骨组织工程支架材料及其力学性能

骨组织工程的研究是组织工程最为活跃的领域之一,如何制备理想的骨支架材料是当前的一个研究热点.通过人们的努力,目前已有多种骨组织工程支架材料问世.综述了各类骨组织工程支架材料的优缺点,对比了它们的力学性能,并对骨组织工程的前景进行了展望.     

有机纤维与聚合物复掺改性水泥砂浆力学性能研究

要 在固定水灰比为0.35条件下,分别研究了聚酯纤维、聚合物丁苯乳液单掺与复掺时对水泥混凝土抗压抗折强度、折压比的影响.结果表明:单掺聚酯纤维在一定掺量下可以不同程度地提高水泥砂浆的抗压抗折强度,折压比随着聚酯纤维含量的增加呈先减小后增加的趋势;单掺聚合物乳液降低了水泥砂浆的抗压强度,而折压比则随聚合物乳液掺量增加呈现逐步变大的趋势;聚酯纤维与聚合物乳液复掺时,聚合物乳液的掺入使聚酯纤维混凝土的抗压强度出现小幅降低,增强了其抗折强度,提高了其折压比,当纤维体积掺量为0.1％、聚灰比为15％时,聚酯纤维聚合物水泥混凝土的柔性最大;纤维-聚合物复掺能够使其性能得到进一步改善,效果优于两者的单掺效果.并通过扫描电镜探讨了聚酯纤维与聚合物乳液在水泥砂浆中的作用机理,表明两者复掺有效填充了水泥基材料内部的宏观与微观缺陷,提高了界面过渡区的密实程度.     

碳纳米管力学性能分析的分子结构有限元模型

基于分子结构力学理论,将C—C共价键等效比拟为空间梁单元,利用ANSYS的二次开发工具APDL语言编程创建能够恰当模拟碳纳米管原子间相互作用势的分子结构有限元模型,应用该模型详细研究碳纳米管在简单拉伸和纯扭转时的力学性能及其尺度效应,即手性角和管径变化对碳纳米管杨氏模量、泊松比和剪切模量的定量影响。计算结果表明,杨氏模量和剪切模量与大部分相关文献的结果吻合,但泊松比的数值结果和尺度依赖性规律在国内外文献中尚未获得统一观点,且在弹性模量、泊松比和剪切模量之间未发现明确的定量关系。     

三维多向编织复合材料宏细观力学性能有限元分析研究进展

三维多向编织复合材料综合力学性能优异,有望在航空航天领域作为主承力结构而得到广泛应用。有限元分析(FEA)方法是三维多向编织复合材料宏细观力学性能研究最为经济和有效的分析手段。从细观结构模型、刚度强度性能预测及界面性能分析等方面评述了细观有限元法的研究进展;从接头结构承载性能分析和冲击性能模拟等方面介绍了宏观有限元法的研究概况;分析了目前研究中存在的主要问题并对后续的研究工作进行了展望,为研究者了解该领域的研究现状和发展趋势提供了有价值的参考。     

SiC颗粒整形对高体分铝基复合材料力学性能的影响及有限元模拟

采用流化床气流磨法对平均粒径为65μm的国产磨料级碳化硅(SiC)颗粒进行整形,然后采用无压浸渗法制备高体分SiC_p/Al复合材料,研究颗粒整形对复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:经整形处理的SiC颗粒更趋近于球形,平均粒度降至52μm,堆积密度由1. 577 g/cm~3提升至1. 846 g/cm~3,复合材料中SiC颗粒体积分数从53. 27%提升至61. 09%,这是复合材料力学性能提升的主要原因。相应地,材料抗弯强度从376 MPa提升至431 MPa,弹性模量从196 GPa提升至219 GPa,材料抵抗微小变形的能力更强。有限元分析结果表明,整形态复合材料在受力过程中应力和应变分布更均匀,局部应力集中现象不显著。     

有机改性蒙脱土的制备及其对聚乙烯-聚苯乙烯相态和力学性能的影响

利用Gemini表面活性剂对蒙脱土进行插层改性制备得到有机改性蒙脱土（OMMT）,采用溶液混合法制备了OMMT/聚苯乙烯（PS）母料,将OMMT/PS母料与聚乙烯（PE）熔融共混制备得到OMMT/PS-PE复合材料。研究了蒙脱土的插层改性对OMMT/PS-PE复合材料相形态和力学性能的影响。对OMMT进行FTIR、XRD、TG表征,结果表明Gemini表面活性剂成功插层进入蒙脱土层间。通过SEM和电子万能试验机研究了OMMT/PS-PE复合材料相结构、分散相粒径的及相态与力学性能之间的关系。结果表明,随着OMMT含量的增加,PS分散相的粒径逐渐减小;当OMMT含量为2.5wt%时,OMMT/PS-PE复合材料的相形态由“海-岛”转变为双连续结构。与未添加OMMT的PE-PS树脂相比,OMMT/PS-PE复合材料弯曲模量和断裂伸长率显著提高,分别提高了约18%和近50倍。      

基于细观有限元方法的复合材料横向力学性能分析

横向断裂是制约复合材料结构设计的关键点,传统细观模型因为不能充分考虑组分性能、体积分数和纤维形状及分布情况而不能有效预测材料横向力学性能。采用改进的随机序列吸收算法建立具有随机纤维分布的复合材料代表性体积单胞模型,考虑基体破坏和界面脱粘两种失效模式和固化过程中产生的残余应力,对模型在横向拉、压、剪3种载荷下的力学行为进行仿真计算。分析了不同界面强度对复合材料力学性能的影响规律。仿真结果与实验数据对比表明:横向模量预测误差在7%以内,压缩和剪切的强度误差在8%以内,结果一致性较好,表明该模型能够有效预测复合材料横向力学性能。     

析出相对锆基非晶复合材料组织和力学性能的影响

利用铜模吸铸法制备(Zr0.72Cu0.28)100-xAlx(x=0,2,4,6,8,10,12和14)合金棒状试样,研究了合金的非晶形成能力和析出相与力学性能之间的关系。结果表明,随着Al含量增加,非晶形成能力提高;析出相体积分数和尺寸减小,分布更加均匀;综合力学性能逐渐提高,x=12时抗压强度和塑性应变均达到最高值,分别为1 773MPa和7.45%。     

核壳网络结构钛氮合金力学性能有限元模拟

利用有限元软件ABAQUS建立不同核壳占比的二维模型,采用von-Mises屈服准则来描述核壳网络结构钛氮合金材料的屈服行为,进而对不同核壳占比的核壳网络结构材料进行拉伸和压缩应力-应变曲线模拟。结果表明拉伸和压缩所得到的应力应变曲线图一样。随着核半径从1 mm增加到3 mm(相当于核的百分比),核壳网络结构材料的屈服强度增大。当应变率为3%时,核壳网络结构材料发生屈服现象,从而进入塑性阶段。     

起圈织物增强层合板层间力学性能有限元分析与实验研究

建立了一种起圈织物增强层合板的平拉单胞模型,通过有限元计算预测其平拉强度。研究起圈织物增强层合板的复合成型工艺,制作了符合要求的实验件。对该种材料的短梁剪切、平拉、双面剪切性能进行了实验研究,获得了该材料主要层间力学性能参数,并与传统复合材料层合板的力学性能进行了对比,得出了一些有益的结论,为该材料的性能分析和结构优化奠定了基础。     

自修复微胶囊复合材料的制备及力学性能研究

为了提高树脂基复合材料的使用寿命,以脲醛树脂为壁材,双环戊二烯为囊芯,通过原位聚合法制备了内含修复液的微胶囊,探讨了反应过程中脲醛量比及乳化剂用量等对微胶囊表面形貌和结构的影响.通过优化工艺条件制备出表面致密的微胶囊,并将微胶囊埋植在环氧树脂基体中制备复合材料.采用扫描电镜对胶囊进行形貌表征,运用快速傅里叶变换红外光谱...     

基于有限元法的缓冲材料力学性能分析

目的基于有限元法对发泡聚乙烯(EPE)缓冲包装材料的力学性能进行分析。方法基于有限元法研究缓冲材料的厚度、压板的施压速度对EPE缓冲包装材料的应力分布及应力应变曲线的变化情况。结果随着缓冲材料厚度的增加,最大应力从1.646 kPa逐渐减小到0.624 kPa,材料屈服点的应力从41.700 Pa逐渐降低到14.727 Pa。随着施压速度的增加,压板与EPE接触边缘的最大应力由1.646 kPa逐渐增大到8.617 kPa,应力上升开始点的应力从23.497 Pa逐渐增大到144.978 Pa。结论应力主要分布在压板与缓冲材料接触边缘。随着缓冲材料厚度的增加,最大应力逐渐减小。随着施压速度的增加,压板与EPE接触边缘最大应力逐渐增大,且EPE缓冲材料内部受力区域逐渐增大。     

基于ANSYS的新型瓦楞纸板结构的有限元分析

借助有限元分析软件ANYSYS10.0,对传统V型瓦楞纸板在静定载荷作用下的力学性能进行了数值模拟,结合U型、UV型瓦楞芯纸结构,设计了O型和不倒翁型两种新型瓦楞芯纸结构,并对所有5种结构纸板的力学性能进行了对比模拟实验。结果表明:V型纸板具有很好的抗压性能,且抗压强度与V形夹角有关;不倒翁型结构瓦楞纸板同时具有良好的抗静压强度和抗冲击性能;各种纸板应力较大区域都集中在各层的粘接处,表现为纸板的应力集中点。     

复合材料π接头拉伸力学性能的试验和计算研究

采用试验和数值模拟的方法对整体化复合材料π接头在拉伸载荷作用下的力学特性进行研究.在Instron 8803电液伺服材料试验机上进行了π接头试验件的拉伸试验,记录试验过程中损伤产生及破坏过程,记录初始失效载荷和最终失效载荷.试验结果表明,填料是π接头破坏的关键部位,需要进行深入研究.提出了复合材料π接头力学性能数值模拟的基本假设和方法,基于通用有限元商用软件,建立π接头三维力学分析模型,获得π接头各部位应力分布情况;基于基本假设,对最大应力失效准则进行修正,并给出π接头各部位损伤载荷的预测值.计算预测π接头的初始损伤部位与试验吻合,初始失效载荷计算值与5个试件试验数据均值相比误差为0.53%,表明了数值分析方法的可行性.     

复合材料π接头拉伸力学性能的试验和计算研究

采用试验和数值模拟的方法对整体化复合材料π接头在拉伸载荷作用下的力学特性进行研究。在Instron 8803电液伺服材料试验机上进行了π接头试验件的拉伸试验,记录试验过程中损伤产生及破坏过程,记录初始失效载荷和最终失效载荷。试验结果表明,填料是π接头破坏的关键部位,需要进行深入研究。提出了复合材料π接头力学性能数值模拟的基本假设和方法,基于通用有限元商用软件,建立π接头三维力学分析模型,获得π接头各部位应力分布情况;基于基本假设,对最大应力失效准则进行修正,并给出π接头各部位损伤载荷的预测值。计算预测π接头的初始损伤部位与试验吻合,初始失效载荷计算值与5个试件试验数据均值相比误差为0.53%,表明了数值分析方法的可行性。     

三维五向编织复合材料的力学性能分析Ⅱ:细观应力数值模拟

在实验观察的基础上, 考虑轴纱的挤压变形及纱线填充因子变化, 修正了现有的细观结构模型, 建立了更加真实反映三维五向编织复合材料内部编织结构的单胞模型。利用该模型采用3D 有限元法计算了材料的轴向弹性模量, 数值预测与实验数据吻合较好。分析了单胞在拉伸载荷作用下的细观应力分布, 为材料进一步的强度预测奠定了基础。      

复合材料层合板开口翻边补强试验和数值研究

对复合材料开口补强层合板进行压缩试验研究。对复合材料开口非补强和开口补强层合板建立有限元模型,采用三维8节点厚壳单元 ( S8R),分别利用非线性分析和线性分析方法对复合材料的应力-应变响应进行模拟。通过试验数据与数值结果对比发现,几何非线性分析方法较线弹性分析方法能更好地符合试验结果。通过编制材料子程序 (UMAT) 来预测材料的损伤萌生和扩展,预测的应力-应变响应、损伤扩展、失效强度基本与试验结果一致。      

非贯通球形空腔型轻质仿生结构的设计及其力学性能

为设计并开发轻量型仿生复合材料,分析了东方龙虱鞘翅断面的微观结构,发现龙虱鞘翅的内部空腔结构为非贯通球形空腔。受龙虱鞘翅独特结构的启发设计了一种轻质仿生结构,球形空腔以正六边形的形式分布于该结构内部。为考察该仿生结构的力学特性,引入了两种常见的中空结构,并借助有限元分析软件ANSYS分别对该仿生结构和其他两种常见的中空结构的压缩、拉伸及弯曲性能进行了有限元分析和对比研究。结果表明:该仿生结构较其他两种常见的中空结构具有更强的抗压能力、抗拉能力及更高的屈服强度,力学性能优异。该仿生结构在材料结构方面为研制新型仿生复合材料提供了仿生学参考。     

蜂窝纸板和蜂窝纸托盘的性能研究进展

简述了蜂窝纸板和蜂窝纸托盘的性能研究现状.通过对已有研究的分析,发现目前对于蜂窝纸板的性能研究主要集中在纸板的性能指标、静态和动态特性、理论建模和有限元建模分析等方面,而对于蜂窝纸托盘的研究主要集中在力学性能和结构优化等方面.但已有研究缺乏从现实环境考虑的一些动力学方面影响因素的测试和分析,为提高蜂窝纸板和蜂窝纸托盘的实际应用,这将是以后对蜂窝纸板和蜂窝纸托盘研究的重点和难点.