关键词： 多尺度结构   结构拓扑优化   定制功能   增材制造   材料微结构   机械工程   蜂窝材料   连通性  

摘要： 近年来,制造材料的新技术和发现鼓励研究人员研究自然无法获得的材料特性的外观。诸如增材制造之类的制造技术的进步为生产具有复杂的晶格/孔格材料微结构的多尺度结构提供了前所未有的机会,以满足对具有定制功能的零件日益增长的需求。但是,现有技术的多尺度拓扑优化方法仍然难以实现使用蜂窝材料的可制造多尺度设计,部分原因是在平铺材料微结构时存在不连通性问题。通过结构拓扑优化方法的研究,可以一定程度解决这类制造问题。

关键词： 矿渣微粉   水泥基复合材料   作用时效   微观结构  

摘要： 为探究矿渣在水泥基材料中作用时效及其微结构演变规律,采用宏观性能测试和微观结构分析相结合的方法,通过对比方法研究了掺入不同掺量的矿渣以及与矿渣粉粒径相近的石英粉后对复合硬化浆体的强度、物相组成以及微观形貌的影响规律。结果表明:3 d时矿渣微粉在复合浆体中仅起微集料的物理填充作用,7 d时矿渣粉的火山灰效应显现,硬化浆体密实度逐渐提高,28 d时矿渣-水泥复合组分(掺量分别为10%、20%、30%、50%)的硬化浆体强度分别为纯水泥试样的113.87%、120.94%、124.10%、115.18%;宏微观结果表明:矿渣的最佳掺量为30%且不超过该临界值时,其复合胶凝材料总的水化产物数量变化不大,此外,养护7 d和28 d时矿渣-水泥复合组分的水化产物结晶点较对比组增多且结晶体尺寸小,排列紧密,结构整体较纯水泥组分和石英粉-水泥复合组分致密。

关键词： 平板热压印设备   微结构   压缩模   PDMS基复合材料   差温压印  

摘要： 介绍了PDMS基表面微结构复合材料自动平板热压印成型的工艺过程,研制了双工位全自动平板热压印设备,实现了自动化生产PDMS基功能型复合材料。结合共混后的均相物料黏稠度较大、输料困难等问题,设计了"子弹填充式"精确输料系统。为实现不同工位加工以及物料在压印过程中均匀受力,设计了分散模及半固定半溢式压缩模。结合上下模等温压印时出现的"提前固化现象",提出差温平板热压印的解决方法,对上下模采用独立的温度控制。研制的自动平板热压印设备设计的最大压印面积可达210 mm×300 mm,大幅提高了生产效率、制品精度,取得了较好的效果。

关键词： Discrete element method   Strain energy density   Bilinear behavior   Stress wave   Crack propagation   Plastic flow  

摘要： The discrete element method (DEM) has great advantages in expressing the deformation and fracture of materials at large scale compared to the molecular dynamics (MD) and the finite element method (FEM). However, its application is constrained by the fact that most of the existing models are limited to elastic-brittle homogeneous materials. In this paper, a spring connected DEM model is proposed to describe the elastoplastic and fracture behavior of materials under quasi-static and dynamic loading conditions. In contrast to many other DEM models, the central element is connected to the surrounding double-layer elements with both short-range and long-range interactions. The elastic parameters of the connecting components are derived from the conservation of strain energy density, and the distortion energy is expressed uniquely by the defined distortion coefficients. Based on the von-Mises yield criterion and isotropic hardening effect, the plastic behavior of the connecting component is derived. Furthermore, the energy release rate and Voronoi tessellation method are used to characterize the failure process and the microstructures generation, respectively. The bilinear elastoplastic response under quasistatic cyclic loading as well as the elastic and plastic stress wave propagating in a one-dimensional bar and a two-dimensional plate subjected to impact loading are analyzed successfully with the proposed approach. In addition, the simulations of mode-I and mode-II crack propagation are conducted and validated by the theoretical prediction and dynamic shearing impact experiment, respectively. The effects of short-range and long-range interactions on material quasi-static and dynamic behavior are also discussed, and it is concluded that their impact on the material dynamic behavior (e.g. wave speed and crack propagation) is greater than that on the quasi-static response (e.g. elastoplastic deformation).

关键词： 碳纳米管   五氯苯酚   吸附   微波   再生  

摘要： 制备了5种典型不同微结构特性碳纳米管(CNTs),比较研究了其对水中难降解有机物五氯苯酚(PCP)的吸附特性,和微波法再生后吸附的PCP效果。实验结果表明,5种CNTs对PCP吸附平衡快,60 min内达到平衡,平衡时间差异不大,吸附动力学均遵循准2级反应动力学方程;吸附等温线均符合Freundlich模型,且比表面积大的CNTs吸附量大。主要影响因素中,酸性有利于吸附;温度升高,不利于吸附。对于吸附PCP饱和的CNTs微波辐照3min得以高效再生,吸附、微波再生循环6次,再生率均达90%以上。

关键词： 海水侵蚀   矿物掺合料   胶凝浆体   微结构   NMR  

摘要： 通过NMR、XRD、SEM等测试手段,系统地研究了水泥基材料胶凝浆体在海水侵蚀环境下水化程度、水化热、C-(A)-S-H凝胶微结构以及Al相水化产物组成的演变。研究表明:海水侵蚀和掺矿物掺合料均会导致胶凝浆体MCL增大;海水侵蚀还会导致胶凝浆体Al[4]/Si降低,而矿物掺合料的掺入则会使Al[4]/Si增大;另外,掺矿物掺合料可有效抵抗海水对胶凝材料的侵蚀。

关键词： 水泥混凝土   微结构   耐久性   纳米硅灰   有机硅乳液  

摘要： 为增强水泥混凝土材料耐久性,研究基于混凝土材料多孔特点,通过在混凝土拌制过程中掺加纳米硅灰和有机硅乳液的方法,提高混凝土材料的密实度和抗渗性能。通过测试改造前后混凝土的早期抗裂性能、氯离子渗透性能、碳化性能、抗硫酸盐侵蚀性能以及抗冻性能,来评价改造前后混凝土耐久性变化情况,并通过压汞试验绘制孔径分布曲线,从微观孔结构角度解释混凝土宏观耐久性变化的原因。研究结果表明,通过掺加纳米硅灰和有机硅乳液的方法,可以比较全面的改善混凝土材料的宏观耐久性。微观孔结构测试结果表明,由于混凝土的孔径分布曲线得到了优化,经过改造后的混凝土100 nm以下的小孔数量明显增多。研究成果为混凝土材料的应用提供参考。

关键词： 光学设计   透光性能   LightTools仿真   注塑成型  

摘要： 基于LightTools软件分析了光在光盘纹(CD纹)微结构扩散板中的传输过程,采用注塑成型制备工艺进行实测验证,研究扩散板表面的CD纹微结构对光提取效率的影响。通过理论研究、模拟仿真和实验对比,对扩散板表面微结构进行建模和大规模分布式光线追迹。结果表明:在80mm×80mm照明面积范围内,相对于无微结构扩散板,CD纹微结构扩散板的光流明效率有明显提高;当线宽为200μm时,光流明效率提升最多,提高了13.52%。根据最优模拟尺寸制备出由若干同心圆环组成的CD纹微结构扩散板,以LED筒灯为实验灯具,用积分球测量使用微结构扩散板、一般扩散板和不使用扩散板的灯具的总流明输出,得到CD纹微结构扩散板的透光率达90.6%,比一般扩散板的透光率提高了8.8%的结论。

关键词： 激光技术   激光选区熔化   TiN颗粒   钛基复合材料   耐磨性能  

摘要： 采用激光选区熔化技术成功制备了TiN增强钛基复合材料,并研究了TiN含量对钛基复合材料微观结构、显微硬度和摩擦磨损行为的影响。结果表明:随着TiN含量的增加,α-Ti相衍射峰发生偏移,TiN衍射峰强度逐渐增强,复合材料的显微硬度从纯钛的(228±13) HV逐渐增大到(403±20) HV;当添加TiN的质量分数为7.5%时,复合材料的磨损性能比纯钛提高了29.2%。TiN颗粒的加入使钛基复合材料的硬度与磨损性能显著提升。