材料力學(xué)論文1

　　摘要：適合的木粉填充量、粒徑大小有利于提升木塑材料的綜合性能;合適基體樹(shù)脂的選擇也有較大影響;加工工藝的類(lèi)型決定材料的質(zhì)地、密度, 影響材料強度;原料的改性處理也是提升木塑材料的重要途徑。闡述了提升木塑材料力學(xué)性能的微觀(guān)作用機理, 舉出了現階段主要的科研成果, 總結了木塑材料發(fā)展的不足, 并做出了展望。

　　關(guān)鍵詞：木塑復合材料; 木粉; 基體塑料; 加工工藝; 助劑;

　　木塑復合材料, 簡(jiǎn)稱(chēng)WPC, 是由熱塑性塑料作為基體材料, 植物纖維作為增強材料復合而成的一種聚合物基復合材料。作為木塑復合材料的熱塑性基體塑料主要包括:PP、PE、PVC、PS等, 木粉通常采用楊木粉、桉木粉、竹粉等�，F階段木塑復合材料的制備工藝主要是擠出成型和模壓成型, 將木粉與塑料經(jīng)高速混合機混合均勻后, 加入擠出機中 (通常使用雙螺桿擠出機) , 熔融共混后從特定形狀的出料口擠出成型, 或者直接將物料熔融共混后注入磨具中壓制成型, 最后根據需要可以對成型的木塑復合材料進(jìn)行加工處理。

　　木塑復合材料現已應用于包裝、建筑、園林庭院、汽車(chē)內飾等領(lǐng)域, 但是木塑復合材料的力學(xué)性能不高及耐水性能差一直限制其更加廣泛的使用, 科研人員也致力于開(kāi)發(fā)新型的高強木塑復合材料。

　　本文主要從木粉粒徑、木粉填充量、基體塑料種類(lèi)、加工工藝和原料前處理展開(kāi), 探究木塑復合材料的力學(xué)性能特點(diǎn), 并介紹改性研究的發(fā)展現狀。

　　1 木粉粒徑、填充量對材料力學(xué)性能的影響

　　強度反映了材料抵抗破壞的能力, 往往是復合材料增強改性的研究重點(diǎn)。影響木塑復合材料拉伸強度、彎曲強度等力學(xué)性能的主要因素有植物纖維種類(lèi)、含量、粒徑分布, 基體塑料的種類(lèi), 助劑的使用, 成型工藝等。一般而言, 在一定程度上植物纖維粉末的粒徑越小、分布越均勻所制得的木塑復合材料強度越高。

　　宋麗賢等[1]利用桉木粉制備出PVC基的木塑復合材料, 探究了木粉粒徑大小對材料強度的影響。首先用10%的Na OH溶液對桉木粉進(jìn)行了預處理, 然后將處理后的木粉與PVC經(jīng)高速混合機混合均勻后, 經(jīng)熔融、混煉、模壓成型后制備出木塑復合材料。實(shí)驗結果發(fā)現:復合材料的拉伸強度隨著(zhù)木粉粒徑的減小呈現出先增大后減小的趨勢, 在粒徑為70~80目時(shí)出現強度峰值。由于木粉粒徑的減小, 大顆粒木粉所造成的應力集中現象消失, 木粉與PVC的混合狀況變好, 木粉在基體塑料中形成連續相, 對材料起到增強作用。但隨著(zhù)木粉粒徑的繼續降低, 木粉在基體塑料中出現團聚現象, 同時(shí)木粉表面的粗糙度隨著(zhù)粒徑的下降而變小, 對基體塑料的附著(zhù)力變差, 降低了復合材料混合的均勻性, 易造成應力集中, 使得材料拉伸強度下降。

　　李蘭杰等[2]研究了木粉粒徑對HDPE基復合材料力學(xué)性能的影響。結果表明:粒徑較大的木粉有利于復合材料彎曲強度和沖擊強度的提高, 與粒徑大小為100μm的木粉相比, 850μm的木粉制得的復合材料彎曲強度、彎曲模量和沖擊強度分別提高10.4%、56.3%和14.6%, 增強效果明顯。

　　木粉的填充量對木塑復合材料的力學(xué)性能也具有一定的影響。在木粉添加量較少時(shí), 粉體在塑料中的呈現不均勻“海島狀”分布, 易造成應力集中現象, 并且在外力的持續作用下, 分散的木粉顆粒周?chē)�形成銀紋, 應力增大時(shí)銀紋擴增, 最終導致材料發(fā)生斷裂, 使得復合材料的拉伸強度較差。木粉含量增加到一定程度時(shí), 粉體之間相互接觸, 發(fā)生交叉甚至纏繞現象, 在受到應力作用時(shí), 纖維之間相互牽制, 使得材料能夠承受更大的作用力, 起增強作用, 拉伸強度增大。當木粉含量進(jìn)一步增大時(shí), 材料的拉伸強度趨于平穩, 木粉含量不再是主要的影響因素。

　　王自瑛等[3]利用擠出成型的方法制備出了HDPE基的木塑復合材料, 探究了木粉添加量對材料靜態(tài)力學(xué)性能和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響。實(shí)驗發(fā)現:木粉填充量在50%~70%時(shí), 拉伸強度與沖擊強度受木粉添加量的影響較小, 隨著(zhù)添加量的增加表現出先增大后減小的趨勢, 但變化程度較小, 當木粉填充量超過(guò)80%時(shí), 拉伸強度和沖擊強度急劇下降, 這是因為木粉添加量到一定程度后在基體塑料中發(fā)生了團聚, 嚴重影響復合材料的力學(xué)性能。動(dòng)態(tài)熱機械分析表明復合材料的儲能模量和損耗模量均隨著(zhù)木粉添加量的增高而增大。

　　2 基體塑料種類(lèi)對材料力學(xué)性能的影響

　　高分子材料的性能往往取決于分子結構的類(lèi)型和鏈段運動(dòng)的方式。柔順性好的高分子結構往往賦予聚合物優(yōu)異的韌性, 高分子結構中存在的剛性基團往往會(huì )提供聚合物卓越的剛性;晶體高分子鏈段被凍結在晶體結構中, 即使在受到外力作用下也無(wú)法自由移動(dòng), 非晶高分子鏈段無(wú)規排列, 在受到外力作用時(shí)會(huì )出現強迫高彈形變。因此, 基體塑料的種類(lèi)對木塑復合材料的力學(xué)性能有著(zhù)較大的影響。

　　以L(fǎng)DPE和HDPE基的木塑復合材料為例, HDPE基的拉伸強度和彎曲強度均要明顯強于LDPE基, 這是因為HDPE的高分子鏈結構規整, 在熔融加工形成復合材料的過(guò)程中, 分子鏈排列緊密, 范德華作用力大大增強, 使得材料的強度提高。以HDPE和PP基的木塑復合材料為例, HDPE基的彎曲強度較高, 這是因為HDPE的熔點(diǎn)較低, 在與木粉熔融共混的過(guò)程中, 混合體系粘度降低, 使得材料混合均勻, 導致HDPE基木塑復合材料的彎曲強度更高。

　　孫曉民等[4]探究不同基體塑料, 如PE、PP、PVC, 對木塑復合材料力學(xué)性能的影響。實(shí)驗得出結論:不同的塑料基體對復合材料的性能會(huì )產(chǎn)生不同的影響, PE、PP、PVC基的木塑復合材料拉伸強度和斷裂伸長(cháng)率并無(wú)明顯差距;PVC基的彎曲強度和彎曲模量分別達到了48.29MPa和3.78GPa, 較PE基分別提升了28.37%、50.87%;PE基的韌性最佳, 室溫下, 缺口沖擊強度達到了4.93k J·m-2。

　　周雷[5]以聚對苯二甲酸乙二醇酯-1, 4-環(huán)己二甲醇酯 (PETG) 為基體塑料采用熱壓成型的方式制備了纖維質(zhì)量分數為10%的木塑復合材料, 先用高速混合機將原料混合30min, 在溫度為190℃, 壓力為10MPa的條件下熱壓10min使材料成型, 經(jīng)過(guò)力學(xué)性能測試后發(fā)現, 纖維顆粒尺寸在60~80目時(shí), 復合材料的彎曲強度達到最大值, 為81.74MPa。PETG基的木塑復合材料從綜合力學(xué)性能上來(lái)說(shuō)是優(yōu)于PE基材料的。

　　3 加工成型方式對材料力學(xué)性能的影響

　　不同的加工成型方式對木塑復合材料的性能影響是不同的。木塑復合材料的成型工藝可分為熱壓法一次成型和擠出注塑二次成型, 當采用擠出注塑成型方式時(shí), 擠出溫度、螺桿轉速、擠出壓力等都會(huì )影響復合材料的力學(xué)性能。

　　趙忠玉[6]介紹了擠出注塑成型時(shí)加工工藝的參數設置對材料力學(xué)性能的影響。物料混合區的溫度較低時(shí), 基體塑料粘度較大, 導致擠出效率下降, 溫度較高時(shí), 可能會(huì )導致木粉焦化, 影響復合效果;螺桿轉速較快時(shí), 物料混合不均勻, 導致出現內應力, 降低產(chǎn)品外觀(guān)效果和使用性能, 螺桿轉速較慢時(shí)會(huì )導致出料速率變慢, 影響生產(chǎn)效率;合適的擠出壓力有利于物料混合, 提高力學(xué)性能強度, 壓力過(guò)高時(shí)會(huì )導致出料不均勻, 甚至不成型, 壓力過(guò)低時(shí)擠出物料密度下降, 力學(xué)強度降低, 并且導致產(chǎn)品表面出現不均勻紋路。

　　徐冬梅等[7]采用正交試驗探究了木塑復合材料擠出成型最佳的工藝參數。主機頻率和喂料頻率分別為10Hz、8Hz, 擠出機七個(gè)區段溫度階段遞增, 由150℃升至180℃, 每區段升溫5℃, 機頭溫度設定為175℃, 此時(shí)擠出成型的木塑復合材料品質(zhì)最佳。

　　朱嫻等[8]探究了木塑復合材料模壓成型和擠出成型的性能對比, 實(shí)驗結果發(fā)現, 模壓成型制備的復合材料在拉伸強度、彎曲強度、斷裂伸長(cháng)率等方面均要優(yōu)于擠出成型工藝, 這是因為模壓成型對于木粉和塑料的混合效果更明顯, 相容性更高, 力學(xué)性能更強, 而擠出成型的方式存在較大的切應力使得木粉在混合過(guò)程中被切斷, 纖維長(cháng)度減小, 在基體中的取向程度降低, 導致力學(xué)性能不高。

　　4 改性處理對材料力學(xué)性能的影響

　　復合材料由基體相、增強相和界面相組成, 基體材料與增強材料復合使得材料性能顯著(zhù)提升的根本原因是界面效應所產(chǎn)生的協(xié)同作用, 因此提高復合材料的界面相容性往往會(huì )大幅度提升材料的力學(xué)性能。木塑復合材料提升界面相容性的方法主要是添加偶聯(lián)劑和相容劑, 偶聯(lián)劑和相容劑都具有兩親結構, 疏水端與非極性基體塑料具有很好的相容性, 親水端能夠與纖維粉末形成氫鍵或發(fā)生縮合反應, 最終使得纖維粉末與基體塑料具有較好的相容性, 并提升粉體分散的均勻性。

　　張文杰[9]探究了硅烷偶聯(lián)劑的添加量對聚丙烯基木塑復合材料力學(xué)性能的影響, 實(shí)驗發(fā)現, 隨著(zhù)硅烷偶聯(lián)劑KH550添加量的增多, 復合材料的拉伸強度和沖擊強度均呈現先增后減的趨勢, 7%的KH550添加量時(shí)達到峰值, 拉伸強度和沖擊強度分別達到38.8MPa、201.2J·m-2, 較未添加時(shí)分別增強了11.9%、45.6%, KH550添加量低于7%時(shí), 偶聯(lián)劑的兩親結構提升了聚丙烯和木粉的相容性, 使得力學(xué)性能提升, 當添加量高于7%時(shí), 偶聯(lián)劑可能在復合體系中聚集或形成弱界面層, 降低了界面相容效果。

　　曹金星等[10]利用亞臨界流體擠出技術(shù)對PP基木塑復合材料進(jìn)行了界面相容改性處理, 探究了以PP-g-MAH作為相容劑對復合材料力學(xué)性能的增強。實(shí)驗發(fā)現, 添加PP-gMAH的質(zhì)量分數達到10%時(shí)復合材料的綜合力學(xué)性能最佳, 復合體系中PP-g-MAH起到了類(lèi)似"橋梁"的作用, 提高了木粉與PP的相容性, 進(jìn)而增加了力學(xué)強度, FTIR證實(shí)PP-gMAH與木粉上裸露的羥基發(fā)生了酯化反應, 在木粉顆粒上鍵接了相容劑分子, 最終與PP基體達到分子水平上的混合, 宏觀(guān)上表現出力學(xué)性能的提高。

　　5 小結

　　木塑復合材料發(fā)展至今遭遇了很多問(wèn)題, 也攻克了很多難關(guān), 其中木塑材料的力學(xué)性能的改善更是科研人員研究的重點(diǎn), 投入了大量的時(shí)間和精力去探究影響木塑材料力學(xué)強度的微觀(guān)因素, 包括纖維粉末粒徑的大小、纖維粉末的填充量、基體塑料的種類(lèi)、加工工藝和改性處理等。木塑材料的開(kāi)發(fā)已取得了很多卓越的成就, 但仍存在不足之處, 比如密度高、耐熱性和耐老化性差、造價(jià)昂貴等, 這些都是未來(lái)木塑復合材料發(fā)展的主要障礙, 需要我們廣大科研和工程技術(shù)人員的不斷努力。

　　參考文獻

　　[1]宋麗賢, 張平, 姚妮娜, 等.木粉粒徑和填量對木塑復合材料力學(xué)性能影響研究[J].功能材料, 20xx, 44 (17) :2451-2454.

　　[2]李蘭杰, 劉得志, 陳占勛.木粉粒徑對木塑復合材料性能的影響[J].現代塑料加工應用, 20xx (05) :24-27.

　　[3]王自瑛, 李珊珊.高木粉填充量PE木塑復合材料的機械性能分析[J].塑料, 20xx, 41 (06) :20-22.

　　[4]孫曉民, 劉伯元, 劉英俊, 等.不同樹(shù)脂基木塑復合材料的性能對比[J].上海塑料, 20xx (04) :16-19.

　　[5]周雷.廢紙/PETG木塑復合材料制備工藝與性能的研究[D].廣西大學(xué), 20xx.

　　[6]趙忠玉.淺談木塑復合材料擠出加工工藝參數對成型性能的影響[J].橡塑技術(shù)與裝備, 20xx, 43 (02) :50-52.

　　[7]徐冬梅, 劉太闖, 靳鑫, 等.正交法研究HDPE木塑復合材料的配混工藝[J].塑料工業(yè), 20xx, 44 (01) :67-70.

　　[8]朱嫻, 劉芹, 包玉衡, 等.成型方式對不同木塑復合體系的性能影響研究[J].高分子通報, 20xx (01) :68-73.

　　[9]張文杰.硅烷偶聯(lián)劑對PP基木塑復合材料力學(xué)性能的影響[J].科技信息, 20xx (13) :3, 30.

　　[10]曹金星, 張玲, 張云燦, 傅偉寧.相容劑對PP/木粉復合材料力學(xué)性能的影響[J].現代塑料加工應用, 20xx, 29 (02) :47-50.

材料力學(xué)論文2

　　“高水平大學(xué)建設”是20xx年廣東省教育改革的一項重大舉措，我校作為全省7所重點(diǎn)建設高校之一，既是機遇也是挑戰。通過(guò)高水平大學(xué)建設，進(jìn)一步提升學(xué)校的整體實(shí)力和國際影響力，把學(xué)校建設成為以農業(yè)科學(xué)和生命科學(xué)為優(yōu)勢，以熱帶亞熱帶區域農業(yè)研究為特色，多學(xué)科協(xié)調發(fā)展的特色鮮明、國際知名的高水平大學(xué)，為區域經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展做出重要貢獻，在服務(wù)“三農”、建設社會(huì )主義新農村和推進(jìn)現代農業(yè)發(fā)展方面發(fā)揮重要作用。高水平大學(xué)建設形勢下，對人才培養提出了更高的要求，相應的實(shí)驗和實(shí)踐教學(xué)改革也亟須深化、創(chuàng )新。材料力學(xué)實(shí)驗課程在我校工科專(zhuān)業(yè)人才培養中的作用舉足輕重，因此針對材料力學(xué)實(shí)驗課程的現狀及存在問(wèn)題、基于高水平大學(xué)建設中我校整體建設目標和特色要求，對材料力學(xué)實(shí)驗課程的教學(xué)提出了一些具體的改革措施。

　　1針對高水平大學(xué)建設提出具體改革措施

　　材料力學(xué)課程是工科專(zhuān)業(yè)的基礎必修課程，“材料力學(xué)實(shí)驗”是材料力學(xué)課程的實(shí)踐環(huán)節，它對后續其他專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習至關(guān)重要。20xx年我校已對材料力學(xué)實(shí)驗課程獨立設課，內容包括低碳鋼與鑄鐵的拉伸、壓縮和扭轉實(shí)驗，以及彎曲正應力測定、薄壁圓管彎扭組合變形應變測定、復合梁正應力測定等5個(gè)實(shí)驗，這些實(shí)驗雖然涉及了基礎型實(shí)驗、綜合設計型實(shí)驗，但由于實(shí)驗內容是基于一般工科類(lèi)院校專(zhuān)業(yè)課程的需要而制定的，實(shí)驗開(kāi)設與農業(yè)工程實(shí)踐應用存在一定差距，并且實(shí)驗方法呆板、實(shí)驗教學(xué)手段單一，不利于發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng )新能力，不符合高水平大學(xué)建設形勢下我校整體建設目標和特色要求，亟須進(jìn)行深化改革。

　　1.1實(shí)驗教學(xué)目標的調整和重新定位

　　首先是課程教學(xué)目標的調整和重新定位，本實(shí)驗課程原來(lái)的教學(xué)目標是通過(guò)實(shí)驗加強學(xué)生對材料力學(xué)理論概念的理解，并著(zhù)重進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗能力和操作技能的培養，但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，通常只側重于要求學(xué)生理解原理和學(xué)會(huì )操作，而忽略了實(shí)驗能力的系統性培養以及力學(xué)在農業(yè)工程中的應用和拓展，這不符合我校高水平大學(xué)建設人才培養的要求。

　　基于我校高水平大學(xué)建設中提出的以熱帶亞熱帶區域農業(yè)研究為特色，培養更多能適應區域經(jīng)濟發(fā)展需要的創(chuàng )新型、綜合型農業(yè)科技人才的目標，本課程除保留原有的教學(xué)基本目標外，重點(diǎn)突出農業(yè)工程所需要的各種能力的培養，除動(dòng)手能力外，更著(zhù)眼于農業(yè)工程各學(xué)科知識的綜合應用能力、創(chuàng )新意識和思維能力的培養，將來(lái)能獨立地進(jìn)行相關(guān)農業(yè)工程中力學(xué)問(wèn)題的研究，包括實(shí)驗目的確定、實(shí)驗方案設計、儀器設備選用、實(shí)驗過(guò)程操作、實(shí)驗數據處理以及實(shí)驗方案的自主創(chuàng )新，在推進(jìn)現代農業(yè)發(fā)展方面發(fā)揮重要作用。

　　1.2實(shí)驗內容體系建設實(shí)驗教學(xué)內容體系是實(shí)驗教學(xué)目標的支撐和依托。零散的依附于理論教學(xué)進(jìn)程的實(shí)驗內容不利于學(xué)生系統掌握力學(xué)實(shí)驗技能和方法，另外我校擴招后，學(xué)生人數增多，由于學(xué)生的興趣和知識結構呈現多樣性和一定的層次性，需要根據學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)以及學(xué)生層次，科學(xué)地、系統地構建本實(shí)驗課程教學(xué)內容體系和內容結構模塊。實(shí)驗教材的編寫(xiě)遵循以下幾個(gè)原則：

　　(1)內容的層次性和模塊化�；�礎型實(shí)驗的目的在于加強和鞏固學(xué)生對理論原理的理解，掌握力學(xué)實(shí)驗的基本測試技術(shù)和方法，綜合設計型實(shí)驗的目的在于培養學(xué)生綜合所學(xué)知識的運用能力。在原有的這2類(lèi)實(shí)驗項目的基礎上，增設創(chuàng )新研究型實(shí)驗項目，通過(guò)這類(lèi)實(shí)驗培養學(xué)生的創(chuàng )新設計能力及綜合分析解決農業(yè)工程中與力學(xué)有關(guān)問(wèn)題的能力。這3類(lèi)實(shí)驗項目在知識內容和操作要求上都逐級遞進(jìn)，符合學(xué)生循序漸進(jìn)學(xué)習知識的客觀(guān)規律，同時(shí)也可以有效應對我校擴招后學(xué)生層次不同的問(wèn)題。

　　(2)內容的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)。不同專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗內容可結合各專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)：對于車(chē)輛和交通專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，可以設置跟汽車(chē)相關(guān)的力學(xué)性能測試和分析，比如汽車(chē)直拉桿總成是連接汽車(chē)轉向器和橫拉桿總成的部件，是整個(gè)汽車(chē)安全件中最關(guān)鍵的部件，直拉桿在工作過(guò)程中受到軸向拉力、彎矩作用，測試這些作用的大小需要綜合運用拉伸和彎曲變形的知識以及電阻應變測量技術(shù)，是一個(gè)很好的綜合設計型實(shí)驗。對于機械設計制造和農業(yè)機械化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，可以設置一些跟現代農業(yè)機械裝備開(kāi)發(fā)研究相關(guān)的實(shí)驗項目，比如沖擊式谷物流量傳感器，采用沖擊板感受聯(lián)合收割機出糧口谷物的沖擊，通過(guò)電阻應變測量技術(shù)測量相應構件的應變來(lái)測量谷物的沖擊力，最后換算成谷物流量，這個(gè)實(shí)驗項目綜合訓練了材料力學(xué)中彎扭變形的應力測定及應片變的粘貼和電橋組橋方面的能力。對于建筑和路橋專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，可以設置一些房屋梁、柱、橋面及橋墩等構件的受力分析和測試，分析它們的強度問(wèn)題。結合各專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)設置的實(shí)驗項目更能激發(fā)學(xué)生對基礎課程的學(xué)習興趣，提高學(xué)習效率。

　　(3)內容的農業(yè)工程性。創(chuàng )新研究型實(shí)驗項目可以結合教師的科研項目，著(zhù)眼于解決南方地區農業(yè)工程領(lǐng)域的實(shí)際問(wèn)題。比如荔枝、龍眼等南方水果的力學(xué)性能測試。水果在采摘、加工和儲運過(guò)程中容易受到力的作用產(chǎn)生機械損傷，因此有必要對它們的力學(xué)特性進(jìn)行研究�；�礎型實(shí)驗中的低碳鋼和鑄鐵的拉伸和壓縮，試件已經(jīng)制成標準試樣，拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能也是已知的答案，屬于驗證型實(shí)驗，但是把它們換成荔枝或龍眼，對整果及各組成部分(包括果殼、果肉和果核)的彈性模量及受壓時(shí)的力學(xué)性能以及果殼的受拉性能進(jìn)行測定，這個(gè)難度就要大多了。果子的形狀是非標準的，學(xué)生嘗試進(jìn)行夾具的設計以及材料不同方向的力學(xué)性能測試，并且在測得實(shí)驗數據后分析建立荔枝、龍眼等南方水果的材料模型和本構方程，這對學(xué)生來(lái)說(shuō)就是一個(gè)很好的聯(lián)系農業(yè)工程實(shí)際的創(chuàng )新研究型實(shí)驗項目。又比如甘蔗和煙草等作物莖稈的力學(xué)性能測試，這對作物切割過(guò)程研究和刀片設計具有重要意義。通過(guò)測試作物莖稈(包括莖稈整體、皮和芯)的拉、壓、彎曲和扭轉的性能，觀(guān)察作物莖稈在各種受力和變形下的破壞形式，并進(jìn)行相應的分析，建立莖稈的力學(xué)模型與力學(xué)指標體系，進(jìn)而建立莖稈材料的破壞準則。

　　(4)內容結合“周培源大學(xué)生力學(xué)大賽”�！叭珖�周培源大學(xué)生力學(xué)大賽”是教育部高教司主辦的大學(xué)生科技競賽項目，其目的在于培養人才、服務(wù)教學(xué)、促進(jìn)高等學(xué)校力學(xué)基礎課程的改革和建設。這與高水平大學(xué)建設的目標是一致的，有選擇地把大賽實(shí)驗競賽內容融入到學(xué)生的選修實(shí)驗內容，有助于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習力學(xué)的興趣，加強學(xué)生實(shí)驗動(dòng)手能力、團隊合作能力及創(chuàng )新精神的培養。

　　1.3實(shí)驗教學(xué)方法的改革

　　實(shí)驗教學(xué)模式是實(shí)驗教學(xué)目標實(shí)現的關(guān)鍵，因此根據實(shí)驗教學(xué)目標和教學(xué)內容對教學(xué)模式，尤其是教學(xué)方法和手段進(jìn)行相應改革。

　　對于不同層次的實(shí)驗采用不同的實(shí)驗教學(xué)方法，基本型實(shí)驗的教學(xué)目的是強化學(xué)生自主操作的能力，要求學(xué)生熟悉相關(guān)的儀器設備，用理論知識解釋所觀(guān)察到的實(shí)驗現象。教師將實(shí)驗的注意事項、關(guān)鍵和要領(lǐng)以及該實(shí)驗在工程中的應用向學(xué)生講解后，學(xué)生就可以進(jìn)行實(shí)驗。對于綜合設計型實(shí)驗和創(chuàng )新研究型實(shí)驗，采用項目驅動(dòng)式和問(wèn)題導向引導式教學(xué)方法，實(shí)驗任務(wù)只給出實(shí)驗目的、實(shí)驗要求、應用背景、實(shí)驗設備及其使用說(shuō)明，配套相應的問(wèn)題，引導學(xué)生通過(guò)回答問(wèn)題逐步深入實(shí)驗。學(xué)生通過(guò)查閱資料、觀(guān)看網(wǎng)絡(luò )課件和視頻資料來(lái)制定實(shí)驗方案，根據實(shí)驗方案獨立完成實(shí)驗。實(shí)驗過(guò)程中以學(xué)生獨立分析、自主操作為主，以教師指導為輔。有些實(shí)驗可通過(guò)多種方案來(lái)實(shí)現，這一過(guò)程培養了學(xué)生的創(chuàng )新能力，注重了學(xué)生實(shí)驗過(guò)程的自主化和個(gè)性化。學(xué)生不僅能更好地深化理解、鞏固已學(xué)過(guò)的理論知識，而且在分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和實(shí)際操作水平方面也有了很大的提高，同時(shí)也了解并掌握了科學(xué)研究的方法和過(guò)程。

　　對實(shí)驗項目的內容、個(gè)數和不同層次實(shí)驗的權重做細致合理的安排，盡量做到實(shí)驗內容因人而異，因材施教。實(shí)驗項目分必做和選做兩部分，根據實(shí)驗難易程度和實(shí)驗工作量的大小給每個(gè)實(shí)驗相應的分值，除了一些必修實(shí)驗外，其他實(shí)驗可以選做。對于綜合設計型實(shí)驗和創(chuàng )新研究型實(shí)驗，實(shí)驗室相應地全天候開(kāi)放，給學(xué)生比較寬松的時(shí)間和環(huán)境。

　　1.4實(shí)驗教學(xué)手段的改革

　　為了提高力學(xué)實(shí)驗課程的教學(xué)效果，需要改變以往實(shí)驗手段單一的情況。一方面實(shí)驗過(guò)程中充分利用多媒體技術(shù)、視頻和網(wǎng)絡(luò )等現代化教學(xué)手段，通過(guò)建立材料力學(xué)實(shí)驗站，將相關(guān)的課件、視頻和虛擬實(shí)驗等資料上傳到網(wǎng)站，學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò )提前預習，節省了教師在課堂上講解的時(shí)間，這樣學(xué)生有更多的時(shí)間進(jìn)行動(dòng)手操作;另一方面在力學(xué)實(shí)驗教學(xué)中采用虛擬實(shí)驗系統也是我校努力的方向，積極探索使用Matlab、有限元、計算機數值仿真技術(shù)開(kāi)發(fā)虛擬實(shí)驗平臺，學(xué)生可以在網(wǎng)上制訂方案并虛擬實(shí)驗，虛擬實(shí)驗的逼真、生動(dòng)、可多次反復，既增加了學(xué)生實(shí)驗學(xué)習的趣味性，提高了教學(xué)效果，也減少了試件的耗損。

　　2改革后的效果展望

　　材料力學(xué)實(shí)驗教學(xué)改革是高水平大學(xué)建設大背景下實(shí)驗課程建設的新探索，通過(guò)實(shí)驗教學(xué)目標、實(shí)驗教學(xué)內容、實(shí)驗教學(xué)模式(包括實(shí)驗教學(xué)方法與教學(xué)手段)等方面的改革建立全新的材料力學(xué)實(shí)驗教學(xué)體系，實(shí)現從內容上激勵學(xué)生“我要學(xué)”，在教學(xué)手段上激勵學(xué)生“我要做”，在教學(xué)機制上激勵學(xué)生“我要創(chuàng )新”，力爭通過(guò)3～5年的教改實(shí)踐在這幾方面取得成效：

　　(1)調整后的教學(xué)目標符合了我校高水平大學(xué)建設的整體目標和要求，教學(xué)改革理念先進(jìn)，更具有創(chuàng )新性，對于其他課程的教學(xué)改革能起到一個(gè)好的借鑒作用。

　　(2)實(shí)驗內容的層次性、專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)、大賽特點(diǎn)、農業(yè)工程性，摒棄了學(xué)生對基礎實(shí)驗課程枯燥、脫離工程實(shí)際的認知，更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習的興趣，調動(dòng)學(xué)習的積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)習效率。通過(guò)不同層次實(shí)驗，由淺入深地培養學(xué)生的動(dòng)手能力、靈活運用知識的能力。通過(guò)融入大賽內容，培養了學(xué)生的創(chuàng )新能力和團隊合作創(chuàng )新精神。通過(guò)參與具有農業(yè)工程性的實(shí)驗，使學(xué)生了解力學(xué)在農業(yè)工程中的地位，了解科學(xué)研究的方法和過(guò)程，全面提升學(xué)生的農業(yè)工程素養，延伸力學(xué)實(shí)驗教學(xué)的內涵。

　　(3)通過(guò)實(shí)驗教學(xué)模式的改革和完善，形成以教師為主導、以學(xué)生為中心、以學(xué)生自我訓練為主的教學(xué)理念，切實(shí)提高課程教學(xué)質(zhì)量，有效踐行高水平大學(xué)建設的人才培養目標。

材料力學(xué)論文3

　　對金屬多空材料的應用有著(zhù)重要的作用，金屬多孔材料是有著(zhù)功能和結構雙重屬性的工程材料，尤其是在近些年的發(fā)展過(guò)程中使其得到了較為廣泛的應用。金屬多孔材料有著(zhù)密度小及抗沖擊性高等諸多的特征，由于對其實(shí)際的應用領(lǐng)域愈來(lái)愈廣，在應用的要求上也有著(zhù)很大的提升，所以對金屬多孔材料的力學(xué)性能的理論進(jìn)行研究就顯得格外重要。

　　1.金屬多孔材料的理論及類(lèi)型分析

　　1.1金屬多孔材料的理論分析

　　金屬多孔材料在實(shí)際的應用過(guò)程中會(huì )由于受到拉應力及壓應力等作用的影響，對其自身的力學(xué)性能造成一定程度的威脅，所以其自身的力學(xué)材料性能對應用的效果就有著(zhù)直接性的影響。金屬多孔材料的力學(xué)性能指標對應用的工況環(huán)境有著(zhù)決定性作用，在材料的性質(zhì)及致密材料上有著(zhù)很大的差異性。在近些年的發(fā)展過(guò)程中，金屬材料作為一種吸能材料，依靠著(zhù)自身質(zhì)量輕及吸能的效率高等優(yōu)勢在減震裝置等方面得到了應用，其在承受壓縮應力的過(guò)程中，應力及應變曲線(xiàn)上會(huì )有較寬屈服平臺區，所以在這一作用下能夠對外來(lái)力進(jìn)行應變，為能夠對這一材料得到更好的應用，就需要對其孔結構以及空隙率等方面進(jìn)行研究，使其得到更好的應用。

　　1.2金屬多孔材料的類(lèi)型分析

　　材料制備技術(shù)的發(fā)展使得金屬泡沫及金屬蜂窩等金屬多孔材料得到了廣泛應用，其中的金屬蜂窩多孔材料是人工制造的結構，主要是受到蜂巢結構的影響，隨著(zhù)發(fā)展其在結構上也呈現出了多樣化態(tài)勢。金屬蜂窩類(lèi)型的多孔材料的廣泛應用主要就是其在密度上相對較小，并在比剛度及比強度上都達到了一定程度，所以就成了生活中比較理想的輕質(zhì)材料�，F代的工業(yè)正處在蓬勃發(fā)展階段，所以對材料的性能方面就有著(zhù)較高的要求，對簡(jiǎn)述蜂窩多孔材料的改進(jìn)就成了必然，其中負泊松比材料能夠在未來(lái)的發(fā)展中有著(zhù)廣闊前景。負泊松比蜂窩i材料拉伸時(shí)膨脹及壓縮時(shí)收縮，所以有著(zhù)較好的力學(xué)性能。

　　另外還有金屬纖維多孔材料，這一材料不僅有著(zhù)金屬性質(zhì)同時(shí)也具有著(zhù)內部空隙，這是較好的結構功能一體化材料。對這一材料的承受載荷及沖擊的力學(xué)數據進(jìn)行積累能夠有效的拓寬這一領(lǐng)域的功能依據。

　　2.金屬多孔材料力學(xué)性能及具體試驗分析

　　2.1金屬多孔材料的力學(xué)性能分析

　　金屬多孔材料在壓縮應力方面有著(zhù)幾個(gè)重要的階段，首先在應變力較低的過(guò)程中，線(xiàn)性彈性區及應力會(huì )急劇的加大，金屬多孔材料處在壓縮時(shí)能量吸收能力會(huì )取決于壓縮應力及應變曲線(xiàn)下的平臺屈服區面積。在金屬多孔材料當中的金屬纖維多孔材料要能夠比泡沫鋁的能量吸附性要強。而金屬蜂窩多孔材料會(huì )在不同的速度加載過(guò)程中發(fā)生不同變形模式，然后就隨著(zhù)加載速度的增大其在變形模式上會(huì )從X型經(jīng)過(guò)V型向著(zhù)I型進(jìn)行過(guò)渡。在這一過(guò)程中的X型模式的形成是沖擊試件自身及反射應力波共同作用的一個(gè)結果。如果是速度繼續增大的時(shí)候，折疊區就會(huì )漸進(jìn)前行，其結構的變形不會(huì )很大，橫截面上所發(fā)生的變形也是均勻的存在的。

　　2.2金屬多孔材料力學(xué)性能具體試驗分析

　　通過(guò)以上對金屬多孔材料的力學(xué)性能的相關(guān)理論分析能夠看出，由于其在不同的因素影響下，會(huì )有不同程度的效果呈現出來(lái)。對金屬多孔材料的力學(xué)性能的試驗對實(shí)際的應用有著(zhù)重要的作用和意義，首先在金屬多孔材料的環(huán)拉強度方面，對過(guò)濾管使用中所受到的徑向沖擊力所受力的狀態(tài)，進(jìn)行了檢測方法的設置。具體的步驟就是通過(guò)靜壓成型的管樣樣品，從拉伸模通孔的位置進(jìn)行施加向外拉力，然后通過(guò)環(huán)拉的強度計算公式進(jìn)行計算，其計算公式為：&=F/S，其中的&就是環(huán)拉強度，而S就是多孔圓環(huán)受力面積，F即為破壞金屬多孔的瞬時(shí)力。

　　對金屬多孔材料的彎曲性能的試驗方面，這主要是對其沒(méi)有被破壞條件下能彎曲的最大角度。軋制成型的多孔板材通常要在卷管機上進(jìn)行卷制管材。在這一過(guò)程中對彎曲的角度的處理就顯得極為重要，彎曲角對卷管的最小直徑起到了決定性作用，此次的研究主要是對彎曲過(guò)程所受力的情況進(jìn)行的探究，主要是將寬度為三十毫米的試樣兩點(diǎn)支撐在壓力試驗機的平臺上，然后將試樣中部和壓頭保持正對，然后再慢慢的加壓。

　　在這一環(huán)節要能夠對試樣底部中間的部位進(jìn)行詳細的觀(guān)察，倘若是發(fā)生有裂紋出現就要立即停止。通過(guò)相關(guān)的試驗能夠發(fā)現，當彎曲的角度達到五十八度的時(shí)候，就能夠制備最小圓管直徑為一百二十毫米，這樣也就和實(shí)際的卷管直徑大小相符合，也就從另一方面說(shuō)明了能夠通過(guò)彎曲的性能對金屬多孔材料在實(shí)際的卷管最大內應力上進(jìn)行表示。

　　另外對金屬多孔材料的剪切強度的試驗過(guò)程中，由于在強度的標準上還沒(méi)有得到統一，所以此次的研究只是結合受力情況進(jìn)行設計剪切裝置。主要是將金屬多孔材料加工成直徑為為60×5毫米的片樣，然后采用上沖頭向下加力的方法，直到將多孔試樣造成破壞為止，通過(guò)這一壓力進(jìn)行對金屬多孔材料的剪切強度進(jìn)行實(shí)際的計算。

　　金屬多孔材料會(huì )在一定的程度上受到復燒因素的影響，這樣就對其力學(xué)性能造成很大的影響。燒結工藝是影響材料的最為重要的因素，燒結的燒結頸發(fā)育的情況對金屬多孔材料的力學(xué)性能情況能夠得以真實(shí)的反映。而不同的燒結工藝也會(huì )對金屬多孔材料的力學(xué)性能產(chǎn)生不同的影響。但是在燒結金屬多孔材料的力學(xué)性能的理論研究方面，卻遠遠落后于材料的實(shí)際應用，所以在材料應用過(guò)程中的諸多問(wèn)題還沒(méi)有得到相應解決，這也是今后需要努力研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。

　　3.結語(yǔ)

　　總而言之，針對金屬多孔材料力學(xué)性能的實(shí)際理論研究能夠看出，對其力學(xué)性能造成影響的因素是多方面的，而要想將其力學(xué)性能得到有效保持就要對其材料的結構進(jìn)行合理化的改進(jìn)。要能夠從實(shí)際出發(fā)，從材料的多方面內容出發(fā)，只有這樣才能夠將金屬多孔材料力學(xué)性能得到進(jìn)一步的加強。