结合行为,揭示了铝钢轧制结合机理,并分析了退火过程中金属间化合物对铝钢复合界面结合性能的影响,以及探究了铝钢复合界面金属间化合物的生长行为和生长动力学。具体研究内容和研究结果如下:
  在轧制复合过程中,为研究铝钢界面的结合行为,获得界面结合机理模型,采用不同的处理方式对钢层表面进行预处理,从压下量、加工硬化程度、表面形貌和钢层氧化四个方面展开研究。分析铝钢复合界面和各剥离表面形貌的演变,并根据界面结合性能分析和探究轧制复合过程中的结合行为。结果表明:铝钢复合材料的轧制结合行为为,在轧制力的作用下,钢层表面加工硬化层和氧化层率先发生破裂,暴露出无氧化的钢层内部新鲜金属,对面较软的铝在压力的作用下挤入裂缝产生机械咬合,当压力足够大的时候,铝与钢层内部暴露的新鲜金属紧密接触并形成稳定的结合。
  研究发现在退火处理过程中,铝钢复合材料界面易生成脆性的金属间化合物,且对界面结合性能产生严重的影响,从而研究了退火条件下铝钢界面金属间化合物的生长行为和生长动力学。结果表明:界面金属间化合物的生长规律符合抛物线特性,且界面金属间化合物的厚度随退火温度的升高或保温时间的延长而增加。当界面金属间化合物的厚度超过9μm时,界面结合强度急剧降低。
[硕士论文] 郝励
动力工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:机械密封是目前旋转轴密封常用的一种形式,尤其在石化行业占有举足轻重的地位。机械密封摩擦副材料的选择对其性能影响占主导地位,碳纤维增强陶瓷基复合材料(简称碳陶复合材料)作为新兴复合材料,将其作为机械密封摩擦副材料的研究鲜有提出,而碳陶复合材料具有耐磨性强、耐腐蚀性能优异、机械强度高、优越的热传导性能、摩擦系数小且有一定的自润滑性,满足机械密封摩擦副材料的性能要求,因此本文选用碳陶复合材料作为机械密封摩擦副材料对其端面温度场特性及端面间液膜流场进行模拟及研究。
  首先本文采用ANSYS Workbench平台的Design Modeler三维建模模块分别建立碳陶机械密封摩擦副(动、静环)及摩擦副端面间液膜几何模型,采用Mesh模块对摩擦副进行网格划分,应用ICEM模块对摩擦副端面间液膜进行网格划分,并加载相应的边界条件,然后分别导入Steady-state Theraml模块及Fluent模块,采用控制变量法进行数值模拟。对碳陶机械密封摩擦副温度特性进行模拟时分别改变密封配对材料、密封介质类型、密封轴转速、密封腔压力得到动、静环端面的温度场分布;对摩擦副端面间液膜流场进行模拟时分别改变密封轴转速、密封腔压力得到液膜压力场/速度场分布并得到泄漏量大小的模拟值。其次本文利用机械密封试验台对碳陶机械密封静环中心位置温度及泄漏量进行测量,最后将得到的数据与数值模拟的结果进行比较,验证了数值模拟的准确性,并得出两者存在差异的原因。
  经过数值模拟及实验测量表明工况参数发生变化对碳陶机械密封摩擦副温度场及动、静环间液膜流场分布影响明显,参数变化会改变摩擦副的热流密度、密封环与周围密封介质对流换热状况、液膜的压力场/速度场,从而影响整个碳陶机械密封系统的工作状态。通过数值模拟及实验研究对碳陶机械密封减少泄漏,降低温升、摩擦、磨损有着重要作用,为后期碳陶机械密封的优化设计提供理论和实践依据。
[硕士论文] 于冬洋
机械制造及其自动化 大连理工大学 2017(学位年度)
摘要:碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP)是一种以树脂为基体,碳纤维为增强相,兼具两者优良性能的先进复合材料。CFRP具有轻质高强、抗疲劳特性好、可设计性好等一系列优点,广泛地应用与在航空航天、汽车、风力发电、体育用品等领域。激光切割由于加工效率高、切缝窄、无切削力等,被认为是高效、高质量加工CFRP的一种加工方式,有广阔的发展前景。
  由于CFRP中碳纤维和树脂在物理性能上存在差异,是典型的各向异性的材料,所以其激光切割过程比较复杂,与各向同性材料相比具有很大不同。以单层CFRP为研究对象,分别建立了丝-束直径比例三维模型、树脂-纤维两相三维模型、典型碳纤维铺设角度及树脂含量的单层CFRP三维模型,对单层CFRP激光同向和多向切割过程进行了数值模拟,为多层多铺设角度CFRP的激光切割提供理论和试验依据。主要内容及结果如下:
  (1)针对小光斑直径激光光源切割单层CFRP时,碳纤维直径与激光光斑直径的比例关系,建立丝-束直径比例(设为k)分别为1:1、1:2、1:5、1:10的单丝排列三维有限元模型。分析激光同向切割过程中,材料的温度场、横截面温度梯度等,随着k减小,热影响区宽度减小、最高温度升高、温度梯度增大;大光斑直径激光切割CFRP,k<1:10时,可将CFRP作为匀质复合材料处理。考虑树脂与纤维的空间排布关系,对几何模型进一步优化,建立树脂-纤维两相三维模型,分析表面树脂和内部纤维温度场,横截面温度变化曲线,研究材料吸收和传递激光能量过程,揭示表面热影响区的形成机理。
  (2)进行单层 CFRP激光同向切割试验,根据数值模拟中丝-束直径比例,分别对表面碳纤维烧蚀整体宽度和热影响区整体宽度数据进行拟合,拟合曲线趋于稳定。拟合曲线在试验丝-束直径比例下,对应的表面碳纤维烧蚀整体宽度误差3.37%、热影响区整体宽度误差1.92%。
  (3)分别考虑典型碳纤维铺设角度和树脂含量,建立单层CFRP三维模型,通过数值模拟激光多向切割过程温度场和冷却时温度场,分析碳纤维铺设角度对材料热影响区形状及整体宽度的影响,稳定切割或者无热源作用时,温度沿纤维铺设方向传递;激光烧蚀前沿能量传递受激光切割方向影响。树脂含量50%与30%的温度场宽度降低了17.24%,随树脂含量增加,最高温度逐渐增大,温度场宽度和最高温度的变化是近似线性的。
  (4)进行激光多向切割单层CFRP试验,数值模拟与试验相比,表面碳纤维烧蚀宽度和热影响区整体宽度平均误差分别为10.66%和13.09%。
[硕士论文] 赵休胜
机械设计及理论 燕山大学 2017(学位年度)
摘要:聚酰亚胺(PI)因具有耐高低温性能优良、机械强度高、耐辐射性能好、介电性能优良、抗蠕变能力强及化学性质稳定等优点在汽车、电子、航空航天等领域应用广泛。但纯PI摩擦系数较大、耐磨性较差,为克服以上缺陷,常通过填充不同添加剂改善纯PI的摩擦学性能,所得PI复合材料可作为优质摩擦学材料。
  本文以PI为基体材料,填充作为固体自润滑添加剂的聚四氟乙烯(PTFE)、活性碳纤维(ACF),采用热模压成型工艺制备 PI复合材料。取成型压力、成型温度、保温时间、PTFE含量及 ACF含量为主要因素,利用正交试验法,设定复合材料的拉伸强度为评价标准,确定最优组合,得出制备PI复合材料的最佳热模压成型工艺参数;制备PI复合材料并测试其力学性能,分析PTFE及ACF含量对PI复合材料力学性能的影响;利用CSM往复式摩擦磨损试验机进行PI复合材料摩擦学试验;利用三维白光扫描仪及扫描电子电镜(SEM)扫描 PI复合材料断面及磨损表面,得到磨损表面三维形貌、断面及磨损表面微观形貌,并分析了其摩擦磨损机理。
  正交试验及PI复合材料摩擦学试验结果表明:PI复合材料的最佳成型工艺为模压温度360℃,压力12.5MPa,保温保压50min,降至室温后脱模;PTFE与ACF的填充都可明显降低PI复合材料的摩擦系数,其中填充20%PTFE,10%ACF时复合材料的摩擦系数最小,是纯PI摩擦系数的1/4左右,具有明显的减摩效果;PI复合材料的力学性能及耐磨损性能随着 PTFE及 ACF含量的增加均有所减弱,分析认为PTFE的低力学性能降低了PI的强度,ACF含量增加降低了其与基体材料的结合强度,而适量 PTFE及 ACF的填充可使 PI复合材料的耐磨性有较大改善,其中填充15%PTFE,10%ACF时,复合材料的耐磨性最佳,为纯PI的1/41。分析认为PTFE有利于ACF与PI的结合,具有协同效用;纯PI的磨损机制主要为粘着磨损,而PI复合材料的磨损机制主要为轻微磨粒磨损。
[硕士论文] 孙芳芳
机械设计及理论 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:铁基烧结材料具有较好的力学性能,但减摩性较差。高分子材料在摩擦过程中容易在对摩面之间形成转移膜,具有很好的摩擦学特性,但高分子材料耐热性能和耐磨性较差。因此,为了改善铁基材料和高分子材料的此类缺点,本文用金属作为基体,以高分子材料作为减摩相来制作复合材料。基体材料采用粉末治金方法制得,基粉用低合金钢粉,并通过添加Cr-Fe粉和改变烧结温度的方法来改善材料性能。对烧结完成的基体材料测试密度、硬度和压溃强度,并观察其金相组织。然后在基体材料中熔渗PEEK,通过金相显微镜观察熔渗效果,并用端面摩擦磨损试验机测试熔渗前后试样的摩擦磨损性能。用扫描电子显微镜和3D激光扫描仪观察磨痕表面,并对磨痕表面的化学组分进行分析,探讨熔渗PEEK的铁基材料的摩擦磨损机理。
  研究结果表明,随着烧结温度的升高,烧结低合金钢的孔隙的数量和尺寸都明显降低,密度、压渍强度、硬度都随温度的升高而升高;温度从1150℃上升到1350℃时,密度从6.37g/cm3上升到6.75g/cm3,压溃强度从669MPa上升到1191MPa,硬度从69HRB上升到80HRB。在1250℃烧结温度下,随着Cr-Fe粉含量的升高,孔隙数量变少,尺寸变大,珠光体逐渐减少,铁素体增加,并有马氏体出现。材料的硬度不断增大,密度和压渍强度不断减小。Cr-Fe粉含量从0%上升到4%时,密度从6.55 g/cm3下降到6.28g/cm3,压溃强度从884MPa下降到380MPa,硬度从72HRB上升到93HRB。
  熔渗PEEK试样摩擦磨损试验前一段时间摩擦因数小,在0.03左右,运行一段时间后,摩擦因数增大到0.1以上,密度越小,摩擦因数在0.03运行时间越长。整体来讲熔渗PEEK后试样减摩效果有明显提高,是由于PEEK受热膨胀在摩擦面之间形成了润滑膜,但润滑膜持续时间及承受载荷都不够理想。从磨痕表面形貌可看出,熔渗前后的磨损都为黏着剥落,剥落的凹坑深度较浅。且熔渗PEEK后磨损量有明显的降低。
[硕士论文] 朱国乾
机械设计及理论 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:铝基滑动轴承合金是一种质量轻、比强度高、导热性好的轴承材料,具有良好耐腐蚀和减摩耐磨性能,在机械、汽车、航空航天等领域中有广泛应用。
  铝锡合金材料质量轻且具有良好的减摩耐磨性、顺应性、嵌藏性和一定的抗咬合能力,正愈来愈多地代替传统的铜基和巴氏合金。为进一步发挥铝基轴承高比强度、良好摩擦学特性等优势,改善铝锡合金在承载能力及摩擦学性能方面的不足,本文在2A12基体中添加低熔点组元Bi,进一步研究了Bi添加量为0wt.%~8wt.%的2A12合金的力学及摩擦学性能;试验过程中发现Bi在铝基体中较易发生偏析,对于准确研究其对铝基轴承合金摩擦磨损性能的影响较为不利,为此对含Bi铝基轴承材料的制备工艺进行了一定的优化,探讨了工艺优化后含铋2A12合金的力学和摩擦磨损等性能,并将含Bi2A12合金与含Sn合金进行对比。研究表明:铸造工艺的优化有利于Bi相均匀分布的均质合金的形成,熔炼温度为800℃,冷却方式采用100℃水冷,另外采用200r/min的机械方式搅拌效果较好。低熔点组元Bi的添加降低了材料的力学性能,但降低的程度明显低于锡对材料力学性能的影响;随着Bi含量的增加,铝基材料摩擦磨损状况得到明显改善,承载能力也相应提高,与相同含量的含锡材料相比,含Bi合金材料强度高、摩擦学性能好。
  低熔点组元铋与锡相似,在摩擦过程中软化熔化析出,降低接触区域的剪切强度,避免粘着撕裂的发生,起到较好的减摩抗粘着作用,而且由于球状分布的富Bi相对基体割裂作用较小,使基体合金保持较好的承载能力,从而使含Bi铝基轴承材料在逐级加载条件下综合表现较好。
[硕士论文] 丁亚
机械设计及理论 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:聚合物基复合材料在与金属表面发生相对滑动的过程中,会在对偶件金属表面形成一层转移膜,转移膜的质量对于提高复合材料的摩擦学性能具有十分重要的意义。研究发现转移膜的形成是一个伴随着局部碎片脱落和再修复的动态过程,了解其动态变化过程对于研究转移膜的形成机理及其对摩擦学性能的影响至关重要,但由于一般的实验条件的限制,很难观察到转移膜的动态形成过程,这也在一定程度上制约了对聚合物材料摩擦学性能的研究。
  鉴于此,本文利用基于离散元法开发的二维颗粒流软件(PFC2D)建立了PTFE复合材料/45#钢摩擦副系统的摩擦磨损离散元计算模型,再现了PTFE与45#钢的动态摩擦过程。在此基础上,重点探究了复合材料中混合填料Cu、石墨的添加对PTFE复合材料磨损性能、转移性能、转移膜粘结强度、摩擦系数以及相关的力学性能(压缩性能、剪切性能)的影响。并运用统计学中的相关性分析研究了PTFE复合材料的磨损性能、摩擦系数分别与转移膜粘结强度、材料的压缩强度、剪切强度之间的相关性。基于以上研究,本文主要得出如下创新性结论:
  (1)在PTFE与45#钢滑动摩擦过程中,45#钢粗糙表面会对PTFE产生剪切挤压作用,使位于接触表面的PTFE被拖拽下来形成PTFE碎片,部分脱落的碎片粘附于对偶件表面从而形成转移膜。随着摩擦的进行,转移膜逐渐趋于稳定,稳定的转移膜能够有效地减小摩擦、降低磨损。且转移膜的形成并不是一成不变的静态过程,而是一个伴随着转移颗粒不断脱落与再修复的动态过程。
  (2)复合材料中的混合填料Cu、石墨对其摩擦学性能具有显著的影响,转移颗粒数随着混合填料中Cu质量分数的增加而增加,辅助填料石墨的加入能够在一定程度上增加转移颗粒数,混合填料对形成的转移膜粘结强度具有类似的影响;混合填料的加入能够有效地改善PTFE的磨损性能,磨损量随Cu含量的增加而减小,而石墨对其的增强效果对载荷具有一定的敏感性;复合材料的宏观摩擦系数随着混合填料中Cu含量的增加而增大,石墨的加入能够有效降低摩擦系数。
  (3)复合材料中的混合填料Cu、石墨对复合材料的压缩性能、剪切性能影响明显。两种性能均随着填料中Cu质量分数的增加而增强。辅助填料石墨的加入能在一定程度上提高复合材料的压缩性能,且这种增强效果随着混合填料中Cu含量的增加而递减。而石墨对复合材料剪切性能的影响较为复杂,其影响效果随着混合填料中Cu含量的增加先增强后减弱。
  (4)通过对复合材料的摩擦学性能与力学性能的相关性分析发现,材料的磨损性能与其转移膜粘结强度、材料的压缩强度之间的相关关系较强,而摩擦系数仅与材料的剪切强度之间存在较为显著的相关关系。
[硕士论文] 宋庆月
机械工程 天津大学 2016(学位年度)
摘要:随着碳纤维复合材料在航空航天领域的广泛应用,当前碳纤维复合材料的钻孔加工过程无法实现加工质量与效率有效统一以及离线优化得到的切削参数没有考虑加工过程中的不确定因素等问题日益突出。
  针对上述问题,本文将加工质量的在线监测与控制技术用于复合材料的钻孔加工中。首先,通过分析复合材料钻孔试验结果,得到刀具磨损、进给速度以及两者耦合作用下对孔壁粗糙度的影响规律,提出一种基于参考切削力支持向量机回归识别模块的变切削参数刀具磨损监测方法,进而实现孔壁粗糙度的在线监测;其次,由于监测误差在粗糙度监测过程是不可避免的,为保证钻孔加工质量,在粗糙度质量状态判定时,针对直接采用监测值与质量要求值对比方法可能出现的判定失效问题,采用一种裕度判定方法对粗糙度质量进行判定,结果表明该方法可以有效避免判定失效问题;然后,当监测子系统判定孔壁粗糙度不合格时,利用模拟退火算法在当前刀具磨损状态下进行切削参数优化;最后,结合本文提出的方法,开发了一套基于LabVIEW与MATLAB软件混合编程的粗糙度自适应控制软件。
  研究结果表明:基于支持向量机回归的孔壁粗糙度在线监测模型与切削参数的模拟退火优化算法可以实现粗糙度的监测与控制,很好的解决了当前航空航天领域复合材料在钻孔过程中对质量与效率统一问题。
[硕士论文] 高衡
机械工程 杭州电子科技大学 2016(学位年度)
摘要:橡胶是一种高分子聚合物,在常温下具有较高的弹性和一定的韧性,同时具有良好的机械强度和电绝缘性能,广泛应用于农业、交通运输业以及日常生活方方面面。加上近年来汽车工业的繁荣发展使轮胎工业进入高速发展期,轮胎上所有的半成品胶部件均以橡胶胶料为原料加工而成。轮胎生产过程由炼胶、挤出、压延、胎圈成型、胎面切割和硫化工序组成。其中胎面切割工序效果是影响轮胎质量的关键因素,轮胎胎面、胎体和胎圈各部分均由切割成定长的橡胶胶料成型而成。切割质量的优良程度影响轮胎抗拉及压缩强度和使用寿命。由于橡胶的高弹性及热力学特征,传统切割方法已不能满足目前严格的切割质量要求。本文研究了超声波切割方法,设计研制了合理的切割实验装置,并探究不同切割角度及切割速度条件下对切割温度及切割力影响规律。本文主要研究内容及成果如下:
  (1)根据橡胶胶料特性及超声振动理论,对换能器和变幅杆进行材料选择与尺寸设计。基于大尺寸矩形变幅杆理论,对切割刀具结构与形状进行分析,为抑制横向振动进行开槽设计,完成切割系统超声声学系统设计。并运用ANSYS有限元分析软件对声学系统进行模态分析,得到了振动系统位移云图和位移矢量图,结果表明刀尖处振幅达到最大且振动位移均匀,验证了超声振动系统设计的合理性与正确性。
  (2)基于橡胶本构理论和高弹性特征,分别建立横向切割及纵向切割模型,并分析了两种切割方式下切割速度与切割力大小。
  (3)根据切割要求,设计制造了符合要求的实验装置,包括双摆角角度调节系统、传动系统和实验参数采集系统。
  (4)针对目前胶料切割工艺的参数选择存在盲目性以及切割质量不稳定等问题,通过改变单一因素进行大量切割实验。利用MATLAB对实验采集数据进行分析,得到了单一因素与双重因素共同作用对切割温度和切割力影响规律,为实际加工过程中参数选择提供参考。
  本文的研究工作为橡胶胶料切割提供了理论与实验依据,为切割参数选择提供了参考,为推动轮胎工业胎面超声波切割大规模推广使用有重要意义。
[硕士论文] 曹德胜
机械工程 天津大学 2016(学位年度)
摘要:C/SiC复合材料是陶瓷基复合材料中应用最为广泛的典型代表,其在军用、民用等领域仍然具有很大的开发价值。金刚石砂轮磨削是陶瓷基复合材料最有前途的机械加工方法,但是作为细观结构存在的界面对于磨削加工机理的影响尚不明确。目前已有的工作很少关注C/SiC复合材料横向力学性能,对横向拉伸载荷下界面脱粘情况研究尚有明显不足,严重制约了C/SiC复合材料的发展及应用。
  基于细观力学研究方法,本文采用数学建模计算、有限元数值模拟、拉伸试验研究相结合的手段研究了单向C/SiC复合材料的热残余应力分布规律及影响因素、界面的应力状态分布和横向拉伸力学性能。
  本文分析了制备工艺的特点及热残余应力产生的原因,并基于弹性力学方法对横截面内径向和周向热残余应力的分布规律进行预测。研究横向拉伸载荷作用下界面处的应力状态,研究模型参数对界面法向、切向应力的分布规律的影响,分析界面脱粘的原因。通过数值模拟方法研究界面内聚力单元的脱粘顺序及条件。
  本文采用ABAQUS有限元分析软件对二维平面应变模型进行分析,通过对制备工艺的数值模拟重点研究纤维排布方式、纤维体积分数、界面厚度、制备温度等因素对热残余应力分布规律的影响。
  本文对长边直条形试件开展横向拉伸试验研究,通过分析试验获得应力-应变曲线研究C/SiC复合材料横向的脆性断裂机制,探究纤维存在对陶瓷基体强度的影响,结合数值模拟研究获得特定参数条件下界面横向脱粘强度为14.7 MPa。
  本文主要研究横向拉伸载荷条件下考虑热残余应力时C/SiC复合材料的细观力学行为,研究结论有助于揭示界面失效机制、完善界面本构关系,能够为复合材料的设计及磨削加工制造提供方法与理论依据。
[硕士论文] 胡泽华
机械工程 天津大学 2016(学位年度)
摘要:精密和超精密加工技术的水平和发展,直接影响到一个国家制造业的水平及国防工业的发展,因此世界各国对此都极为重视。机床的稳定性及加工精度直接影响到精密及超精密加工的质量,因此人们对其加工机床提出了更高的要求,希望机床具有优异的稳定性和出色的减振降噪性能。传统的机床材料已难以满足精密超精密加工的需求,目前急需一种具有力学性能优异、减振性能出色并且耐腐蚀性能强的新材料。
  本文参考树脂基混凝土的材料组分,选择使用耐酸碱腐蚀性能出众的聚四氟乙烯代替传统的环氧树脂作为材料的基体。选择使用高纯石英砂和氧化铝陶瓷微球作为骨料,空心玻璃微珠和纳米氧化铝作为填料。本文从材料的制备工艺、偶联剂对材料性能的增强作用、材料的性能检测与对比以及有限元模态分析入手,分析和对比了不同材料组分方案之间的差异并选出了综合性能最优的组分方案。
  首先,本文选定新型复合材料的基体、骨料及填料,其中骨料及填料各给出了两种选择。其次,本文开发了新型复合材料的制备工艺,并通过使用扫描电子显微镜、FTIR等手段验证了偶联剂对材料性能的提高作用。再次,本文分别制备了六种材料组分方案的材料试件,对其进行包括密度、吸水率、力学性能及阻尼性能等方面的性能检测及对比。最后,本文建立了复合材料的三维模型,使用ANSYS对材料的拉伸应力场进行了分析。
  本文开发的材料制备工艺及材料的性能检测结果为之后的研究工作奠定了基础;使用ANSYS对材料拉伸应力场的分析为工艺的优化提供了方向。
[硕士论文] 于书宇
机械工程 天津大学 2016(学位年度)
摘要:随着复合材料在航天航空领域应用的大幅增加,改进复合材料的连接工艺、抑制材料损伤的产生和扩展,对于提高连接强度,保证整机的可靠性有着重要的意义。而在飞机的装配过程中,往往会产生加工误差,使连接孔的几何参数发生变化。本文针对复合材料机械连接结构中几何参数对结构连接强度的影响机理展开研究,并对结构的疲劳失效过程进行分析,研究其损伤产生过程及累积演化规律。主要研究内容如下:
  首先,根据复合材料的力学性能,运用三维Hashin失效准则和材料退化模型,建立了复合材料疲劳加载过程中的损伤累积演化模型,研究不同几何尺寸下的载荷传递路径,并利用试验结果来验证模型的有效性。
  其次,针对复合材料沉头单钉单剪搭接结构,通过静强度和疲劳强度预试验,研究了该结构在不同载荷水平下的寿命分布规律,根据试验结果,设计和开展了不同孔口圆角和锪窝深度的疲劳寿命试验,并揭示了复合材料结构的载荷-位移曲线的变化规律。
  最后,基于不同孔口圆角和锪窝深度下的复合材料的损伤形貌观测结果,结合复合材料连接结构渐进损伤分析模型,研究了孔口圆角和锪窝深度对结构疲劳寿命的影响规律,分析了复合材料的损伤机理,并揭示了其损伤累积演化过程。
  本文研究的复合材料沉头螺栓连接结构的疲劳寿命预测模型及疲劳寿命的变化规律,可为优化复合材料连接工艺,改善复合材料机械连接强度提供技术支持和理论参照。
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