复合材料界面和界面力学

复合材料界面和界面力学
复合材料界面和界面力学

中南大学基础力学实验答案

中南大学基础力学实验答案 基础力学实验绪论 1.基础力学实验一般分为材料的力学性质测定,实验静态应力测试实验,振动和动应力测试实验,综合性测试实验。 2.在力学实验测量中,对于载荷不对称或试件几何性质不对称时,为提高测量精度,常采用对称测量法。 3.若载荷与其对应的响应值是线性关系,则载荷增量与其对应的响应值增量也是线性关系。(正确) 4.对于任何测量实验,加载方案均可采用增量法。(错误) 5.载荷与变形的关系为ΔL=FL/EA 简支梁各阶固有频率的测量实验 1.简支梁横向振动固有频率若为f1=20HZ ,则f3=180HZ 。(f1:f3=1:9) 2.共振相位判别法判断共振时,激振信号与振动体振动位移信号的李萨如图是正椭圆。 3.共振相位判别法判断共振时,激振信号与振动体速度信号的李萨如图是斜线。 4.共振相位判别法判断共振时,激振信号与振动体加速度信号的李萨如图是正椭圆。 5.物体的固有频率只有一个。(错误) 6.物体的共振频率就是物体的固有频率。(错误) 压杆稳定测试实验 1.关于长度因数μ,正确说法是:其它条件相同时约束越强,μ越小 2.关于柔度λ,正确的说法是:其它条件相同时压杆越长,λ越大 3.关于压杆稳定性,正确的说法是:要让欧拉理论可用,应使压杆的柔度进尽可能大 4.在以下所列的仪器设备中,压杆稳定实验所需要的是:压杆稳定试验台 数字测力仪 计算机 5.两端球形铰支的压杆,其横截面如下图所示,该压杆失稳时,横截面对中性轴的惯性半径i=0.577mm (i=h/sqrt(12)=2/sqrt(12)=0.577mm) 6.已知某理想中心压杆的长度为l ,横截面的惯性矩为l ,长度因数为μ,材料的弹性模量为 为E ,则其欧拉临界力Fcr=22) (l EI μπ 7.已知某理想中心压杆的长度为l ,横截面的惯性半径为i ,长度因数为μ,则该压杆的柔度λ=μl/i 8.两端铰支的细长压杆,若在其中点加一个铰支座,以约束该截面的水平位移,则增加该约束后压杆的欧拉临界力是原来的4倍。 弯扭组合变形实验 1.在弯扭组合实验中,圆轴下表面测点处包含横截面 和径向截面的应力状态为

CSiC陶瓷基复合材料界面力学性能的离散元模拟李林涛

C/SiC陶瓷基复合材料界面力学性能的离散元模拟* 李林涛,谭援强,姜胜强 (湘潭大学机械工程学院,湘潭411105 )摘要 采用离散元法(DEM),用BPM(Bonded-p article model)模型分别建立并校准SiC陶瓷基体和碳纤维离散元模型,采用位移软化接触模型表征层间和纤维/基体之间的界面元损伤双线性本构关系。通过DCB试验(Doub-le cantilever beam virtual test)和微滴脱黏试验分别对其界面强度进行收敛试验,动态地观察了塑性变形、裂纹扩展及界面脱黏过程。结果表明,位移软化接触模型可以很好地表征界面损伤过程,采用离散元法可以很好地动态模拟较复杂复合材料的损坏过程。 关键词 C/SiC复合材料 界面性能 离散元法(DEM) 位移软化接触模型 模拟 中图分类号:TB332 文献标识码:A Study  on Interfaces Properties of C/SiC Ceramic Matrix CompositesUsing  Discrete Element MethodLI Lintao,TAN Yuanqiang ,JIANG Shengqiang(School of Mechanical Engineering,Xiangtan University,Xiang tan 411105)Abstract With the aid of BPM(Bonded-particle model),the discrete element models of SiC ceramics matrixand carbon fiber were set up and calibrated separately by the discrete element method(DEM).The bilinear cohesivelaw of interface element damage in interlayer and on matrix/fiber interface was characterized using displacement-sof-tening contact models,and then calibrated by DCB test(Double cantilever beam virtual test)and microbond test,re-spectively.Plastic deformation,crac-king growth situation and dynamic processes of interface debonding were ob-served in these simulation tests.The results show that the displacement-softening contact model could characterize in-terfacial damage process nicely,and discrete element method could simulate dynamic damage process for more complexcomposite materials admirably .Key words C/SiC composites,interfacial properties,discrete element method(DEM),displacement-softeningcontact  model,simulation *国家自然科学基金( 50875224;51005194);湖南省研究生科研创新基金(CX2010B262) 李林涛: 男,1985年生,硕士,主要从事机械工程材料和离散元研究 E-mail:lilintao212@163.com 谭援强:男,博士生导师,主要从事摩擦学、离散元和机械传动方面研究 E-mail:tanyq @xtu.edu.cn0 引言 C/SiC陶瓷基复合材料具有耐高温、 抗腐蚀、高强度、高韧性等优良的高温力学性能,在航空航天、航海、汽车等领域有着广泛应用 [1] 。与SiC陶瓷材料相比, 由于碳纤维的加入,C/SiC陶瓷基复合材料的韧性得到了有效提高, 使陶瓷脆性材料表现出伪塑性行为,减少了发生灾难性损坏的几率[ 2,3] 。目前,国内外学者主要采用有限元法(FEM) 对复合材料进行计算模拟研究。张博明等[4] 通过有限元模拟方法分析 了微观参数(如界面强度等)对材料宏观性能的影响,从而对 复合材料进行优化设计。李典森等[5]采用有限元法建立了 编织型复合材料的三维模型,模拟得到合理的应力分布,可以对不同的复合材料起到预知作用。FEM在工程应用上比较成熟, 在复合材料上却很难解释基体微裂纹对界面的影响,也难以动态观察微裂纹的扩展过程。关于离散元法 (DEM) ,块体材料是由接触键和平行键相连接的颗粒集合来模拟其属性,只要外界载荷超过颗粒间键的强度或断裂能,键就发生断裂。改变断裂键的颜色就可以形象地观察到裂纹的运动以及界面脱黏等情况。同时位移软化接触模型是一种双线性结构,与界面元本构模型很接近,可以用来表征界面力学性能。基于DEM的这些优势和特点,采用PFC(Particle flow code)软件建立并校准复合材料SiC基体和碳纤维的离散元(BPM)模型,以位移软化接触模型模拟脆/脆复合材料的界面属性,并通过DCB和微滴脱黏收敛试验,再现裂纹的生成与扩展及界面脱黏等过程,使离散元法在复合材料领域里发挥独特的优势。 1 离散元法 离散元法(Discrete element method,DEM)起源于分子动力学。1971年,离散元法首先由Cundall提出( 适用于岩·841·材料导报B:研究篇 2 012年11月(下)第26卷第11期

2021高考物理二轮复习专题6物理实验第1讲力学实验及创新作业含解析.doc

第1讲 力学实验及创新 A 组 基础能力练 1.(2020·四省名校二次大联考)某同学利用如图甲所示装置研究匀变速直线运动规律.某次实验通过电磁打点计时器打出纸带的一部分如图乙所示,图中A 、B 、C 、D 、E 为相邻的计数点,每两个相邻计数点间有4个计时点没有画出,打点计时器所接交流电源频率为50 Hz.分别测出A 点到B 、C 、D 、E 点之间的距离,x 1、x 2、x 3、x 4,以打A 点作为计时起点,算出小车位移与对应运动时间的比值x t ,并作出x t -t 图像如图丙所示. (1)实验中下列措施必要的是_C__(填正确答案标号) A .打点计时器接220 V 交流电源 B .平衡小车与长木板间的摩擦力 C .细线必须与长木板平行 D .小车的质量远大于钩码的质量 (2)由图丙中图像求出小车加速度a =_5.0__m/s 2 ,打A 点时小车的速度v A =_0.40__m/s.(结果均保留两位有效数字) 【解析】 (1)电磁打点计时器接8 V 左右交流电源,选项A 错误;实验时不需要平衡小车与长木板间的摩擦力,选项B 错误;细线必须与长木板平行,选项C 正确;实验中小车做匀加速运动即可,没必要小车的质量远大于钩码的质量,选项D 错误;故选C .(2)根据x =v 0t +12at 2可得x t =v 0+12at ,由图像可知:v 0=v A =0.4 m/s ;a =2k =2×1.4-0.40.4 m/s 2=5.0 m/s 2 2.(2020·江苏质量检测)在“验证力的平行四边形定则”的实验中,需要将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上两根细绳,细绳的另一端都有绳套(如图所示).实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套,并互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O . (1)某同学在做该实验时认为:其中正确的是( ABC )

复合材料细观力学答案

一、知识部分 1、计算面心立方、体心立方结构的(100)、(110)、(111)等晶面的面密度,计算密排六方结构的(0001)、(1010)晶面的面密度(面密度定义为原子数/单位面积)。 解:设立方结构的晶胞棱长为a 、密排六方结构晶胞轴长为a 和c 。 (1)体心立方:在一个晶胞中的(001)面的面积是2a ,在这个面积上有1个原子,所以其面密度为21a ;在一个晶胞中的(110)面的面积是22a ,在这个面积上有2个原子,所以其面密度为22 a ;在一个晶胞中的(111)面的面积是223a ,在这个面积上有2个原子,所以其面密度为223a 。 (2)面心立方:在一个晶胞中的(001)面的面积是2a ,在这个面积上有2个原子,所以其面密度为22a ;在一个晶胞中的(110)面的面积是22a ,在这个面积上有2个原子,所以其面密度为22 a ;在一个晶胞中的(111)面的面积是223a ,在这个面积上有1.5个原子,所以其面密度为23a 。 (3)密排六方:在一个晶胞中的(0001)面的面积是22 3a ,在这个面积上有1个原子,所以其面密度为2332a ;在一个晶胞中的(1010)面的面积是c a 2,在这个面积上有次个原子,所以其面密度为 c a 21;

2、纯铁在912℃由bcc 结构转变为fcc 结构,体积减少1.06%,根据fcc 结构的原子半径计算bcc 结构的原子半径。它们的相对变化为多少?如果假定转变前后原子半径不变,计算转变后的体积变化。这些结果说明了什么? 解:设bcc 结构的点阵常数为a b ,fcc 结构的点阵常数为a f ,由bcc 结构转变 为fcc 结构时体积减少1.06%,因bcc 单胞含2个原子,fcc 单胞含4个原子,所以2个bcc 单胞转变为1个fcc 单胞。则 10006.122333=-b b f a a a 即 b b f a a a 264.110006.10121=??? ???= bcc 结构的原子半径b b a r 43=,fcc 结构的原子半径f f a r 4 2=,把上面计算的a f 和a b 的关系代入,并以r f 表示r b ,则 f f f b b r r a a r 9689.02264.1443264.14343=???=?== 它们的相对变化为 0311.019689.0-=-=-b f b r r r 如果假定转变前后原子半径不变,转变后的体积变化为 ()()()1.8342342242233 3333-=-=-b b f b b f r r r a a a % 从上面的计算结果可以看出,如果转变前后的原子半径不变,则转变后的体积变化很大,和实际测得的结果不符,也和金属键的性质不符。所以,同一种金属,不同结构的原子半径改变,尽量使其体积变化最小。 3、根据Fe-C 相图 ①计算)(C w 为0.1%以及1.2%的铁碳合金在室温时平衡状态下相的相对量,计算共析体(珠光体)的相对量。 ②计算)(C w 为 3.4%的铁碳合金在室温时平衡状态下相的相对量,计算刚凝固完毕时初生γ相(奥氏体)和共晶体的相对量。计算

江苏省2019版高考物理二轮复习专题六第一讲力学基础实验课前自测诊断卷(含解析)

力学基础实验 1.[ 如图1是用游标卡尺测量时的刻度图,为20分度游标尺,读数为:__________cm。图2中螺旋测微器的读数为:________mm。 解析:20分度的游标卡尺,精确度是0.05 mm,游标卡尺的主尺读数为13 mm,游标尺上第15个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标尺读数为15×0.05 mm=0.75 mm,所以最终读数为: 13 mm+0.75 mm=13.75 mm=1.375 cm。 螺旋测微器的固定刻度为0.5 mm, 可动刻度为20.0×0.01 mm=0.200 mm, 所以最终读数为0.5 mm+0.200 mm=0.700 mm。 答案:1.375 0.700 2.[考查游标卡尺和螺旋测微器的使用和读数] (1)某实验中需要测量一根金属丝的直径(约0.5 mm),为了得到尽可能精确的测量数据,应从实验室提供的米尺、螺旋测微器和游标卡尺(游标尺上有10个等分刻度)中,选择______________进行测量。 (2)用游标卡尺(游标尺上有50个等分刻度)测定某工件的宽度时,示数如图所示,此工件的宽度为________mm。 解析:(1)金属丝的直径约0.5 mm,而游标卡尺精确度才0.1 mm,螺旋测微器精确度可达0.01 mm,故应选择螺旋测微器进行测量。 (2)由于50分度的游标卡尺精确度为0.02 mm,主尺上读数为23 mm,游标尺上第11格与主尺刻度对齐,故游标尺的读数为0.22 mm,所以工件宽度为23.22 mm。 答案:(1)螺旋测微器(2)23.22 3.[

某同学利用如图所示装置研究小车的匀变速直线运动。 (1)实验中,必需的措施是________。 A .细线必须与长木板平行 B .先接通电源再释放小车 C .小车的质量远大于钩码的质量 D .平衡小车与长木板间的摩擦力 (2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz 的交流电源上,得到一条纸带,打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出)。s 1=3.59 cm ,s 2=4.41 cm ,s 3=5.19 cm ,s 4=5.97 cm ,s 5=6.78 cm ,s 6=7.64 cm 。则小车的加速度a =________ m/s 2 (要求充分利用测量的数据),打点计时器在打B 点时小车的速度v B =________ m/s 。(结果均保留两位有效数字) 解析:(1)利用打点计时器研究小车的匀变速直线运动时,为顺利完成实验,保证实验效果,细线与长木板要平行,否则小车受力会发生变化,选项A 正确;为打的点尽量多些,需先接通电源,再释放小车,选项B 正确;本题中只要保证小车做匀变速运动即可,无须保证小车质量远大于钩码的质量,选项C 错误;同理,小车与长木板间可以有不变的摩擦力,无须平衡摩擦力,选项D 错误。故必需的措施是A 、B 选项。 (2)由s 4-s 1=3a 1T 2、s 5-s 2=3a 2T 2、s 6-s 3=3a 3T 2 知加速度a =a 1+a 2+a 33=s 4+s 5+s 6-s 1-s 2-s 39T 2=0.80 m/s 2 打B 点时小车的速度v B = s 1+s 22T =0.40 m/s 。 答案:(1)AB (2)0.80 0.40 4.[考查验证力的平行四边形定则] (2018·天津高考)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,所用器材有:方木板一块,白纸,量程为5 N 的弹簧测力计两个,橡皮条(带两个较长的细绳套),刻度尺,图钉(若干个)。 (1)具体操作前,同学们提出了如下关于实验操作的建议,其中正确的有________。 A .橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上 B .重复实验再次进行验证时,结点O 的位置可以与前一次不同

基础力学实验考试题目

基础力学实验绪论 1.基础力学实验一般分为材料的力学性质测定,实验静态应力测试实验,振动和动应力测试实验,综合性测试实验。 2.在力学实验测量中,对于载荷不对称或试件几何性质不对称时,为提高测量精度,常采用对称测量法。 3.若载荷与其对应的响应值是线性关系,则载荷增量与其对应的响应值增量也是线性关系。(正确) 4.对于任何测量实验,加载方案均可采用增量法。(错误) 5.载荷与变形的关系为ΔL=FL/EA 简支梁各阶固有频率的测量实验 1.简支梁横向振动固有频率若为f1=20HZ,则f3=180HZ。(f1:f3=1:9) 2.共振相位判别法判断共振时,激振信号与振动体振动位移信号的李萨如图是正椭圆。 3.共振相位判别法判断共振时,激振信号与振动体速度信号的李萨如图是斜线。 4.共振相位判别法判断共振时,激振信号与振动体加速度信号的李萨如图是正椭圆。 5.物体的固有频率只有一个。(错误) 6.物体的共振频率就是物体的固有频率。(错误) 压杆稳定测试实验 1.关于长度因数μ,正确说法是:其它条件相同时约束越强,μ越小 2.关于柔度λ,正确的说法是:其它条件相同时压杆越长,λ越大 3.关于压杆稳定性,正确的说法是:要让欧拉理论可用,应使压杆的柔度进尽可能大 4.在以下所列的仪器设备中,压杆稳定实验所需要的是:压杆稳定试验台数字测力仪计算机 5.两端球形铰支的压杆,其横截面如下图所示,该压杆失稳时,横截面对中性轴的惯性半径i=0.577mm(i=h/sqrt(12)=2/sqrt(12)=0.577mm) 6.已知某理想中心压杆的长度为l,横截面的惯性矩为l,长度因数为μ,材料的弹性模量为 为E,则其欧拉临界力Fcr= 7.已知某理想中心压杆的长度为l,横截面的惯性半径为i,长度因数为μ,则该压杆的柔度λ=μl/i 8.两端铰支的细长压杆,若在其中点加一个铰支座,以约束该截面的水平位移,则增加该约束后压杆的欧拉临界力是原来的4倍。 弯扭组合变形实验 1.在弯扭组合实验中,圆轴下表面测点处包含横截 面和径向截面的应力状态为 2.在弯扭组合实验中,圆轴中性轴测点处包好横街面和径向截面的应力状态为

树脂基复合材料的力学性能

树脂基复合材料的力学性能 力学性能是材料最重要的性能。树脂基复合材料具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能好等优点,用于承力结构的树脂基复合材料利用的是它的这种优良的力学性能,而利用各种物理、化学和生物功能的功能复合材料,在制造和使用过程中,也必须考虑其力学性能,以保证产品的质量和使用寿命。 1、树脂基复合材料的刚度 树脂基复合材料的刚度特性由组分材料的性质、增强材料的取向和所占的体积分数决定。树脂基复合材料的力学研究表明,对于宏观均匀的树脂基复合材料,弹性特性复合是一种混合效应,表现为各种形式的混合律,它是组分材料刚性在某种意义上的平均,界面缺陷对它作用不是明显。 由于制造工艺、随机因素的影响,在实际复合材料中不可避免地存在各种不均匀性和不连续性,残余应力、空隙、裂纹、界面结合不完善等都会影响到材料的弹性性能。此外,纤维(粒子)的外形、规整性、分布均匀性也会影响材料的弹性性能。但总体而言,树脂基复合材料的刚度是相材料稳定的宏观反映。 对于树脂基复合材料的层合结构,基于单层的不同材质和性能及铺层的方向可出现耦合变形,使得刚度分析变得复杂。另一方面,也可以通过对单层的弹性常数(包括弹性模量和泊松比)进行设计,进而选择铺层方向、层数及顺序对层合结构的刚度进行设计,以适应不同场合的应用要求。 2、树脂基复合材料的强度 材料的强度首先和破坏联系在一起。树脂基复合材料的破坏是一个动态的过程,且破坏模式复杂。各组分性能对破坏的作用机理、各种缺陷对强度的影响,均有街于具体深入研究。 树脂基复合材强度的复合是一种协同效应,从组分材料的性能和树脂基复合材料本身的细观结构导出其强度性质。对于最简单的情形,即单向树脂基复合材料的强度和破坏的细观力学研究,还不够成熟。 单向树脂基复合材料的轴向拉、压强度不等,轴向压缩问题比拉伸问题复杂。其破坏机理也与拉伸不同,它伴随有纤维在基体中的局部屈曲。实验得知:单向树脂基复合材料在轴向压缩下,碳纤维是剪切破坏的;凯芙拉(Kevlar)纤维的破坏模式是扭结;玻璃纤维一般是弯曲破坏。 单向树脂基复合材料的横向拉伸强度和压缩强度也不同。实验表

第1讲.力学基础

知识互联网 1 力学基础

【例1】 查漏补缺之力的概念篇: 1.物理学上把物体间的 定义为力,一般用符号 表示,国际单位是 ,测量力的大小的工具是 . 2.力的作用效果:力可以改变物体的 ,也可以使物体发生 . 3.影响力的作用效果有三个要素:力的 、 和 . 4.力的表示方法有两种,一种是 法,需要表示出力的 、 和 这三个要素;另一种是 法,需要表示出力的 和 这两个要素. 【答案】1.相互作用;F ;牛顿(N );弹簧测力计 2.运动状态;形变 3.大小;方向;作用点 4.图示;大小;方向;作用点;示意图;方向;作用点 【例2】 判断下列说法的正误 A .甲物体对乙物体施加力的同时,甲物体也一定受到了力的作用( ) B .投球时,手的推力使篮球在空中继续飞行( ) C .物体不受力,运动状态一定不改变( ) D .两个不接触的物体之间一定没有力的作用( ) 【答案】只有AC 正确 【例3】 图所示,以科学家名字作为力的单位的是( ) 【答案】A (2013门头沟一模) 【例4】 将玻璃瓶、两端开口的细玻璃管和橡皮塞组装成图所示的装置,使用时瓶内装入液体, 瓶口密闭,通过细玻璃管内液面高度的变化可验证的是( ) 模块一 运动和力 力的概念

A.阿基米德原理B.大气压随高度的变化 C.力可以使固体发生微小形变D.液体温度变化体积也会改变 【答案】BCD(2013天津中考) 【例5】实验桌上提供了如下器材:气球1个,海绵块1个,弹簧1根.请你选用提供的器材设计实验证明:力是使物体形状发生变化的原因. 【答案】第一次用较小的力拉弹簧,观察弹簧伸长情况;(2013密云一模) 第二次用较大的力拉弹簧,观察弹簧伸长情况. 发现用较大的力拉弹簧时弹簧伸长的多,用较小的力拉弹簧时,弹簧伸长的少,所以 力能使物体形状发生变化. 【例6】利用一个水平桌面(带一倾斜的小滑道)、一个小钢球、一块条形磁铁,器材如图所示,设计一个实验,证明:力能够改变物体的运动状态.请你写出实验步骤 和实验现象. 【答案】实验步骤及实验现象:(2013昌平一模) (1)将小钢球放在小轨道上,让小钢球沿轨道自由滑下,观察并记录小 钢球的运动情况; (2)将小钢球放在小轨道上,让小钢球沿轨道自由滑下,在小钢球运动方向一侧放上 条形磁铁,观察并记录小钢球的运动情况; (3)将小钢球放在小轨道上,让小钢球沿轨道自由滑下,改变条形磁铁的位置,放在 运动方向另一侧,观察并记录小钢球的运动情况; 当改变条形磁铁位置时,小钢球运动轨迹方向和速度大小也发生变化,说明力能够改变 物体的运动状态. 重力 【例7】查漏补缺之重力篇: 1.地面附近的物体由于地球的而受到的力,叫做重力;重力的施力物体 是. 2.重力的大小与的大小成正比,比值大约是,用表示;计算重力的大小的公式是;在要求不很精确的情况下,g可取. 3.重力的方向总是. 4.重力的作用点是;对于质量均匀形状规则的物体,重力的重心在物体的. 【答案】1.吸引;地球 2.质量;9.8N/kg;g;G mg ;10N/kg 3.竖直向下4.重心;几何中心 【例8】关于重力,判断下列说法的正误. A.地球对物体的吸引力就是物体的重力()

先进复合材料论文

摘要:纤维增强复合材料具有较强的结构特性,是一种多相体材料。其力学性能及损伤破坏规律不仅取决于各组分材料性能,同时也取决于细观结构特征。采用细观力学分析研究复合材料宏现力学性能与细观结构参数之间的内在联系具有重要的科学意义和工程价值。论述了细观力学实验技术的理论基础和常用实验技术及进展,介绍了复合材料的细观力学模型的发展,综述了复合材料力学行为有限元分析的研究现状,并对这一学科的研究发展进行了简要评述与展望。 1 前言 纤维增强复合材料是目前最先进的复合材料之一。它以其轻质高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料,是其它复合材料所无法比拟的。纤维复合材料因其较高的比强度、比模量在国外先进战略、战术固体火箭发动机方面应用较多,如美国的战略导弹“侏儒”三级发动机壳体,“三叉戟”一、二、三级发动机壳体的复合材料裙,民兵系列发动机的喷管扩张段,部分固体发动机及高速战术导弹美国的11IAAD、ERINT等。除军用外,开发纤维复合材料的其它应用也大有作为,如飞机及高速列车刹车系统、民用飞机及汽车复合材料结构件、高性能碳纤维轴承、风力发电机大型叶片、体育运动器材(如滑雪板、球拍、渔杆)等。随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的逐步下降,在增强混凝土、新型取暖装置、新型电极材料乃至日常生活用品中的应用也必将迅速扩大。我国拟大力开发新型纤维增强复合材料建材及与环保、日用消费品档关的高科技纤维增强复合材料的新市场,因此,对于纤维增强复合材料的力学性能研究是十分必要的。 复合材料既表现出宏观特征,又具有明显的细观结构特征。复合材料力学是一种两层次的力学理论。在宏观尺度上,可以将复合材料当作各向异性的宏观均匀连续体,用连续介质力学理论研究复合材料的力学行为旧,但是无法研究对宏观行为有重要影响的细观尺度上各组份相的变形及损伤失效行为。在细观尺度上,复合材料具有包含多种组份相的非均质结构,复合材料细观力学在宏观有效性能预测以及细观应力、应变场分析方面取得了一定进展。如果将复合材料宏观结构分析与细观结构分析结合起来,在进行宏观结构分析时就能够获得细观尺度上的力学参量值,将是一种更好的分析方法。本文在分析复合材料宏观、细观特

基础力学实验

基础力学实验报告 在这个学期我们学了基础力学实验课这门课,从大二到现在,我们已经学习了理论力学、材料力学和结构力学等力学课程。虽然学习了很多东西,但是对于实践内容我们却知之甚少,因此开设一门基础力学实验课是很有必要的。对于我们之前所学的东西不仅是一个复习的过程,更是一个将理论联系实际的过程,对于我们更好的掌握力学知识具有极大的帮助。 这个学期一共做了6次实验,上了两节视频学习课。在那几次实验中,我印象最深的是最后那次贴应变片的实验,那次实验客观上来说是很复杂的,从打磨应变片到擦洗、再到焊接最后测出应变值,我们都费了很大的心思,但很不幸的是我们的应变片在我们进行测应变的时候出现了一些问题,无法输出结果,于是我们请教了老师来帮忙,于是才发现我们接线的时候不小心把线接到了试件上面,造成了短路现象,于是我们只得返工重做了,这时候大多数同学已经做好了实验准备回去,我们心里也有些急躁。这时老师说叫我们不要急,让我们重新做一个,他会一直陪着我们做完这个实验的。于是我们很受鼓舞,加紧了实验进度,老师也是一直在一旁知道我们整个过程。终于我们做完了实验,得到了满意的结果。在这个实验中我学到的更多不是如何做好一个实验,而是老师对我们的一丝不苟和无限关怀,作为一个工科生,我觉得一丝不苟的工作和学习态度是我们要陪伴一生的品质。 还有一个就是在最后一节课上老师给我们安排视频学习课,视频

是关于我们大学生如何创新发明的,在上面展示了很多很有意思的发明创造,但实际上它们背后的原理对于我们却是如此的熟悉。我们不得不感叹人的创意是无穷的,我们要学会善于思考和敢于探索的精神,对于我们心里面的一点点创意我们要认真的对待,给予它更多地热情和努力,只有这样我们才能做出我们想要的东西来。因此我总结:作为工科生我们应该具有发散性思维和创新精神,我们是国家未来的希望,我们要充分发挥我们的主观能动性来发明创造,对于我们的创意,学校也会给予充分地支持。这是我们最大的后盾,所以我们应该无所顾忌,努力去做出我们想要的东西来!

复合材料力学笔记

《复合材料力学》沈观林编著清华大学出版社 第一章复合材料概论 1.1复合材料及其种类 1、复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。 2、复合材料从应用的性质分为功能复合材料和结构复合材料两大类。功能复合材料主要具有特殊的功能。 3、结构复合材料由基体材料和增强材料两种组分组成。其中增强材料在复合材料中起主要作用,提供刚度和强度,基本控制其性能。基体材料起配合作用,支持和固定纤维材料,传递纤维间的载荷,保护纤维。 根据复合材料中增强材料的几何形状,复合材料可分为三大类:颗粒复合材料、纤维增强复合材料(fiber-reinforced composite)、层和复合材料。 (1)颗粒:非金属颗粒在非金属基体中的复合材料如混凝土;金属颗粒在非金属基体如固体火箭推进剂;非金属在金属集体中如金属陶瓷。 (2)层合(至少两层材料复合而成):双金属片;涂覆金属;夹层玻璃。 (3)纤维增强:按纤维种类分为玻璃纤维(玻璃钢)、硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维等。 按基体材料分为各种树脂基体、金属基体、陶瓷基体、和碳基体。 按纤维形状、尺寸可分为连续纤维、短纤维、纤维布增强复合材料。 还有两种或更多纤维增强一种基体的复合材料。如玻璃纤维和碳纤维增强树脂称为混杂纤维复合材料。 5、常用纤维(性能表见P7表1-1) 玻璃纤维(高强度、高延伸率、低弹性模量、耐高温) 硼纤维(早期用于飞行器,价高) 碳纤维(主要以聚丙烯腈PAN纤维或沥青为原料,经加热氧化,碳化、石墨化处理而成;可分为高强度、高模量、极高模量,后两种成为石墨纤维(经石墨化2500~3000°C);密度比玻璃纤维小、弹性模

(江苏专用)2020高考物理二轮复习第一部分专题六物理实验第一讲力学基础实验——课前自测诊断卷

第一讲力学基础实验 ——课前自测诊断卷 考点一基本仪器的使用和读数 1.[ 如图1是用游标卡尺测量时的刻度图,为20分度游标尺,读数为:__________cm。图2中螺旋测微器的读数为:________mm。 解析:20分度的游标卡尺,精确度是0.05 mm,游标卡尺的主尺读数为13 mm,游标尺上第15个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标尺读数为15×0.05 mm=0.75 mm,所以最终读数为: 13 mm+0.75 mm=13.75 mm=1.375 cm。 螺旋测微器的固定刻度为0.5 mm, 可动刻度为20.0×0.01 mm=0.200 mm, 所以最终读数为0.5 mm+0.200 mm=0.700 mm。 答案:1.375 0.700 2.[考查游标卡尺和螺旋测微器的使用和读数] (1)某实验中需要测量一根金属丝的直径(约0.5 mm),为了得到尽可能精确的测量数据,应从实验室提供的米尺、螺旋测微器和游标卡尺(游标尺上有10个等分刻度)中,选择______________进行测量。 (2)用游标卡尺(游标尺上有50个等分刻度)测定某工件的宽度时,示数如图所示,此工件的宽度为________mm。 解析:(1)金属丝的直径约0.5 mm,而游标卡尺精确度才0.1 mm,螺旋测微器精确度可达0.01 mm,故应选择螺旋测微器进行测量。 (2)由于50分度的游标卡尺精确度为0.02 mm,主尺上读数为23 mm,游标尺上第11格与主尺刻度对齐,故游标尺的读数为0.22 mm,所以工件宽度为23.22 mm。 答案:(1)螺旋测微器(2)23.22

考点二 “力和运动”类实验 3.[某同学利用如图所示装置研究小车的匀变速直线运动。 (1)实验中,必需的措施是________。 A .细线必须与长木板平行 B .先接通电源再释放小车 C .小车的质量远大于钩码的质量 D .平衡小车与长木板间的摩擦力 (2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz 的交流电源上,得到一条纸带,打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出)。s 1=3.59 cm ,s 2=4.41 cm ,s 3=5.19 cm ,s 4=5.97 cm ,s 5=6.78 cm ,s 6=7.64 cm 。则小车的加速度a =________ m/s 2 (要求充分利用测量的数据),打点计时器在打B 点时小车的速度v B =________ m/s 。(结果均保留两位有效数字) 解析:(1)利用打点计时器研究小车的匀变速直线运动时,为顺利完成实验,保证实验效果,细线与长木板要平行,否则小车受力会发生变化,选项A 正确;为打的点尽量多些,需先接通电源,再释放小车,选项B 正确;本题中只要保证小车做匀变速运动即可,无须保证小车质量远大于钩码的质量,选项C 错误;同理,小车与长木板间可以有不变的摩擦力,无须平衡摩擦力,选项D 错误。故必需的措施是A 、B 选项。 (2)由s 4-s 1=3a 1T 2、s 5-s 2=3a 2T 2、s 6-s 3=3a 3T 2知加速度a =a 1+a 2+a 3 3= s 4+s 5+s 6-s 1-s 2-s 39T 2=0.80 m/s 2 打B 点时小车的速度v B =s 1+s 22T =0.40 m/s 。 答案:(1)AB (2)0.80 0.40 4.[考查验证力的平行四边形定则] (2018·天津高考)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,所用器材有:方木板一块,白纸,量程为5 N 的弹簧测力计两个,橡皮条(带两个较长的细绳套),刻度尺,图钉(若干个)。

界面力学报告

摘要: 通过对复合材料界面力学问题基础知识以及基本概念的认识和理解;总结聚合物/金属基复合材料界面的处理方法,并分析处理前后界面力学性能和导热性能的变化,并在此基础上分析是哪些原因导致这些复合材料界面力学性能和导热性能的改变,同时还对界面性能测定所要用到的实验设备以及测试手段进行了总结。 关键词:复合材料界面力学性能导热性能 一.基本概念的介绍: 1. 界面及界面相 界面是将不同的材料紧密的粘合起来所产生,并借此传递应力。把两种材料结合在一起的界面力可以是范德华力、化学键、机械互锁、静电吸引或以上力的协同作用。界面相具有一定的厚度,一般认为在几个分子层的厚度范围内。界面相虽然很薄,但是其结构是很复杂的。界面相从结构来分,这一界面相由5个亚层组成(如图1所示),每一亚层的性能均与基体和增强体的性质、偶联剂的品种和性质、复合材料的成型方法等密切相关界面结构主要指界相区的结构,也包含邻近界相区的基体和增强体的结构。而且,随环境条件的改变,复合体系中的界面区结构可以发生变化。如温度的改变,可以改变两组分间的相互作用,从而导致界面层厚度、化学结构和界面效应(如应力传递)等的改变。通常复合材料界面除了在性能和结构上不同于相邻两组分外,还具有以下特点:(1)具有一定厚度;(2)性能在厚度方向上有一定的梯度变化;(3)随环境条件变化而改变。 图1增强体与基体界面区示意图 2. 界面粘合理论主要有化学键理论、浸润理论、变形层理论和抑制层理论。 2.1 化学键理论认为两种材料在接触时,如二者表面的官能团能发生化学反应,就会生成化学键结合而形成具有一定结合强度的界面,从而有效防止裂纹扩展,抵抗应力破坏。2.2 浸润理论认为,两种材料可以依靠机械互锁粘合在一起,即一种材料在固化中浸入到另一材料的空隙和凹凸处形成机械锚定,从而形成有效界面结合。但是,如果两种材料的热膨胀系数相差较大,当二者粘合连接后,会在界面上产生使其发生破坏的附加应力,在外载荷作用下还会在界面上出现应力集中现象,从而导致界面成为复合材料的薄弱环节。 2.3 变形层理论认为,通过使用处理剂在两种材料的界面上形成一层热膨胀系数与二者都能较好匹配的塑性层,就能够松弛界面上的附加应力,减少界面应力集中现象。 2.4 抑制层理论则认为,处理剂应是介于高模量和低模量材料之间的中模量物质,它作为界面相的一部分,能够均匀传递应力并减小应力集中现象。

力学实验基础与创新 含答案及解析

力学实验基础与创新 附答案及解析 1.(2018·全国卷Ⅰ)如图(a),一弹簧上端固定在支架顶端,下端悬挂一托盘;一标尺由游标和主尺构成,主尺竖直固定在弹簧左边;托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置,简化为图中的指针. 现要测量图(a)中弹簧的劲度系数.当托盘内没有砝码时,移动游标,使其零刻度线对准指针,此时标尺读数为1.950 cm ;当托盘内放有质量为0.100 kg 的砝码时,移动游标,再次使其零刻度线对准指针,标尺示数如图(b)所示,其读数为____________cm.当地的重力加速度大小g 取9.80 m/s 2,此弹簧的劲度系数为____________N/m(保留3位有效数字). 解析 标尺的游标为20分度,精确度为0.05 mm ,游标的第15个刻度与主尺刻度对齐,则读数为37 mm +15×0.05 mm=37.75 mm =3.775 cm . 弹簧形变量x =(3.775-1.950) cm =1.825 cm , 砝码平衡时,mg =kx , 所以劲度系数k =mg x = 0.100×9.801.825×10-2 N/m≈53.7 N/m.(保留3位有效数字) 答案 3.775 53.7 2.(2017·全国卷Ⅲ)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,将画有坐标轴(横轴为x 轴,纵轴为y 轴,最小刻度表示1 mm)的纸贴在桌面上,如图(a)所示.将橡皮筋的一端Q 固定在y 轴上的B 点(位于图示部分之外),另一端P 位于y 轴上的A 点时,橡皮筋处于原长. (1)用一只测力计将橡皮筋的P 端沿y 轴从A 点拉至坐标原点O .此时拉力F 的大小可由测力计读出.测力计的示数如图(b)所示,F 的大小为____________ N . (2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P 端回到A 点,现使用两个测力计同时拉橡皮筋,再次将P 端拉至O 点.此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向,由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F 1=4.2 N 和F 2=5.6 N . (ⅰ)用5 mm 长度的线段表示1 N 的力,以O 点为作用点,在图(a)中画出力F 1、F 2的图示,然后按平行四边形定则画出它们的合力F 合;

中南大学基础力学试验答案

中南大学基础力学实验答案 基础力学实验绪论 1.基础力学实验一般分为材料的力学性质测定,实验静态应力测试实验,振动和动应力测试 实验,综合性测试实验。 2.在力学实验测量中,对于载荷不对称或试件几何性质不对称时,为提高测量精度,常采用对称测量法。 3.若载荷与其对应的响应值是线性关系,则载荷增量与其对应的响应值增量也是线性关系。(正确) 4.对于任何测量实验,加载方案均可采用增量法。(错误) 5.载荷与变形的关系为ΔL=FL/EA 简支梁各阶固有频率的测量实验 1.简支梁横向振动固有频率若为f1=20HZ,则f3=180HZ。(f1:f3=1:9) 2.共振相位判别法判断共振时,激振信号与振动体振动位移信号的李萨如图是正椭圆。 3.共振相位判别法判断共振时,激振信号与振动体速度信号的李萨如图是斜线。 4.共振相位判别法判断共振时,激振信号与振动体加速度信号的李萨如图是正椭圆。 5.物体的固有频率只有一个。(错误) 6.物体的共振频率就是物体的固有频率。(错误) 压杆稳定测试实验 1.关于长度因数μ,正确说法是:其它条件相同时约束越强,μ越小 2.关于柔度λ,正确的说法是:其它条件相同时压杆越长,λ越大 3.关于压杆稳定性,正确的说法是:要让欧拉理论可用,应使压杆的柔度进尽可能大 4.在以下所列的仪器设备中,压杆稳定实验所需要的是:压杆稳定试验台数字测力仪计算 机 5.两端球形铰支的压杆,其横截面如下图所示,该压杆失稳时,横截面对中性轴的惯性半径 i=0.577mm(i=h/sqrt(12)=2/sqrt(12)=0.577mm) 6.已知某理想中心压杆的长度为l,横截面的惯性矩为l,长度因数为μ,材料的弹性模量为 2?EI为E,则其欧拉临界力Fcr= 2?l)(7.已知某理想中心压杆的长度为l,横截面的惯性半径为i,长度因数为μ,则该压杆的柔度λ=μl/i 8.两端铰支的细长压杆,若在其中点加一个铰支座,以约束该截面的水平位移,则增加该约束后压杆的欧拉临界力是原来的4倍。

第1讲 力学实验 专题训练

第1讲力学实验专题训练 1.用如图甲所示的装置探究加速度与合外力和质量的关系,现有如下一些操作: (1)在实验中,要进行“平衡摩擦力”的操作,下列关于“平衡摩擦力”的说法正确的是。 A.平衡摩擦力的目的是为了使小车受到的合外力等于小车受到绳子的拉力 B.平衡摩擦力的目的是为了使小车受到绳子的拉力等于所挂砂桶的总重力 C.平衡摩擦力时,绳子上不挂砂桶,也不挂纸带,只通过改变斜面的倾角,使小车在斜面上能匀速下滑 D.平衡摩擦力时,不改变斜面的倾角,绳子挂上质量适当的砂桶,使小车在斜面上能匀速下滑 (2)选择质量适当的小车和砝码、砂和砂桶,让小车由靠近打点计时器位置无初速度释放,得到如图乙所示的一条纸带,A、B、C、D、E 为5个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。用刻度尺测量计数点间的距离如图所示。已知打点计时器的工作频率

为50 Hz,则小车的加速度a= m/s2(结果保留2位有效数字)。 (3)保持砂和砂桶的总质量不变,改变小车和砝码的总质量,重复上述实验操作,得到对应的加速度,这是为了探究“不变,加速度与的关系”。 2.在“验证力的平行四边形定则”实验中,某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上,将橡皮条的一端固定在板上一点,两个细绳套系在橡皮条的另一端。用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套,互成角度地施加拉力,使橡皮条伸长,结点到达纸面上某一位置,如图所示。请将以下的实验操作和处理补充完整: ①用铅笔描下结点位置,记为O; ②记录两个弹簧测力计的示数F1和F2,沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点,用刻度尺把相应的点连成线;

③只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O,记录测力计的示数F3, ; ④按照力的图示要求,作出拉力F1、F2、F3; ⑤根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F; ⑥比较的一致程度,若有较大差异,对其原因进行分析,并作出相应的改进后再次进行实验。 3.(2019·浙江稽阳联谊学校联考)(1)下列器材中,实验“探究小车速度随时间的变化规律”、“探究加速度与力、质量的关系”、“用自由落体运动验证机械能守恒定律”都需要用到的实验器材是 (填器材的名称)。 (2)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中,下列说法中不正确或不必要的是(填字母)。 A.长木板的一端必须垫高,使未挂砝码盘的小车拖着纸带恰能在木板上做匀速运动 B.调节滑轮的高度,使牵引小车的细绳与长木板保持平行 C.选择计数点时,可以不从纸带上第一个点开始 D.小车应靠近打点计时器,先接通电源,后释放小车

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