基于数学建模的石墨烯/环氧树脂复合材料的热膨胀特性研究

采用有限元软件建立了石墨烯/环氧树脂复合材料的微观代表性体积单元数学模型,研究了石墨烯含量、石墨烯片数和石墨烯分布状态对复合材料热膨胀特性的影响。结果表明,随着石墨烯片数量的增加,石墨烯/环氧树脂复合材料的热膨胀系数呈现逐渐减小的特征;在石墨烯呈恒定方向分布时的热膨胀系数要大于相同石墨烯含量、石墨烯随机分布的复合材料。无石墨烯和添加1%～5%石墨烯的复合材料的热膨胀率都随着温度的升高而呈线性增加的趋势;在相同的温度载荷下,添加石墨烯的复合材料的热膨胀率都要小于环氧树脂,且在石墨烯含量为1%～5%时,复合材料的热膨胀率会随着石墨烯含量增加而逐渐减小。     

发泡聚丙烯的非线性振动传递特性

以发泡聚丙烯为主要试验材料,通过对产品、发泡聚丙烯缓冲材料组成的包装系统的正弦扫频震动和定频振动的试验分析,确定和讨沦了发泡聚丙烯包装系统的非线性振动力学响应特性。运用谐波平衡法研究了此非线性系统响应的一阶近似解,得到了系统的幅一频响应曲线和可靠的非线性振动传递函数。系统的主共振幅值大小受材料阻尼的影响,阻尼越大,其幅值越小。通过对发泡聚丙烯缓冲系统的幅一频响应曲线和传递函数的掌握,可以顶测系统在任意简谐激振下的振动传递率,从而提高缓冲设计的可靠性。     

半钢子午线轮胎帘线受力的有限元分析

使用ABAQUS有限元分析软件,考虑了轮胎的材料非线性、接触非线性以及大变形等复杂的力学特性,建立了185／70R14半钢子午线轮胎的三维有限元分析模型。探讨了静载荷和自由滚动工况下轮胎带束层和胎体层帘线在最低断面处和周向端部的受力情况,考察了不同载荷、速度下帘线受力的变化。结果表明：轮胎最低断面处静载荷下带束层受力呈M形,接地区胎体层受力呈W形,第一带束层末端受力小于第二带束层末端受力;滚动工况下轮胎带束层末端及胎体层反包端点周向力极值均出现在接地区。     

甚高频段应用的Co2-Z型铁氧体材料研究

采用普通陶瓷工艺，制备了适用于甚高频段（UHF）的Co2-Z型六角晶系铁氧体材料。通过测量这种材料的复数磁导率μ的频散特性，发现其共振频率可达3GHz以上。测试不同烧结温度下的样品的磁谱表明，随着烧结温度的上升，复数磁导率μ的实部μ'上升，但共振频率fr和截止频率fc均下降。SEM照片显示，这是由于晶粒随烧结温度升高而长大所致。     

履带板挂胶对实心轮胎散热影响的有限元分析

采用ANSYS有限元分析软件,在不改变橡胶材料整体厚度的前提下,建立不同挂胶材料和厚度的履带板和实心轮胎的力学场和温度场有限元模型,模拟研究履带板挂胶材料和厚度对实心轮胎散热的影响。结果表明,实心轮胎的最大应力随着履带板挂胶厚度的增大而增大,而最高温度则随着履带板挂胶厚度的增大而降低;在载荷、速度、履带板挂胶厚度相同的情况下,聚氨酯弹性体履带板挂胶比天然橡胶生热少、温升低。     

履带板挂胶对实心轮胎散热影响的有限元分析

采用ANSYS有限元分析软件,在不改变橡胶材料整体厚度的前提下,建立不同挂胶材料和厚度的履带板和实心轮胎的力学场和温度场有限元模型,模拟研究履带板挂胶材料和厚度对实心轮胎散热的影响。结果表明,实心轮胎的最大应力随着履带板挂胶厚度的增大而增大,而最高温度则随着履带板挂胶厚度的增大而降低;在载荷、速度、履带板挂胶厚度相同的情况下,聚氨酯弹性体履带板挂胶比天然橡胶生热少、温升低。     

抗激光辐照涂层的结构设计与优化

针对抗激光辐照涂层,采用有限元方法研究了在连续波激光辐照下,材料热物性参数及涂层结构对涂层温度以及基体温度的影响,并在此基础上进行了涂层的结构设计与优化.结果表明:对于不同的涂层材料,当吸收热量、涂层结构、辐照时间相同时,涂层材料的热导率对温度场分布起主要作用,随着涂层材料热导率的增大,涂层最高温度减小,且在k<10 W/m·K时,温度下降速率较大,之后下降速率趋于平缓.具有较高反射率和较高热导率的Al涂层对基体热影响作用较大,在反射层和基体之间添加隔热层可以缓解基体所受的热作用.双层结构在功率密度为5×104 W/cm2 条件下,随着隔热层厚度的增加,基体热影响区面积明显减小,并向横向扩展;涂层最高温度呈类似抛物线上升的趋势,基体最高温度亦呈类似抛物线下降,隔热效果增加的幅度减小;隔热层厚度为0.6 mm时,基体最高温度只有100 ℃,基体所受热影响基本可以忽略不计.     

温度和圆孔缺陷对层合板线性屈曲特性的影响分析

随着应用环境趋于复杂,层合板经常会处于不同的温度环境以及经常需要开圆孔进行机械连接,且厚度方向尺寸较小,受压缩时容易发生屈曲现象,因此,研究不同温度和圆孔缺陷对层合板屈曲特性的影响具有重要的意义。首先对欧拉梁理论进行简单回顾,推导出梁在两端铰接受压状态时的平衡载荷和挠曲线的解析解。进一步用有限元方法对各向同性板屈曲问题进行研究,将屈曲载荷和屈曲模态与基于欧拉梁理论的解析解进行对照,确定合适的网格密度,验证模型的正确性。然后对含不同圆孔尺寸的准各向同性层合板在不同温度下进行屈曲特性分析,分别得到前五阶的屈曲载荷和屈曲模态。最后研究了不同圆孔尺寸下,圆孔深度对层合板屈曲特性的影响。结果表明:随着温度的升高,含相同圆孔尺寸的层合板的屈曲载荷线性下降;同一温度下,随着圆孔尺寸的增大,屈曲载荷下降越来越快;同一圆孔尺寸下,随着圆孔深度的增加,屈曲载荷下降速度先减小后增大,呈现出对称性。     

不同胶厚对硬聚氯乙烯板搭接强度的影响

为验证不同胶层厚度对硬质聚氯乙烯(PVC)板材单搭接接头强度的影响,对不同胶层厚度的单搭接板材件进行拉伸-剪切载荷试验,确认胶层厚度会影响搭接接头的粘接效果,且胶层厚度由0.2 mm增加到2 mm时,搭接件能承受的最大应力由3.59 MPa减小至2.51 MPa;通过有限元仿真得出,当胶层的厚度由0.2 mm增加到2 mm时,搭接件能承受的最大应力由3.32 MPa减小到2.59 MPa;实验与仿真均得出了随着胶层厚度增加,搭接强度变弱的结果。对不同胶层厚度的搭接板材进行仿真,得出最大应力均出现在胶层的边缘位置,因此胶层边缘位置容易先发生破坏;与无胶瘤时相比,胶瘤的存在能减少胶层边缘处的应力集中现象。与无胶瘤的搭接板材件相比,胶瘤存在时的搭接板材件强度提升了20%,胶瘤的存在显著增加了搭接的强度性能。仿真结果与实验结果相比较,误差在10%内,仿真模型有较好的准确度。     

基于Abaqus低密度泡沫模型的EPE冲击仿真模拟

采用数值模拟技术研究了发泡聚乙烯(EPE)在冲击和回弹下的力学性能与形变。首先采用万能材料试验机对EPE进行不同速率下的压缩试验,在此基础上,拟合Sherwood-Frost本构模型参数,然后通过Sherwood-Frost本构模型,计算出应变率范围为0～100 s~(-1)的应力应变数据,并输入到Abaqus中建立低密度泡沫模型;分别用低密度泡沫模型和Crushable foam模型对EPE进行静态压缩仿真分析,对比验证低密度泡沫模型的回弹性,用质量为3.41 kg的重锤对EPE进行不同高度下的冲击仿真分析。结果表明:在回弹过程中,低密度泡沫模型的载荷位移曲线几乎与压缩阶段重合,而Crushable foam模型发生塑性形变,不能恢复到初始形状;在1 200、760、500 mm高度下,重锤的最大加速度分别为75.38、55.25、37.64 G(G为重力加速度),误差分别为3.32%、1.08%、2.90%。     

加注管陶瓷涂层有限元接触分析

加注管在真空环境下会由于磨损,冷焊而失效。利用陶瓷喷涂技术,在接触面喷涂碳化钨涂层,可有效地增强接触面的抗磨损及抗冷焊性能。借助有限元软件,定性分析了载荷,涂层厚度对接触表面的最大变形量及最大等效应力的影响,数值模拟结果表明:喷涂碳化钨涂层后,最大变形量减小,等效应力增大;最大变形量和等效应力随着载荷的增大而增大,随着涂层厚度增加而减小。模拟结果能够为陶瓷涂层材料研究设计提供参考。     

工艺参数对动态注塑成型制品品质的影响

采用聚丙烯(PP)材料,应用Taguchi DOE技术进行振动注塑成型正交实验,研究了工艺参数对制品成型收缩率和制品质量的影响。利用各振动频率段的较优参数组合,比较了振动条件下和稳态下的制品收缩率和制品质量。结果表明:制品的成型收缩率随着熔体温度的升高而降低,随着注射速率的增加而降低;制品质量随着熔体温度的升高而减小,随着注射速率的增大而增加;振动降低了制品成型收缩率,提高了制品质量。     

硅橡胶泡沫/HGB复合材料的制备及性能

采用室温硫化法制备了一系列不同空心玻璃微珠（HGB）用量的硅橡胶泡沫（SF）/HGB复合材料，并研究了HGB用量对SF/HGB复合材料的交联密度、泡孔结构、机械性能、动态力学性能的影响。结果表明：HGB用量为6%时对应的SF/HGB6复合材料具有最佳的综合性能。通过静态压缩试验考察了SF/HGB6复合材料的缓冲性能，其缓冲系数与聚乙烯泡沫（EPE）非常接近。动态压缩疲劳试验结果表明，SF/HGB6复合材料具有较长的疲劳寿命（600万次）和较高的高度保持率（98.4%），远高于EPE（29万次，54.5%），并且SF/HGB6复合材料的缓冲系数在疲劳试验前后几乎没有变化，明显优于传统的缓冲材料EPE，可作为包装领域的缓冲材料。     

基于能量吸收效率的泡沫塑料缓冲材料选择

讨论了几种不同密度EPS泡沫、EPE泡沫的单项压缩性能，并绘制了材料的能量吸收效率一应力关系图及能量吸收效率一密度关系图。图线显示材料吸收的能量随应变量的增加而增加；不同密度的同类材料的能量吸收效率随应力增大有相同的变化趋势；在一定应力下材料能量吸收效率随着材料密度增大呈近似抛物线趋势变化并有惟一极值点。阐述了在缓冲包装设计中利用材料的能量吸收效率一应力图线合理选择材料密度的方法。     

缓冲包装材料静载机械特性影响的试验研究

通过对蜜瓜在不同条件下采用缓冲材料包装前后的静载压缩试验以及缓冲材料的拉伸试验,分别获得了蜜瓜裸果及缓冲包装后的压缩特性及缓冲材料的拉伸特性。试验结果表明,采用缓冲材料包装后的果实能明显改善受压过程中的变形情况;缓冲材料自身性能与被包装果实的抗压性有关,缓冲材料EPS的纵向拉伸强度高于EPE,装有EPS薄膜包装箱样品的最大屈服极限在装有EPE薄膜包装箱的基础上增加了20%,并且EPS薄膜形变后回弹性较好。试验结论对防止和减缓蜜瓜在储藏、运输和销售中由于挤压、碰撞、跌落而造成的损伤有一定指导意义,同时为缓冲包装设计提供了一定的理论依据。     

预硫化工艺对三元乙丙橡胶发泡材料性能的影响

研究预硫化温度和时间对三元乙丙橡胶(EPDM)发泡材料结构和性能的影响。结果表明:预硫化温度为110℃时,EPDM发泡材料的硫化速度和发泡速度匹配较佳;随着预硫化温度的升高,EPDM发泡材料的泡孔孔径增大,泡孔数目减小;在110℃预硫化温度下,随着预硫化时间的延长,EPDM发泡材料的泡孔孔径减小,泡孔数目增大,且邵尔C型硬度和拉伸强度提高,静刚度和动静刚度比降低。     

温度对压痕法测试砷化镓显微硬度及裂纹形成和扩展的影响

在常温和低温下对砷化镓单晶进行压痕实验,分析温度对砷化镓单晶片显微硬度及其裂纹产生和扩展的影响。结果表明:当试验载荷处在低于0.244N的小载荷区时,砷化镓单晶片的显微硬度随着载荷的增加而增大;当载荷处在大于0.244N的高载荷区时,砷化镓单晶片的显微硬度则随载荷的增加而减小。同一载荷下,随着温度的升高,压痕过程中所产生的裂纹长度逐渐增长。在不同温度下,随着载荷的增加,砷化镓单晶片经历了从塑性变形到脆性断裂的转变。减小载荷和降低加工区温度,有利于减少或防止裂纹的产生,使砷化镓的加工处于塑性模态,从而有利于提高加工精度。     

粘弹性约束阻尼层结构的动力学性能研究

研究粘弹性约束阻尼层结构（简称约束阻尼层结构）的动力学性能。结果表明：丁基橡胶可以较好地应用于约束阻尼层结构的阻尼层材料;约束阻尼层结构可以有效降低50～2 050 Hz范围内共振频率处的振动,同时共振频率向低频移动;随着阻尼层材料的损耗因子、储能模量和厚度的增大,约束阻尼层结构的结构损耗因子增大,振动衰减效果明显;约束阻尼层结构的振动衰减的仿真结果与试验结果一致。本研究可为约束阻尼层结构的设计和优化提供参考。     

基于双向拉伸的温度对高聚物薄膜热成型性能的影响研究

以高聚物薄膜材料为研究对象,搭建了双向拉伸试验装置,开展了不同温度下高聚物薄膜材料的双向拉伸实验。结果表明,不同温度下双向拉伸载荷与位移曲线存在一致的变化关系。由于剪张比的变化,双向拉伸作用下高聚物薄膜材料的屈服载荷明显大于单向拉伸,同时,双向拉伸下屈服载荷与当量弹性模量随着温度的增加逐渐减小,且存在负相关关系。     

温度和应变率对模内嵌膜片材力学性能的影响

通过单向拉伸试验研究了模内嵌膜工艺中常用的聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜在不同温度和应变率下的力学性能。结果表明:随着温度的升高和应变率的降低,两种材料的屈服强度下降、断裂伸长率提高。当温度低于120℃时,PC薄膜的应变硬化系数(h)和图案变形度(r')对温度具有较弱的敏感性,而对应变率具有较强的敏感性,h和r'值随着应变率的增加而增大;当温度高于120℃时,PC薄膜的h和r'值则具有较弱的应变率敏感性和较强的温度敏感性,二者随着温度的升高而减小。由于PC薄膜的r'值远大于1而PMMA薄膜的r'值小于1,因此PMMA薄膜成型时的图案变形程度较PC薄膜轻。厚度对两款薄膜材料的屈服强度和h值无明显影响;但薄膜厚度会影响PC薄膜的r'值,薄膜越薄,r'值越小,但成型性能会变差。