熔融沉积PLA材料动态力学行为及本构模型研究

为分析低、高应变率下增材制造熔融沉积材料聚乳酸（PLA）的静、动态力学性能，利用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）实验装置分别对3种打印速度（40、80、120 mm/s）的PLA材料进行加载应变率为0.000 5、1 000、1 500、2 000 s^-1的静、动态力学性能测试，并观测了试样表面微观形貌。结果表明，PLA材料的弹性模量、屈服应力随应变率的增加而显著增加；微观形貌分析发现，打印速度为80 mm/s的材料缺陷较少，相同应变率下，该打印速度材料的弹性模量和屈服应力明显高于40 mm/s和120 mm/s 2种打印速度材料；静态载荷下，PLA材料会出现明显的弹性和塑性阶段，且塑性段呈现出了应变软化现象；动态载荷下，PLA材料具有显著的黏弹性特征，选取朱-王-唐（ZWT）模型建立了材料的黏弹性本构，该本构模型拟合曲线与实验曲线吻合较好。     

湿筛混凝土动态受压力学性能及破坏形态细观数值模拟

湿筛混凝土通常用来代替由于骨料粒径较大而不便开展物理试验的水工全级配混凝土。为了研究加载速率对湿筛混凝土力学性能及破坏形态的影响,从细观角度出发,运用颗粒流离散元软件PFC^2D建立湿筛二级配混凝土细观数值试件,根据拟静态单轴压缩(应变速率10^-5 s^-1)试验数据标定出数值试件中砂浆颗粒之间、粗骨料颗粒之间及砂浆颗粒与粗骨料颗粒接触面之间的细观参数,进而开展应变速率为10^-4 s^-1、10^-3 s^-1、10^-2s^-1的动态加载并进行动态力学性能及破坏形态的数值模拟和机理分析。结果表明,不同应变速率下试件的应力-应变曲线形状相近,峰值应力随着应变速率的增加而增大,增长率为7.3%～37.9%,峰值应力处应变增大幅度不大。试件破坏形态与物理试验现象吻合较好,随着应变速率的增加,裂缝数量不断增加,裂缝分布趋于均匀,裂缝数量增长率平均为峰值应力增长率的4.2倍。此外,随着应变速率的增加,数值试件内部的颗粒接触力的不均匀程度有所降低,这表明动态强度的增长与混凝土内部受力的不均匀程度有关。     

基于数字图像相关法的熔融沉积聚乳酸材料动态力学性能测试

为研究熔融沉积聚乳酸（PLA）材料动态的力学性能,利用分离式霍普金森压杆（SHPB）装置对PLA材料进行了加载应变率分别为880、1 230、1 650、2 230 s^-1的动态压缩实验,通过高帧率图像采集设备获得了不同应变率下PLA材料的变形图像,结合数字图像相关（DIC）法分析得到PLA试样表面沿加载方向的应变场,并对应变率进行了分析。结果表明,熔融沉积PLA材料在动态载荷作用下的变形过程存在弹性阶段、塑性阶段和卸载阶段;随着应变率的增加,PLA材料在塑性阶段出现了显著的塑性流动区域;PLA材料的压缩强度和最大应变均随应变率增大而增大;利用DIC法测得在整个动态冲击实验过程中,应变在试样中分布基本均匀,应变范围随应变率增大而增大,应变率在整个加载过程中基本保持恒定;DIC法测得的应变与SHPB实验基本一致,应变率误差均小于3 %,表明本研究使用的DIC法能够应用于SHPB实验。     

套筒接杆护套小总成3D打印工艺的研究

动力工具通常带有套筒和接杆,为避免操作工在紧固操作过程中直接接触旋转的套筒和接杆,设计了既安全又便于安装的热塑性聚氨酯（TPU）套筒接杆护套小总成。针对套筒接杆护套小总成,运用SolidWorks和Teamcenter软件进行3D建模与整车环境虚拟评估;利用3D打印技术制备TPU试样,通过正交试验方法分析打印工艺参数对试样硬度和拉伸性能的影响,得到了较为理想的套筒接杆护套小总成3D打印工艺参数组合：打印层高　0.2 mm,壁厚　1.2 mm,打印温度　220 ℃,打印速度　35 mm·s^-1。在该优化工艺条件下打印的套筒接杆护套小总成满足使用要求。     

平纹机织玄武岩纤维/环氧树脂复合材料冲击拉伸行为

以常规机织工艺生产织物增强体,以真空辅助树脂转移模塑法(VARTM)制备成型复合材料,研究单层平纹玄武岩长丝增强环氧树脂复合材料在准静态和高应变率加载下的拉伸性能。准静态和高应变率拉伸试验分别在MTS-810.23试验仪和分离式霍普金森拉杆(SHTB)测试系统上完成。试验结果表明该材料的力学性能具有应变率依赖性:随着应变速率的增加,拉伸模量和拉伸强度单调增加,失效应变单调减小,弹性能先增加后减小。材料的失效破坏特征也呈现明显的应变率效应:准静态拉伸时,材料断口整齐,树脂的破碎少,几乎没有纤维的抽拔和经纬向纤维束间的滑移;高应变率拉伸时,材料断口参差错乱,树脂完全破碎,纤维束抽拔严重、相互崩裂和滑移,织物增强体结构的整体性破坏严重。     

打印温度对3D打印用黄芪药渣/聚乳酸材料性能的影响

为了探究黄芪药渣/聚乳酸(APS/PLA)材料3D打印过程中打印温度参数对产品性能的影响,以熔融挤出法制备了黄芪药渣/聚乳酸复合材料(APS/PLA-CM)线材,采用熔融沉积成型(FDM)-3D打印工艺打印试样,研究了打印温度对复合材料力学性能及热性能的影响。通过力学测试及扫描电子显微镜(SEM)观察层间结合情况发现:较高的打印温度可以使材料内部层与层间结合得更加紧密,试样具有更好的力学性能。220℃下打印的试样弯曲强度较200℃、210℃的试样分别高出19.3%和25.4%;拉伸强度分别高出25.5%和34.9%。此外,通过对试样进行热重分析,发现打印温度对试样的热性能具有一定影响,220℃下打印的试样热性能相较200℃、210℃的试样得到了一定的改善。     

淀粉/PP基发泡包装材料静态缓冲性能分析

以淀粉/聚丙烯(PP)基发泡缓冲包装材料为研究对象，通过静态压缩试验得到材料的应力-应变曲线和能量吸收图，研究了初始应变率和湿度对该材料静态压缩缓冲性能的影响，构建了基于初始应变率和相对湿度的静态压缩本构模型。结果表明，当静态压缩时，材料的应变率效应较显著。该材料的应力和能量吸收随着初始应变率的增大而增大。当相对湿度为50%,应变为0.6时，随着初始应变率由0.002 s^-1增大至0.01、0.017、0.033、0.05 s^-1,材料的应力分别增大了5.4%、12.51%、20.97%、26.3%,能量吸收分别增大了0.69%、7.18%、12.27%和19.21%。湿度对该材料的影响较大，该材料静态压缩力学性能随着相对湿度的增大显著降低，当初始应变率为0.017 s^-1,应变为0.6时，随着相对湿度由50%增大至70%、80%、90%,该材料的应力分别下降了7.26%、19.39%和39.42%,能量吸收分别下降了17.93%、25.7%和43.84%。另外，构建了基于初始应变率和湿度的淀粉/PP基发泡材料的静态压缩...     

热变形条件下42CrMo合金材料流动应力本构方程研究

本文利用Gleeble-1500型热模拟机研究了850℃至1 150℃变形温度和0.01 s^-1至50 s^-1应变率条件下42CrMo合金材料的热变形行为。试验结果表明：在低应变条件下真应力—应变曲线达到峰值应力，随后随应变增加到高应变，流动应力持续降低，出现了一种动态流软化现象。应力水平随着变形温度和速率的增加而降低，可以指数方程的Zener-Hollomon参数为例。本文提出以应变补偿方式描述高温下42CrMo合金材料流动应力，应变速率和应变温度关系的修正模型。42CrMo合金应力—应变关系的预测结果与实验结果吻合较好。     

混凝土材料的拉伸强度应变率的强化效应试验

使用超高速摄像机测试法对试件破坏过程进行全面观察,采用加载方式开展劈裂试验。在精确控制层裂发生时间和位置的基础上,提高混凝土材料拉伸强度的可靠性和稳定性。结果表明：采用DIC方法,在动态劈裂试验中,获得的临界应变率达到了10 s^-1;在层裂试验中,获得的层裂拉伸强度应变率达到了10～100 s^-1;在线性拟合法下,斜率较劈裂试验结果较高,混凝土拉伸强度所对应的增强因子超过5。     

聚氨酯涂层加固混凝土梁的力学性能研究

通过对混凝土试件进行试验研究,在应变率为0.000 3 s^-1和0.065 s^-1的加载条件下进行三点弯曲试验,模拟静态荷载和冲击荷载,评估聚氨酯(PU)涂层在静态荷载和冲击荷载作用下增强混凝土试件力学响应的有效性。结果表明,PU涂层(在混凝土试件的正面或反面)的应用对提高混凝土结构的延性具有积极作用,最大应变和累积应变能随着PU涂层厚度的增加近似线性增加,反面涂覆的方法在静态荷载作用下对混凝土结构的加固效率更高,采用正面涂覆的方法可增强混凝土结构的抗冲击性,通过增加涂层厚度能有效提高加固能力。PU涂层在试件的最终破坏过程中不会脱胶,这意味着材料具有良好的附着力,能有效减弱试件的破碎效应。     

Improving Properties of Dynamic Vulcanized Polyurethane and Silicone Rubber Elastomer through Controlling Interphase Layer

In this work, a new kind of compatibilizer was prepared through the reaction between hyperbranched polyurethane and isocyanate-modified silicone oil and its application in the dynamic vulcanized polyurethane and silicone rubber elastomer was investigated. Compared with that of dynamic vulcanized thermoplastic polyurethane (TPU)/silicone rubber elastomer without compatibilizer, the introduction of 3% silicone-modified hyperbranched polyurethane lead to the increase in tensile strength from 8.1 to 13.9?MPa and the tear strength from 56.2 to 75.2 kN/m. The introduction of silicone-modified hyperbranched polyurethane as an interphase layer controller leads to the improvement in properties of TPU/silicone rubber elastomer.     

不同紫外波长对热塑性淀粉塑料表面的光交联改性研究

为有效提高热塑性淀粉塑料（TPS）的力学和耐水性能，本文提出用不同波长的紫外光照的方法来实现TPS表面的光交联改性。将光引发剂2,4,6?三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦（TPO）的乙醇溶液涂覆于TPS表面后进行紫外光照射，研究了不同紫外光波长（254、308、365 nm）对TPS交联度、力学性能、动态力学性能、耐水性和吸湿性的影响。结果表明，与254 nm和365 nm紫外光照后的样品相比，308 nm光照后TPS样品的拉伸、弯曲和冲击强度最大，分别为4.1 MPa，2.7 MPa和96.8 kJ/m²;TPS中淀粉富集区的玻璃化转变温度（T_α）、甘油富集区的玻璃化转变温度（T_β）分别达最高为-37.48 ℃和50.32 ℃，表面接触角最大为75 °，吸水性能也得到显著改善，交联度结果证实此时形成了最佳的交联结构。     

低温下泡沫混凝土的动态力学性能

为了研究低温下泡沫混凝土的动态力学性能,采用φ100 mm的铝制分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对不同温度下泡沫混凝土试件进行冲击压缩试验,得到了不同温度、应变率下的泡沫混凝土的应力应变曲线、能量参数、破碎形态等。结果表明:当应变率在62.59 s^-1以下时,泡沫混凝土应力应变曲线分为线弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段;当应变率超过62.59 s^-1时,其应力应变曲线分为线弹性阶段、屈服阶段、局部失稳、应力平台、破坏阶段;常温、0 ℃、-10 ℃、-20 ℃和-30 ℃下,泡沫混凝土的动态抗压强度以及吸收能在对应的应变率分界点前表现出显著的应变率效应,但超出该分界点后,应变率效应便不再明显;泡沫混凝土的动态峰值抗压强度与吸收能随温度的降低而提高,但峰值应变随温度降低而降低;泡沫混凝土冲击破碎后的块度随着温度的降低逐渐变大。在低温环境下泡沫混凝土的抗动载设计中,对于泡沫混凝土的峰值抗压强度、吸收能,应优先考虑温度效应的影响,而对于其峰值应变,应优先考虑应变率效应。     

受阻酚AO-80/聚醚型热塑性聚氨酯弹性体复合材料的结构与性能

用熔融共混法制备了受阻酚AO-80/聚醚型热塑性聚氨酯弹性体(PET-TPU)阻尼材料,通过扫描电子显微镜、X射线衍射分析、差示扫描量热分析及动态力学热分析等研究了复合材料的微现结构、玻璃化转变温度、动态力学性能和力学性能.结果表明,AO-80与基质之间具有良好的相客性,且以分子水平溶解在基质中,处于无定型态.随着AO-80用量的增加,PET-TPU软段的玻璃化转变温度逐渐升高,硬段基本保持不变.AO-80/PET-TPU复合材料的损耗因子与温度曲线呈单峰形式,随着AO-80用量增加其峰值明显增大,并且转变峰向高温方向移动.AO-80的加入使PET-TPU基质的力学性能有所下降.     

SBS/LDPE共混型热塑性弹性体的性能研究(Ⅱ)

选用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹体(SBS)和低密度聚乙烯(LDPE)为主体材料,采用部分动态硫化法制备了一类性能良好的材料———SBS LDPE共混型热塑性弹性体(TPE),具有力学强度高,断裂伸长率大,可重复加工等特点,并研究了共混方法、硫化温度、硫化时间等工艺方面因素对动态硫化SBS LDPE热塑性弹性体力学性能的影响。     

NBR／HDPE热塑弹性体的形态与性能

用动态硫化方法制备也ＮＢＲ／ＨＤＰＥ共混型热塑弹性体,电子显微镜研究其形态表明,尽管ＮＢＲ的用量超过了ＨＤＰＥ,但ＮＢＲ仍为分散相,ＨＤＰＥ为连续相,使该材料表现出热塑性。应力－应变性能和动态力学研究表明,该产品在室浊下表现出良好的弹性行为,且力学性能较好,但永久变形较大。     

对位芳纶气凝胶粉体的制备与性能研究

以对位芳纶纳米纤维(PANF)水凝胶为原料,将冻凝胶粉碎法与冷冻干燥法相结合,制备出PANF气凝胶粉体。系统研究了对位芳纶气凝胶粉体的微观结构及性能参数,以及制备条件对产物形貌的影响,并初步探究了其应用。结果表明,液氮冷冻制备的PANF气凝胶粉体具有多孔结构,松装密度约为17.0 kg?m^-3,孔隙率约为98.8%,BET比表面积可达126.30 m²?g^-1。PANF气凝胶粉体的耐热性优异,在氮气气氛下500℃前几乎无分解;热导率较低,约为0.03 W?m^-1·K^-1。气凝胶粉体具有吸附罗丹明B等染料的特征,同时可作为纳米填充材料增强聚氨酯乳胶膜等聚合物材料的硬度,其低热导率表明其有望应用于绝热领域。