多孔PDMS基底复合柔性互连导线拉伸时3D变形行为研究

目的 探究多孔聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底复合柔性互连导线的透气性能和延展性能,以使其更好地应用在医疗领域。方法 本文采用三维数字图像相关(3D-DIC)方法检测了25 ℃下不同孔隙率的多孔PDMS基底复合柔性互连导线单轴拉伸过程中导线与基底的面内应变失配和离面位移特征。在此基础上,本文引入平均位移(wm)和位移幅(wa)作为量化表征复合柔性电子离面变形的指标,并结合多孔PDMS基底的气密性实验结果评价了不同导线样品。结果 研究结果表明,多孔PDMS材料作为基底能显著降低复合柔性电子的离面变形程度,并使复合柔性电子具有良好的透气性。在相同拉伸载荷(20 N)和拉伸距离下,PDMS与去离子水质量比为6∶1时的多孔PDMS基底复合柔性互联导线具有稳定的离面变形变化量。结论 多孔PDMS基底复合柔性电子不仅具有良好的透气性,而且可以有效地增强金属互联层与柔性基底的粘连程度。本文所获得的PDMS与去离子水最佳掺杂质量比,可为制造高延展性多孔基底柔性电子器件提供参考。     

7075铝合金热压缩过程变形行为和载荷研究

采用MMS-300多功能材料试验机对7075铝合金在变形温度300-450℃、应变速率0．01～40s^-1下单道次压缩过程进行了实验研究,并根据其流变曲线对热压缩过程进行了数值模拟,分析了变形速度、温度和摩擦对变形栽荷的影响规律。结果表明：7075铝合金变形过程发生了动态再结晶,应力-应变曲线表现出波浪形,波动周期大致相同,振幅随着应变增加逐渐减小;变形速度较小时,变形速度增加,临界应变增加,变形速度增加到一定程度时临界应变反而降低。随着变形速率增加和变形温度降低,载荷增加,而摩擦对7075铝合金热压缩过程的栽荷影响不大;当变形速率增加到一定值时,载荷值对速度敏感度降低。     

搭接长度对CFRP单搭接胶接接头拉伸性能及破坏特征的影响

采用碳纤维增强复合材料(CFRP)基板制备不同搭接长度的单搭接胶接接头,并利用数字图像相关方法(DIC)、万能电子试验机等测试手段,对胶接接头失效载荷、断裂过程和应变场变化等进行表征,研究搭接长度对单搭接接头拉伸性能、断裂过程、应变分布以及破坏特征的影响.结果表明:随搭接长度增加,接头平均剪切强度先明显降低,后趋于稳定.拉伸过程中由偏心载荷所引起的接头次弯曲效应愈加显著,搭接区域端部变形程度逐渐增大,接头初始破坏位置由搭接区域端部中的一端向两端转变.接头正面和侧面端部的应变集中区域由非对称分布向对称分布过渡.接头受剥离力逐渐增大,层间主要失效形式由剪切向剥离破坏转变,接头破坏模式经历了由界面和轻微纤维撕裂到混合失效再到层间分层的过程.     

模具外角对高纯铝60°内角等通道转角挤压变形影响的有限元模拟

用有限元模拟方法研究无摩擦条件下不同外角Ψ(0,30,60,120°)对高纯铝60°内角等通道转角挤压变形的影响.结果表明:随着Ψ角增加,拐角缝隙减小而出口通道上部缝隙增大,与此同时.更大的Ψ角增加了试样前端向上弯曲的程度,导致出口通道底部缝隙增大;Ψ角变化对挤压稳态区上部的等效塑性应变影响较小,但对下部应变影响很大.挤压载荷随Ψ角增大而显著降低.     

非对称/非均衡复合材料层压板弯曲与扭转耦合变形试验方法

对几种铺层的非对称/非均衡层压板在纯弯载荷下的耦合变形进行了模拟分析, 并进行了板宽、 板厚等参数的影响分析, 在此基础上设计了一套四点弯曲柔性支持装置。采用该装置对两种铺层的非对称/非均衡层压板进行了柔性四点弯曲试验, 并与常规四点弯曲试验进行了对比。柔性四点弯曲装置对非对称/非均衡层压板施加弯曲载荷的同时没有限制试件的扭转变形, 而常规四点弯曲几乎完全限制了非对称/非均衡层压板的扭转变形。柔性四点弯曲加载装置基本上达到了设计要求, 可用于非对称/非均衡层压板弯-扭耦合系数的测试。      

湿热环境下含分层平面编织玻璃纤维/环氧树脂基复合材料层合板振动特性

该文研究了玻璃纤维编织复合材料制成的可收卷层板在大变形条件下的弯曲静力性能和疲劳性能。通过弯曲静力试验得到了试验件在大变形条件下的应变和位移的关系;通过有限元模拟静力试验并与试验结果对照,确定了疲劳试验的载荷;研究了在大变形条件下不同铺层层板的弯曲疲劳寿命及失效模式和相同铺层层板的疲劳寿命曲线。结果表明：复合材料层板在大变形弯曲时具有明显的非线性行为,且(±45°)铺层层板弯曲疲劳性能明显优于(0°/90°)铺层层板;在最小应变和最大应变比不变的情况下,相同铺层层板的弯曲最大应变和对数疲劳寿命之间存在线性关系。     

可收卷复合材料层板大变形弯曲性能研究

该文研究了玻璃纤维编织复合材料制成的可收卷层板在大变形条件下的弯曲静力性能和疲劳性能。通过弯曲静力试验得到了试验件在大变形条件下的应变和位移的关系;通过有限元模拟静力试验并与试验结果对照,确定了疲劳试验的载荷;研究了在大变形条件下不同铺层层板的弯曲疲劳寿命及失效模式和相同铺层层板的疲劳寿命曲线。结果表明:复合材料层板在大变形弯曲时具有明显的非线性行为,且(±45°)铺层层板弯曲疲劳性能明显优于(0°/90°)铺层层板;在最小应变和最大应变比不变的情况下,相同铺层层板的弯曲最大应变和对数疲劳寿命之间存在线性关系。     

模具外角对高纯铝60°内角等通道转角挤压变形影响的有限元模拟

用有限元模拟方法研究无摩擦条件下不同外角ψ（0,30,60,120°）对高纯铝60°内角等通道转角挤压变形的影响。结果表明：随着ψ角增加,拐角缝隙减小而出口通道上部缝隙增大,与此同时,更大的ψ角增加了试样前端向上弯曲的程度,导致出口通道底部缝隙增大;ψ角变化对挤压稳态区上部的等效塑性应变影响较小,但对下部应变影响很大。挤压载荷随ψ角增大而显著降低。     

三维机织复合材料预制体经密与弯曲性能的有限元分析

借助绘图软件PRO/E构建出不同经密的三维浅交弯联机织复合材料结构模型。使用有限元分析软件ANSYS对构建出的复合材料三维模型在位移为1mm的弯曲载荷作用下复合材料的弯曲力学性能进行模拟,并分别对纤维、树脂的应力、应变分布进行模拟,分析其弯曲破坏机理。并通过定性实验,得到了与模拟结果相同的结论,验证了模拟结果的准确性。结果表明:在1mm的弯曲载荷作用下经密为4根/cm的复合材料弯曲性能优于经密为3根/cm的复合材料;复合材料与弯曲试样接触的位置更容易发生破坏;该复合材料模型在1mm的弯曲载荷作用下破坏模式主要为树脂的破碎、纤维与树脂间的脱粘。     

超高强冷轧双相钢DP1000高应变速率下的拉伸性能

使用CMT4105型电子万能试验机和霍普金森拉杆（SHTB）装置研究了超高强冷轧双相钢DP1000在室温下的准静态和动态拉伸力学性能。结果表明:应变速率范围在0.0001—2250 s^-1,DP1000双相钢具有明显的应变速率敏感性,表现出较强的应变速率增强效应,强度随着应变速率的增加而增加;Johnson-Cook模型能够在一定程度上描述DP1000双相钢在高应变速率下变形行为,但由于应变速率敏感性在高应变速率下吻合程度较差;对Johnson-Cook模型的应变速率效应多项式进行二次化修正后,模型能很好地描述DP1000双相钢在高应变速率下的变形行为,平均可决系数从0.9434提高到0.9850。     

柔性壳聚糖抗菌膜的制备及性能研究

目的获得具有优异柔性与抗菌活性的壳聚糖复合膜。方法以明胶为增强聚合物,甘油为增塑剂,采用流延成型法构筑柔性壳聚糖薄膜,并通过浸泡硝酸铜/氢氧化钠溶液原位负载纳米氧化铜,以提高薄膜的抗菌性。研究壳聚糖同明胶的质量比及甘油添加量对复合膜力学性能的影响,考察硝酸铜浓度对复合膜水蒸气透过率、透光率、抗菌性的影响。通过红外光谱(FT-IR)和X-射线衍射(XRD)对薄膜结构进行表征。结果当壳聚糖与明胶的质量比为5∶5,甘油质量分数为20%时,复合膜拉伸强度为(3.23±0.31)MPa,断裂伸长率为(159.88±4.14)%。增加硝酸铜浓度,壳聚糖/明胶/氧化铜复合膜的水蒸气透过率先降低后增加,透光率逐渐降低,对金黄色葡萄球菌与大肠杆菌的抗菌活性逐渐增强。当硝酸铜浓度为0.05 mol/L时,复合膜的最佳水蒸气透过率为(30.60±4.02)g·mm/(m2·s·kPa),最佳透光率为(72.61±8.13)%;当硝酸铜浓度为0.25 mol/L时,复合膜对大肠杆菌的最大抑菌圈直径为(27.0±3.0)mm;当硝酸铜浓度为0.30mol/L时,复合膜对金黄色葡萄球菌的最大抑菌圈直径为(26.1±3.1)mm。结论制备得到的壳聚糖/明胶复合膜具有优异的柔性和抗菌活性,在食品包装保鲜领域具有潜在的应用前景。     

基于纤维解离水曲柳压缩解离特征与能量耗散机制研究

目的 以水曲柳为研究对象,研究高应变率压缩载荷作用下水曲柳试件的解离特征和能量耗散机制。方法 利用压缩加载试验分析应变率、加载方向对受载水曲柳的形态特征影响和动力学特性,并利用弹塑性基本原理分析其受压解离的能量耗散机制。结果 解离后径向加载试件主要呈火柴棍状,弦向加载试件主要呈片状,轴向加载试件主要呈不规则块状,试件的解离程度随应变率的增大而增大;当应变率在400~1 000 s⁻¹时,水曲柳试件的应力-应变曲线由弹性阶段和屈服后弱线性强化阶段两部分组成;水曲柳试件的屈服强度随应变率的增大而增大,当应变率从400 s⁻¹增加到1 000 s⁻¹时,径向、弦向和轴向加载试件的屈服强度分别增加了0.45倍、1.34倍和0.71倍;木材原料沿径、弦向解离时主要依靠木材细胞的压缩变形来耗散能量,沿轴向解离时主要依靠木材细胞纵向结构的弯曲来耗散能量。结论 弦向最易解离,轴向最难解离;水曲柳是一种应变率敏感材料;木材原料径、弦向解离主要依靠压缩变形来耗散能量,轴向解离主要依靠弯曲变形来耗散能量,木材原料解离能够耗散能量的多少主要受加载方向、木材细胞的结构尺寸和力学性能的影响。     

聚氨酯/环氧树脂互穿网络硬泡的静态压缩行为

采用同步法合成了聚氨酯/环氧树脂互穿聚合物网络硬泡。为了研究聚氨酯/环氧树脂互穿网络聚合物(PU/ERIPN)硬泡对压缩载荷的响应及变形机理,对IPN硬泡进行了应变率在1.67×10-4s-1~1.67×10-2s-1范围内的静态压缩试验。研究表明,PU/ER IPN硬泡的压缩行为表现出明显的各向异性和应变率效应。平行发泡方向上的应力-应变曲线表现出三个变形阶段:即弹性阶段,"平台"阶段和"硬化"密实阶段,其平台阶段的显著特征是应变软化和局部变形。讨论了IPN硬泡的压缩力学本构关系。     

航空发动机用聚四氟乙烯软管内压载荷下振动特性的研究

为了分析用于航空发动机管路系统中的柔性软管的振动特性,搭建了激励振动试验台,采用锤击法测量七种规格聚四氟乙烯软管在空载条件和充液加压条件下的自由震荡衰减曲线,得到固有频率和阻尼比,以及测量了软管在不同压力载荷下的轴向应变和周向应变,得出软管应变分布随着压力载荷变化的规律。结果表明：充液加压工况下软管固有频率远小于空管的固有频率,在最大工作压力范围内,随着压力增加,固有频率仅小幅度增加,因此在对发动机管路系统进行调频时,应主要考虑管路介质因素而可以忽略压力的影响。随压力载荷增加,软管应变呈现非线性变化,沿管长方向分布比较均匀且以轴向拉应变为主,拉应力引起的弯曲刚度增强,导致固有频率下降。     

静载荷和疲劳载荷作用下 C/Al 正交层压板的力学响应

本文讨论静载荷及疲劳载荷作用下 C/Al 正交层压板的力学响应,并考虑损伤过程中的临界现象,以此作为结构设计准则的基础。对静载荷作用的情况:(1)90°铺层的门槛应变ε_(FPF)随着约束程度增加而增加,而且开裂后的行为也受约束程度的影响。(2)经历加载-卸载再重新加载至断裂的过程后,初始试样存在一个剩余永久变形,其损伤状态可以用刚度的变化来表征;而疲劳试样在加载-卸载过程中刚度变化很小,反映其损伤达到一个稳定的状态。对疲劳载荷作用的情况:(1)对于给定的应力比 R,试样会趋于与它所承受的 S_(max)最大值相应的 SDS 状态。循环应力范围的不断增大,会引起基体损伤的增加,从而重新建立新的饱和损伤状态。(2)对于每一损伤状态均有一对应的循环应变范围 Δε。在 SDS 状态下,Δε保持不变。(3)以刚度下降为损伤参数对 C/Al 层压板进行了降级应力分析,并由此来预计在ΔS_(sh)以下,层压板不会发生疲劳损伤累积。     

钛合金多向锻造数值模拟

目的研究TC4钛合金在多向锻造过程中的变形行为。方法基于Deform-3D模拟软件平台,对钛合金的多向锻造变形过程进行有限元模拟分析,研究不同工艺参数(锻造温度、锻造速度、锻造工步)下合金最大主应力、等效应变和载荷最大值的变化规律。结果多向锻造的每工步锻造为典型的镦粗过程,坯料中心部位一直受压应力作用,鼓肚处则出现最大拉应力。随着锻造温度的升高和锻造速度的减小,最大压应力和拉应力均减小,多工步锻造之后合金主应力场分布更加均匀。随着锻造工步的增加,坯料等效应变增大且中心大变形区域体积分数增加。最大载荷随锻造温度的升高和锻造速度的降低而减小,相同参数下不同锻造工步的载荷最大值变化不大。结论锻造温度、锻造速度、锻造工步对TC4钛合金多向锻造变形行为有显著的影响,适当选择多向锻造工艺参数,可以降低载荷并获得均匀性较好的坯料。     

定向刨花板在三点弯曲不同加载速度下的力学行为

目的 科学评价定向刨花板的力学性能。方法 基于GB/T 17657—2013使用三点弯曲方法,在5种加载速度条件下检测定向刨花板试件的力学性能,并使用数字散斑应变测量分析系统（DIC）同步记录试样面内应变分布。结果 基于研究选取的加载速度,发现加载速度的增加虽可在一定程度上提高弹性模量和最大载荷测量值,但影响并不明显。定向刨花板固有力学性能的变异性明显大于加载速度对力学性能的影响。结论 当加载时间大于或小于国标规定的时间（60±30）s时,最大载荷条件下试样的最大位移变异性增加。定向刨花板试样内的应变分布并不完全符合经典的梁弯曲理论和层合板理论。     

基于Burgers模型对缓冲材料EPE压缩蠕变行为的分析

目的 为解决缓冲材料发泡聚乙烯因蠕变引起保护失效的问题,基于Burgers模型,分析载荷、应力保持时间对EPE压缩蠕变行为的影响。方法 根据不同应力下的不同保持时长压缩蠕变试验结果,拟合EPE不同应力下的压缩蠕变试验数据,分析不同应力、应力保持时间下的EPE蠕变过程中蠕变总量、弹性应变、黏弹性应变和黏性应变的变化规律。结果 Burgers四元件力学模型对EPE不同应力下的压缩蠕变实验数据拟合度为0.992 4～0.998 9。在同一应力保持时间下,随着应力从3.3 kPa增加到5.3 kPa,弹性模量E₁、弹性模量E₂、黏度系数η₂、黏度系数η1都逐渐减小,蠕变总量、黏性应变呈非线性显著增加,弹性应变、粘弹性应变呈线性微量增加;在同一应力下,随着应力保持时间从20 d增加到120 d,弹性应变一直保持不变,占蠕变总量的比例降低,粘弹性应变先微量增加后保持不变,占蠕变总量的比例降低,黏性应变增加,占蠕变总量的比例增加。结论 Burgers模型可较准确地模拟EPE不稳定蠕变阶段和稳定蠕变阶段的压缩蠕变行为;应力的增加导致EP...     

细菌纤维素/碳纳米管柔性纳米复合膜的制备及其导电性能研究

以细菌培养生成的细菌纤维素(BC)为基材,碳纳米管(CNTs)为导电填充物,通过简单的物理吸附法制备出了BC/CNTs纳米复合膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TG)和四探针测试仪(FPT)对其形貌、结构、热学以及导电性能进行了表征。结果表明:CNTs均匀负载在BC膜上,CNTs的掺入使BC膜的热学性能得到很大改善;同时制备出的柔性纳米复合膜在不同弯曲角度下均具有很好的导电性能,导电率为0.32±0.003S/cm,且性能稳定。这表明合成的纳米复合膜可作为柔性基材在生物传感器、超级电容器及其锂电材料等领域得到很好应用。     

纤维类别对三维浅交弯联复合材料弯曲性能影响的数值模拟

借助绘图软件PRO/E建立一种三层三维浅交弯联机织复合材料结构细观模型,并借助大型有限元软件ANSYS对该复合材料的弯曲力学性能进行模拟分析。分别将纤维材料定义为玻璃纤维和碳纤维,树脂基体定义为环氧树脂E51。对比在1kN的弯曲载荷作用下,两种不同类别纤维作为增强体时的复合材料、纤维增强体和树脂基体的应力、应变分布情况,预测复合材料的破坏形式,并与实验结果定性对比。结果表明,玻纤作为增强体时比碳纤维表现出更大的弯曲应力和弯曲应变,更容易发生破坏;1kN弯曲载荷作用下复合材料的破坏形式主要为纤维增强体的变形,树脂基体的碎裂以及纤维增强体和树脂基体间的脱粘。