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机械活化甘蔗渣制备缓冲包装材料的研究

包装工程 2011年第3期32卷 1-4,38页

作者：江道海黄祖强胡华宇苏东娇王楠广西大学南宁530004

采用自制搅拌球磨机对甘蔗渣进行机械活化预处理,以木薯淀粉为粘合剂,碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵复配为发泡剂,以滑石粉为填料,制备植物纤维缓冲包装材料。以静态压缩曲线为评价指标,分别研究了机械活化时间,甘蔗渣的粒径,粘合剂、发... 详细信息

采用自制搅拌球磨机对甘蔗渣进行机械活化预处理,以木薯淀粉为粘合剂,碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵复配为发泡剂,以滑石粉为填料,制备植物纤维缓冲包装材料。以静态压缩曲线为评价指标,分别研究了机械活化时间,甘蔗渣的粒径,粘合剂、发泡剂和填料用量等因素对缓冲包装材料性能的影响,并利用扫描电镜对缓冲包装材料进行表征分析。研究结果表明:机械活化能有效地提高甘蔗渣与粘合剂、填料等的相容性,从而有效提高了缓冲包装材料的性能。

关键词：甘蔗渣机械活化木薯淀粉缓冲包装材料静态压缩

不同填充物对机械法制纤维素缓冲包装材料性能的影响

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包装工程 2008年第10期29卷 68-70页

作者：赵红麒麟李洪来齐齐哈尔大学齐齐哈尔161006 陕西科技大学西安710021

针对机械法制备纤维素发泡缓冲材料密度小、强度低的特点,对其加入填充物后的性能进行了较为详细的研究。研究表明加入适量的填充物是必需的,而且不同的填充物对发泡体性能的影响也有所不同。

关键词：纤维素发泡填充物静态压缩

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三重组合瓦楞纸板压缩承载规律的实验研究

包装工程 2003年第3期24卷 43-45页

作者：刘晔王振林周建伟杨小俊浙江大学工程力学系浙江杭州310027

以重型商品包装中广为采用的三重组合瓦楞纸板为对象 ,通过静态平压、边压和侧向压缩实验 ,从应力应变关系、压缩失效形态上讨论了 3B、X PLY(B)型组合板材的强度特性与承压规律 ,为重型商品纸包装容器的优化设计提供参考。

关键词：三重组合瓦楞纸板压缩承载规律静态平压静态压缩失效形态包装材料结构形态平压试验

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铝蜂窝静动态压缩行为研究

铝蜂窝静动态压缩行为研究

作者：唐爽中南大学

学位级别：硕士

摘要：铝蜂窝作为一种类似于自然界蜂窝形状的多孔材料,具有质量轻,比强度和比刚度高、消音和隔振性能好等特性。特别是铝蜂窝法向压缩过程中特殊的变形模式,通过蜂窝胞壁的塑性变形吸收大量的能量,缓和冲击力,其已大量应用于包装、重... 详细信息

摘要：铝蜂窝作为一种类似于自然界蜂窝形状的多孔材料,具有质量轻,比强度和比刚度高、消音和隔振性能好等特性。特别是铝蜂窝法向压缩过程中特殊的变形模式,通过蜂窝胞壁的塑性变形吸收大量的能量,缓和冲击力,其已大量应用于包装、重要设备的防护及结构体内部填充以及军事工程中。由于在应用中,铝蜂窝主要承受异面载荷作用,其异面压缩行为的研究具有实际工程的指导意义。本文以正六边形铝蜂窝夹芯为研究对象,对其在异面静态及动态压缩行为进行实验研究,并同时采用数值有限元模拟方法模拟了铝蜂窝在高速冲击作用下的异面压缩行为,根据实验及数值有限元模拟结果,得到了如下结论：(1)在静态及动态压缩中,铝蜂窝的异面压缩应力-应变曲线都呈现典型三阶段形式：即弹性阶段;屈服平台阶段;致密化阶段。(2)铝蜂窝基体材料、相对密度及高度对其屈服平台应力强度有较大影响,而面板厚度对蜂窝平台应力强度影响较小;铝蜂窝静动态致密化应变大于60%,其致密化应变大小主要与铝蜂窝相对密度有关。(3)对边长1.0-1.83mm,厚度0.04-0.06mm,相对密度0.05-0.06的三种5052H18铝合金蜂窝在1000S-1速率条件下动态压缩与其准静态压缩屈服平台应力进行对比,发现铝蜂窝的稳态屈服平台应力均具有明显的应变率敏感特性,应是材料特性—孔格参数—空气压缩特性三者联合作用的结果。(4)对相对密度0.05、0.06、0.061的5052H18铝合金蜂窝在20m/s速率压缩下的压缩行为建立单元阵列模型进行数值有限元模拟,其结果与动态压缩实验值比较符合。

关键词：铝蜂窝静态压缩动态压缩数值模拟

Coir-MPC受压和弯曲性能试验研究及微观机理分析

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Coir-MPC受压和弯曲性能试验研究及微观机理分析

作者：耿涛广州大学

学位级别：硕士

磷酸镁水泥（Magnesium Phosphate Cement,简称MPC）是一种新型无机胶凝材料,具有凝结时间短、早期强度高、体积稳定性高、耐磨性能好等优点,常用于道路、桥梁、机场跑道以及军事工程加固和快速修补等方面。然而,MPC与普通硅酸盐水泥一... 详细信息

磷酸镁水泥（Magnesium Phosphate Cement,简称MPC）是一种新型无机胶凝材料,具有凝结时间短、早期强度高、体积稳定性高、耐磨性能好等优点,常用于道路、桥梁、机场跑道以及军事工程加固和快速修补等方面。然而,MPC与普通硅酸盐水泥一样亦存在韧性差、易开裂的问题,这限制了其应用范围。椰子纤维（Coir Fiber,简称CF）是一种可再生绿色植物纤维,其具有生态环保、价格低廉、机械性能良好等特点。鉴于此,本文将采用CF改善上述问题,并通过宏观试验和微观测试相结合的方法研究CF对MPC静态压缩性能、弯曲性能和微观结构的影响,为进一步研究CF-MPC的耐久性和工程应用提供基础,主要研究内容如下:（1）研究处理方式对CF化学成分、表面形貌的影响。结果表明:煮沸处理方式提高CF中的纤维素含量,增大纤维素结晶度,易于形成大量氢键;与此同时改善了CF表面洁净度,形成粗糙度较高的表观形貌,二者有助于增强CF与MPC二者的界面黏结,发挥CF桥联作用。（2）通过静态压缩试验,研究不同体积掺量、长度CF对MPC破坏模式、抗压强度、应力-应变曲线、割线模量、塑性的影响。结果表明:CF的掺入,MPC基体由脆性破坏模式转为塑性破坏模式;随着CF体积掺量、长度的增大,MPC抗压强度总体呈缓慢下降趋势,但影响很小,与此同时应力-应变曲线上升段平缓、割线模量逐渐变小,下降段亦趋于平缓、塑性增强。（3）通过三点弯曲试验,研究不同体积掺量、长度CF对MPC破坏模式、抗折强度、荷载-位移曲线、割线刚度、韧性、塑性的影响。结果表明:CF的掺入,MPC基体由脆性破坏模式转为低韧性、高韧性破坏模式;CF对MPC抗折强度的影响显著,表现为随着CF体积掺量、长度的增大,MPC抗折强度总体呈先上升后下降的趋势,并分别在CF体积掺量3%、长度20mm时达到最大抗折强度,与此同时荷载-位移曲线近似线弹性段逐渐平缓,割线刚度缓慢下降,下降段亦趋于平缓,韧性、塑性逐渐增强。（4）通过XRD、SEM微观测试研究CF对MPC水化成分、微观结构的影响,结果表明:CF阻碍MPC水化过程,MPC水化物含量缓慢下降,MPC密实度缓慢下降。

关键词：磷酸镁水泥椰子纤维静态压缩三点弯曲微观测试

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兔椎体细观生物力学建模分析及动态冲击研究

兔椎体细观生物力学建模分析及动态冲击研究

作者：杜一铭太原理工大学

学位级别：硕士

脊柱是人体的中心支柱,具有支撑躯干和保护脊髓的功能。但随着工业化的快速发展,交通事故和高空坠落导致的脊柱损伤占50%以上,并且胸腰椎受伤的占比能达到80%。如果进一步发生脊髓损伤,患者可能会有瘫痪的风险,给家庭和社会造成沉重的... 详细信息

脊柱是人体的中心支柱,具有支撑躯干和保护脊髓的功能。但随着工业化的快速发展,交通事故和高空坠落导致的脊柱损伤占50%以上,并且胸腰椎受伤的占比能达到80%。如果进一步发生脊髓损伤,患者可能会有瘫痪的风险,给家庭和社会造成沉重的负担。因此,探究脊柱在受到冲击性载荷时的力学特性,为脊柱损伤的临床治疗和康复提供生物力学方面的方法指导。考虑到脊柱结构和功能的复杂性,本文主要以新西兰大白兔脊柱的单个椎体为研究对象,采用实验测量和有限元模拟的方法,通过兔单椎的动态冲击试验,椎体松质骨的静态压缩试验和有限元分析,探究整个椎骨和局部松质骨的结构和生物力学损伤特性。具体的研究内容如下:（1）使用自制的冲击试验台对兔脊柱单椎进行动态冲击实验,使用数字存储示波器记录动态冲击力传感器的信号,获得冲击载荷-时间曲线,并与单椎的压缩破坏载荷作对比分析;（2）用高速摄像机记录兔椎体的动态冲击过程,把椎骨破坏过程的视频转换成图片,用Match ID软件对椎骨的应变进行分析;（3）用手电钻取出椎骨中不同位置的松质骨试件,在Instron 3343万能材料试验机上进行松质骨试件的静态压缩实验,得到载荷-位移曲线和应力-应变曲线,获得表观密度和弹性模量的参数;（4）对兔脊柱单椎进行Micro-CT扫描,获得椎骨清晰图像,通过医学图像处理软件（Simpleware、3-matic和Hyper Mesh）建立松质骨有限元模型,利用有限元分析软件（Abaqus）进行模拟和分析。通过对实验数据的处理和有限元模拟的分析,可以得出如下结论:（1）单椎动态冲击实验表明,对于兔脊柱的胸椎与腰椎,静态压缩的载荷值小于动态冲击的载荷值;胸椎的动荷系数大于腰椎的动荷系数;无论是静态压缩还是动态冲击,胸椎与腰椎的等效应力都呈现先增大后减小的相似趋势,并且在胸腰椎处发生突变,在腰椎处趋于稳定;椎骨的能量曲线增长过程为先慢后快,对应椎骨的不同破坏阶段,并且发生能量回弹;（2）通过Match ID软件对冲击过程图像的处理和分析,表明椎体受到轴向冲击时纵向应变远大于横向应变,因此要在轴向上加强对脊柱的保护,避免轴向承受过大载荷;（3）松质骨的静态压缩实验表明,松质骨的破坏载荷较低,承载力较弱,且破坏过程只有一个阶段,与其它多孔均匀材料的破坏过程相类似;通过计算获得松质骨表观密度和弹性模量参数,为细观模型有限元的分析做好材料属性的准备;松质骨承载力的增加是由于骨小梁填充于空腔而且被逐渐压实,承载力达到极限后骨小梁坍塌,材料破坏;（4）通过有限元分析表明,椎体的松质骨在受到压缩载荷时,应力分布不均匀,骨小梁较细的部分应力值最先达到最大值,而且松质骨会向骨密度稀疏的一侧倾斜,杆状骨小梁最先发生破坏。正常松质骨与骨质疏松松质骨的应力、应变值等参数相差较大,骨质疏松后其力学性能降低很多,所以要注意尽量避免骨质疏松的发生;（5）通过对椎体松质骨的实验和有限元对比分析,曲线在线弹性阶段的增长趋势基本一致,验证了模型的有效性;（6）椎体细观建模和分析对于椎体宏观结构和特性的研究具有重要的研究意义和价值,可以对宏观特性的表现找到其细观或微观的机制或原因。本文的研究结果所获得的参数对提高有限元模拟的精确性有很大的帮助,而且可以为脊柱的损伤诊断和康复提供指导性意见,也对临床医学脊柱的保护和防护有借鉴作用。

关键词：脊柱单椎松质骨动态冲击静态压缩脊柱损伤有限元分析

金属橡胶超弹性本构模型研究及其有限元二次开发

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金属橡胶超弹性本构模型研究及其有限元二次开发

作者：邵晓宙中北大学

学位级别：硕士

在设计新型金属橡胶制品时,对其本构关系进行深入研究有助于缩短研发周期,节约设计成本。现有的金属橡胶本构模型含有较多的参数,形式复杂,且不能很好地与有限元软件结合。本文以空心圆柱金属橡胶构件为研究对象,建立拟合精度较高且易... 详细信息

在设计新型金属橡胶制品时,对其本构关系进行深入研究有助于缩短研发周期,节约设计成本。现有的金属橡胶本构模型含有较多的参数,形式复杂,且不能很好地与有限元软件结合。本文以空心圆柱金属橡胶构件为研究对象,建立拟合精度较高且易与有限元软件结合的金属橡胶超弹性本构模型。为金属橡胶制品的性能预测提供参考,同时也为金属橡胶在其他领域的应用和推广提供便利。基于连续介质力学理论,本文将金属橡胶静态变形过程等效为超弹性体的均匀变形,其中金属橡胶的本构关系由应变能函数来确定。首先对金属橡胶静态压缩的变形过程进行分析,并结合超弹性体本构模型理论,将金属橡胶的变形分为等容部分和体积部分,建立金属橡胶超弹性本构模型。然后通过对静态试验数据的分析,研究得出固相体积分数与丝径是对金属橡胶本构模型精度的影响较大的因素,且加载速度在0.5mm/min～50mm/min内变化对金属橡胶的刚度影响较小的结论。最终确定金属橡胶应变能函数的形式。经验证,金属橡胶超弹性本构模型较多项式模型有更好的拟合精度,且对固相体积分数和丝径变化时的本构关系有较好的预测性。基于有限元软件ABAQUS中的用户子程序接口,对金属橡胶超弹性本构模型进行有限元软件的二次开发。为简化通过试验数据拟合求解本构模型材料参数的过程,开发基于MATLAB的GUI工具编写的材料参数求解软件。首先利用Fortran语言编写金属橡胶超弹性本构模型应变能的用户子程序,并通过单元压缩仿真和空心圆柱静态压缩仿真对子程序进行了验证。验证结果表明编写的子程序能够反映金属橡胶静态压缩特性。在将二次开发工作与实际工程应用结合的过程中,先对金属橡胶隔振器进行静态试验,得到在4 k N载荷下的最大位移量为2.50mm左右。再将静态试验数据导入材料参数求解软件中,确定本构模型的材料参数。最后调用编写好的用户子程序文件对金属橡胶隔振器静态试验进行仿真,仿真结果显示在相同载荷下的最大位移量为2.68 mm,与四组试验值比较的最大误差为7.6%,验证了二次开发工作在实际工程应用中的有效性。

关键词：金属橡胶本构模型静态压缩超弹性有限元二次开发

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五元难熔高熵合金的组织结构与力学性能研究

五元难熔高熵合金的组织结构与力学性能研究

作者：郭建斌北京理工大学

学位级别：硕士

高熵合金作为一种新型合金材料,突破了以一种或两种金属元素为主的传统合金的设计理念。高熵合金是采用五种或五种以上合金元素按照等摩尔比或近等摩尔比制备而成的合金。多主元的混合产生高熵效应,促进元素充分混合并形成简单的体心立... 详细信息

高熵合金作为一种新型合金材料,突破了以一种或两种金属元素为主的传统合金的设计理念。高熵合金是采用五种或五种以上合金元素按照等摩尔比或近等摩尔比制备而成的合金。多主元的混合产生高熵效应,促进元素充分混合并形成简单的体心立方或面心立方结构,有时还会形成少量化合物,强化合金性能。通过合金成分的合理设计,可以使高熵合金具有高强度、高硬度、耐高温蠕变、耐高温氧化、耐磨损和耐腐蚀等优异性能。因此,高熵合金具有很大的应用潜力。本文从Ta、Mo、W、Nb、V、Zr、Hf和Ti八种元素中选取五种元素按照等摩尔比配置,利用非自耗真空电弧熔炼炉,熔炼了TaMoWNbZr、ZrTiHfNbMo、ZrTiHfVTa与ZrTiHfVNb四组高熵合金。采用OM、XRD、SEM、EDS等手段对高熵合金的进行组织形貌和相结构分析,并对合金的维氏硬度、静态压缩性能、动态压缩性能及高温压缩性能进行测试。研究表明:ZrTiHfNbMo、ZrTiHfVTa与ZrTiHfVNb合金均形成单一的体心立方结构,TaMoWNbZr合金除了形成简的单体心立方结构的固溶体相外还形成另外一种含有Zr的相,且合金组织均为树枝晶形貌。四组合金的维氏硬度在35627之间,静态压缩强度在1123609MPa,动态压缩曲线表明ZrTiHfNbMo与ZrTiHfVTa合金存在应变率强化效应。合金高温压缩试验表明,ZrTiHfNbMo有一定的耐高温软化能力,而其他三组合金高温强度很低,不适用于高温环境。

关键词：高熵合金显微组织静态压缩动态压缩

低速冲击荷载对复合材料T型接头力学性能影响研究

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低速冲击荷载对复合材料T型接头力学性能影响研究

作者：熊佳强华东交通大学

学位级别：硕士

复合材料T型接头作为典型的复合材料整体化结构部件,在飞机,船艇,汽车等结构上的应用非常广泛;由于其损伤机理和破坏模式复杂,加上成型工艺的复杂性;且复合材料结构在制造和使用的过程中极易受到低速冲击的影响,这种因素会显著影响结构... 详细信息

复合材料T型接头作为典型的复合材料整体化结构部件,在飞机,船艇,汽车等结构上的应用非常广泛;由于其损伤机理和破坏模式复杂,加上成型工艺的复杂性;且复合材料结构在制造和使用的过程中极易受到低速冲击的影响,这种因素会显著影响结构的剩余强度性能。而T型接头在冲击荷载下的强度问题又是其整体结构在服役期间的关键问题所在,所以为了保证整体结构的安全性,对复合材料T型接头在冲击荷载下的性能强度研究是非常有必要的。本文采用真空辅助树脂灌注成型(VARI)工艺制备复合材料T型接头(有无掺杂铁丝网)和纯腹板条。为了研究低速冲击荷载对T型接头的力学性能影响,开展低速冲击试验,静态压缩试验及低速冲击(LVI)后拉伸试验等试验。具体的研究内容如下:(1)对复合材料T型接头在低速冲击作用下的力学性能进行了试验研究,通过参照ASTM-D 7136标准,利用落锤冲击试验模拟低速冲击(LVI)过程,分别采用15 J、20 J、25 J、30 J、35 J这五种能级能量对T型接头和纯腹板条进行冲击,并通过相机观察和扫描电子显微镜(SEM)对冲击后的损伤形貌进行记录和分析,获得复合材料T型接头在低速冲击荷载作用下的抗冲击响应规律。结果表明:T型接头与纯腹板条在低速冲击过程中的结构性能上有明显差异及两者的损伤区域破坏形式也是有所不同的。T型接头的中间三角填充区和纯腹板条的中间冲击接触区域所产生的损伤主要是由玻璃纤维断裂和树脂基体开裂造成的,而夹具挤压边缘处所产生的损伤主要是由于在冲击过程中,夹具边缘处与试件之间受到相互挤压而导致其周围玻璃纤维产生横向断裂造成的。另外对未掺杂铁丝网的T型接头(TS0)与掺杂铁丝网的T型接头(TS40)的对比情况进行分析,总结出在T型接头中掺杂铁丝网未能提高其结构的抗冲击性能,但能提高结构本身的延性。(2)对玻璃纤维T型接头在静态压缩下的损伤演化规律进行研究,参照GB/T1024.4-2006标准,由于该静态压缩试验是为了更好的解释低速冲击损伤失效机理,在静态压缩过程中所采取的限制约束条件与低速冲击试验基本保持一致,以保证试验的真实性和精确性。通过对T型接头静态压缩损伤结果进行分析,得出随着压缩过程的发展,垂直裂纹与水平裂纹沿腹板中间界面传播,且裂纹长度与压缩时间呈正相关,直到试件在压缩过程中完全被挤压变形甚至发生结构整体断裂。分析与记录了TS0和TS40在静态压缩过程中的失效演变及曲线变化情况,得出在T型接头层间中夹杂铁丝网能大大提高结构的抗压缩性能,提高了约36.6%。(3)为了进一步研究复合材料T型接头在低速冲击荷载下的力学性能,开展通过LVI加载后的拉伸试验,分析对LVI加载后拉伸剩余强度的影响以及通过二维数字图像(VIC-2D)技术观察复合材料T型接头在冲击后拉伸过程中的损伤情况以及试件在五种能级下的拉伸力学曲线变化。结果表明,随着冲击能量的递增,T型接头结构的抗拉伸性能是逐渐递减的,在T型接头试件中掺杂铁丝网可能在结构联结性上有所降低;但对整体结构的抗拉伸性能上是有明显提高的,在冲击能量为20 J时最大提高了24.33%。从VIC-2D所显示的拉伸应变云图发现,填充区的破坏只是降低了T型接头的承载能力,真正导致接头失效的原因是胶层的剥离。其次为了提高GFRP-T型接头的强度,在T型接头结构的层间插入了一层不锈钢丝网(SSWN)。试验结果表明:SSWN的加入减小了腹板的分层破坏面积,同时连接邻近的GFRP层,避免了结构的突然破坏,提高了其LVI后的抗拉性能。

关键词： T型接头低速冲击静态压缩冲击后拉伸剩余强度损伤失效机理