材料力學論文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;合適基體樹脂的選擇也有較大影響;加工工藝的類型決定材料的質(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性能的微觀作用機理, 舉出了現(xiàn)階段主要的科研成果, 總結(jié)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, 簡稱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。現(xiàn)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(jù)需要可以對成型的木塑復合材料進行加工處理。

　　木塑復合材料現(xiàn)已應(yīng)用于包裝、建筑、園林庭院、汽車內(nèi)飾等領(lǐng)域, 但是木塑復合材料的力學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、加工工藝和原料前處理展開, 探究木塑復合材料的力學性能特點, 并介紹改性研究的發(fā)展現(xiàn)狀。

　　1 木粉粒徑、填充量對材料力學性能的影響

　　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。影響木塑復合材料拉伸強度、彎曲強度等力學性能的主要因素有植物纖維種類、含量、粒徑分布, 基體塑料的種類, 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。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn):復合材料的拉伸強度隨著木粉粒徑的減小呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢, 在粒徑為70~80目時出現(xiàn)強度峰值。由于木粉粒徑的減小, 大顆粒木粉所造成的應(yīng)力集中現(xiàn)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(xù)相, 對材料起到增強作用。但隨著木粉粒徑的繼續(xù)降低, 木粉在基體塑料中出現(xiàn)團聚現(xiàn)象, 同時木粉表面的粗糙度隨著粒徑的下降而變小, 對基體塑料的附著力變差, 降低了復合材料混合的均勻性, 易造成應(yīng)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基復合材料力學性能的影響。結(jié)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性能也具有一定的影響。在木粉添加量較少時, 粉體在塑料中的呈現(xiàn)不均勻“海島狀”分布, 易造成應(yīng)力集中現(xiàn)象, 并且在外力的持續(xù)作用下, 分散的木粉顆粒周圍形成銀紋, 應(yīng)力增大時銀紋擴增, 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, 粉體之間相互接觸, 發(fā)生交叉甚至纏繞現(xiàn)象, 在受到應(yīng)力作用時, 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。當木粉含量進一步增大時, 材料的拉伸強度趨于平穩(wěn), 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)力學性能和動態(tài)力學性能的影響。實驗發(fā)現(xiàn):木粉填充量在50%~70%時, 拉伸強度與沖擊強度受木粉添加量的影響較小, 隨著添加量的增加表現(xiàn)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80%時, 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性能。動態(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木粉添加量的增高而增大。

　　2 基體塑料種類對材料力學性能的影響

　　高分子材料的性能往往取決于分子結(jié)構(gòu)的類型和鏈段運動的方式。柔順性好的高分子結(jié)構(gòu)往往賦予聚合物優(yōu)異的韌性, 高分子結(jié)構(gòu)中存在的剛性基團往往會提供聚合物卓越的剛性;晶體高分子鏈段被凍結(jié)在晶體結(jié)構(gòu)中, 即使在受到外力作用下也無法自由移動, 非晶高分子鏈段無規(guī)排列, 在受到外力作用時會出現(xiàn)強迫高彈形變。因此, 基體塑料的種類對木塑復合材料的力學性能有著較大的影響。

　　以LDPE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(jié)構(gòu)規(guī)整, 在熔融加工形成復合材料的過程中, 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的熔點較低, 在與木粉熔融共混的過程中, 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性能的影響。實驗得出結(jié)論:不同的塑料基體對復合材料的性能會產(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率并無明顯差距;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(shù)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)過力學性能測試后發(fā)現(xiàn), 纖維顆粒尺寸在60~80目時, 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性能上來說是優(yōu)于PE基材料的。

　　3 加工成型方式對材料力學性能的影響

　　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, 擠出溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、擠出壓力等都會影響復合材料的力學性能。

　　趙忠玉[6]介紹了擠出注塑成型時加工工藝的參數(shù)設(shè)置對材料力學性能的影響。物料混合區(qū)的溫度較低時, 基體塑料粘度較大, 導致擠出效率下降, 溫度較高時, 可能會導致木粉焦化, 影響復合效果;螺桿轉(zhuǎn)速較快時, 物料混合不均勻, 導致出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力, 降低產(chǎn)品外觀效果和使用性能, 螺桿轉(zhuǎn)速較慢時會導致出料速率變慢, 影響生產(chǎn)效率;合適的擠出壓力有利于物料混合, 提高力學性能強度, 壓力過高時會導致出料不均勻, 甚至不成型, 壓力過低時擠出物料密度下降, 力學強度降低, 并且導致產(chǎn)品表面出現(xiàn)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(shù)。主機頻率和喂料頻率分別為10Hz、8Hz, 擠出機七個區(qū)段溫度階段遞增, 由150℃升至180℃, 每區(qū)段升溫5℃, 機頭溫度設(shè)定為175℃, 此時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, 實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn), 模壓成型制備的復合材料在拉伸強度、彎曲強度、斷裂伸長率等方面均要優(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, 力學性能更強, 而擠出成型的方式存在較大的切應(yīng)力使得木粉在混合過程中被切斷, 纖維長度減小, 在基體中的取向程度降低, 導致力學性能不高。

　　4 改性處理對材料力學性能的影響

　　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提升的根本原因是界面效應(yīng)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大幅度提升材料的力學性能。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(jié)構(gòu), 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(yīng), 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性能的影響, 實驗發(fā)現(xiàn), 隨著硅烷偶聯(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(xiàn)先增后減的趨勢, 7%的KH550添加量時達到峰值, 拉伸強度和沖擊強度分別達到38.8MPa、201.2J·m-2, 較未添加時分別增強了11.9%、45.6%, KH550添加量低于7%時, 偶聯(lián)劑的兩親結(jié)構(gòu)提升了聚丙烯和木粉的相容性, 使得力學性能提升, 當添加量高于7%時, 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性能的增強。實驗發(fā)現(xiàn), 添加PP-gMAH的質(zhì)量分數(shù)達到10%時復合材料的綜合力學性能最佳, 復合體系中PP-g-MAH起到了類似"橋梁"的作用, 提高了木粉與PP的相容性, 進而增加了力學強度, FTIR證實PP-gMAH與木粉上裸露的羥基發(fā)生了酯化反應(yīng), 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, 宏觀上表現(xiàn)出力學性能的提高。

　　5 小結(jié)

　　木塑復合材料發(fā)展至今遭遇了很多問題, 也攻克了很多難關(guān), 其中木塑材料的力學性能的改善更是科研人員研究的重點, 投入了大量的時間和精力去探究影響木塑材料力學強度的微觀因素, 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、加工工藝和改性處理等。木塑材料的開發(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、造價昂貴等, 這些都是未來木塑復合材料發(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(xiàn)代塑料加工應(yīng)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, 20xx.

　　[6]趙忠玉.淺談木塑復合材料擠出加工工藝參數(shù)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/木粉復合材料力學性能的影響[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用, 20xx, 29 (02) :47-50.

材料力學論文2

　　“高水平大學建設(shè)”是20xx年廣東省教育改革的一項重大舉措，我校作為全省7所重點建設(shè)高校之一，既是機遇也是挑戰(zhàn)。通過高水平大學建設(shè)，進一步提升學校的整體實力和國際影響力，把學校建設(shè)成為以農(nóng)業(yè)科學和生命科學為優(yōu)勢，以熱帶亞熱帶區(qū)域農(nóng)業(yè)研究為特色，多學科協(xié)調(diào)發(fā)展的特色鮮明、國際知名的高水平大學，為區(qū)域經(jīng)濟和社會發(fā)展做出重要貢獻，在服務(wù)“三農(nóng)”、建設(shè)社會主義新農(nóng)村和推進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方面發(fā)揮重要作用。高水平大學建設(shè)形勢下，對人才培養(yǎng)提出了更高的要求，相應(yīng)的實驗和實踐教學改革也亟須深化、創(chuàng)新。材料力學實驗課程在我校工科專業(yè)人才培養(yǎng)中的作用舉足輕重，因此針對材料力學實驗課程的現(xiàn)狀及存在問題、基于高水平大學建設(shè)中我校整體建設(shè)目標和特色要求，對材料力學實驗課程的教學提出了一些具體的改革措施。

　　1針對高水平大學建設(shè)提出具體改革措施

　　材料力學課程是工科專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程，“材料力學實驗”是材料力學課程的實踐環(huán)節(jié)，它對后續(xù)其他專業(yè)課程的學習至關(guān)重要。20xx年我校已對材料力學實驗課程獨立設(shè)課，內(nèi)容包括低碳鋼與鑄鐵的拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)實驗，以及彎曲正應(yīng)力測定、薄壁圓管彎扭組合變形應(yīng)變測定、復合梁正應(yīng)力測定等5個實驗，這些實驗雖然涉及了基礎(chǔ)型實驗、綜合設(shè)計型實驗，但由于實驗內(nèi)容是基于一般工科類院校專業(yè)課程的需要而制定的，實驗開設(shè)與農(nóng)業(yè)工程實踐應(yīng)用存在一定差距，并且實驗方法呆板、實驗教學手段單一，不利于發(fā)揮學生的創(chuàng)新能力，不符合高水平大學建設(shè)形勢下我校整體建設(shè)目標和特色要求，亟須進行深化改革。

　　1.1實驗教學目標的調(diào)整和重新定位

　　首先是課程教學目標的調(diào)整和重新定位，本實驗課程原來的教學目標是通過實驗加強學生對材料力學理論概念的理解，并著重進行力學實驗能力和操作技能的培養(yǎng)，但在實際教學過程中，通常只側(cè)重于要求學生理解原理和學會操作，而忽略了實驗能力的系統(tǒng)性培養(yǎng)以及力學在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用和拓展，這不符合我校高水平大學建設(shè)人才培養(yǎng)的要求。

　　基于我校高水平大學建設(shè)中提出的以熱帶亞熱帶區(qū)域農(nóng)業(yè)研究為特色，培養(yǎng)更多能適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展需要的創(chuàng)新型、綜合型農(nóng)業(yè)科技人才的目標，本課程除保留原有的教學基本目標外，重點突出農(nóng)業(yè)工程所需要的各種能力的培養(yǎng)，除動手能力外，更著眼于農(nóng)業(yè)工程各學科知識的綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識和思維能力的培養(yǎng)，將來能獨立地進行相關(guān)農(nóng)業(yè)工程中力學問題的研究，包括實驗目的確定、實驗方案設(shè)計、儀器設(shè)備選用、實驗過程操作、實驗數(shù)據(jù)處理以及實驗方案的自主創(chuàng)新，在推進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方面發(fā)揮重要作用。

　　1.2實驗內(nèi)容體系建設(shè)實驗教學內(nèi)容體系是實驗教學目標的支撐和依托。零散的依附于理論教學進程的實驗內(nèi)容不利于學生系統(tǒng)掌握力學實驗技能和方法，另外我校擴招后，學生人數(shù)增多，由于學生的興趣和知識結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多樣性和一定的層次性，需要根據(jù)學生所學專業(yè)特點以及學生層次，科學地、系統(tǒng)地構(gòu)建本實驗課程教學內(nèi)容體系和內(nèi)容結(jié)構(gòu)模塊。實驗教材的編寫遵循以下幾個原則：

　　(1)內(nèi)容的層次性和模塊化�；�礎(chǔ)型實驗的目的在于加強和鞏固學生對理論原理的理解，掌握力學實驗的基本測試技術(shù)和方法，綜合設(shè)計型實驗的目的在于培養(yǎng)學生綜合所學知識的運用能力。在原有的這2類實驗項目的基礎(chǔ)上，增設(shè)創(chuàng)新研究型實驗項目，通過這類實驗培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設(shè)計能力及綜合分析解決農(nóng)業(yè)工程中與力學有關(guān)問題的能力。這3類實驗項目在知識內(nèi)容和操作要求上都逐級遞進，符合學生循序漸進學習知識的客觀規(guī)律，同時也可以有效應(yīng)對我校擴招后學生層次不同的問題。

　　(2)內(nèi)容的專業(yè)特點。不同專業(yè)的實驗內(nèi)容可結(jié)合各專業(yè)特點：對于車輛和交通專業(yè)的學生，可以設(shè)置跟汽車相關(guān)的力學性能測試和分析，比如汽車直拉桿總成是連接汽車轉(zhuǎn)向器和橫拉桿總成的部件，是整個汽車安全件中最關(guān)鍵的部件，直拉桿在工作過程中受到軸向拉力、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(yīng)變測量技術(shù)，是一個很好的綜合設(shè)計型實驗。對于機械設(shè)計制造和農(nóng)業(yè)機械化專業(yè)的學生，可以設(shè)置一些跟現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械裝備開發(fā)研究相關(guān)的實驗項目，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，通過電阻應(yīng)變測量技術(shù)測量相應(yīng)構(gòu)件的應(yīng)變來測量谷物的沖擊力，最后換算成谷物流量，這個實驗項目綜合訓練了材料力學中彎扭變形的應(yīng)力測定及應(yīng)片變的粘貼和電橋組橋方面的能力。對于建筑和路橋?qū)�業(yè)的學生來說，可以設(shè)置一些房屋梁、柱、橋面及橋墩等構(gòu)件的受力分析和測試，分析它們的強度問題。結(jié)合各專業(yè)特點設(shè)置的實驗項目更能激發(fā)學生對基礎(chǔ)課程的學習興趣，提高學習效率。

　　(3)內(nèi)容的農(nóng)業(yè)工程性。創(chuàng)新研究型實驗項目可以結(jié)合教師的科研項目，著眼于解決南方地區(qū)農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的實際問題。比如荔枝、龍眼等南方水果的力學性能測試。水果在采摘、加工和儲運過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特性進行研究�；�礎(chǔ)型實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，拉伸和壓縮時的力學性能也是已知的答案，屬于驗證型實驗，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的力學性能以及果殼的受拉性能進行測定，這個難度就要大多了。果子的形狀是非標準的，學生嘗試進行夾具的設(shè)計以及材料不同方向的力學性能測試，并且在測得實驗數(shù)據(jù)后分析建立荔枝、龍眼等南方水果的材料模型和本構(gòu)方程，這對學生來說就是一個很好的聯(lián)系農(nóng)業(yè)工程實際的創(chuàng)新研究型實驗項目。又比如甘蔗和煙草等作物莖稈的力學性能測試，這對作物切割過程研究和刀片設(shè)計具有重要意義。通過測試作物莖稈(包括莖稈整體、皮和芯)的拉、壓、彎曲和扭轉(zhuǎn)的性能，觀察作物莖稈在各種受力和變形下的破壞形式，并進行相應(yīng)的分析，建立莖稈的力學模型與力學指標體系，進而建立莖稈材料的破壞準則。

　　(4)內(nèi)容結(jié)合“周培源大學生力學大賽”�！叭珖�周培源大學生力學大賽”是教育部高教司主辦的大學生科技競賽項目，其目的在于培養(yǎng)人才、服務(wù)教學、促進高等學校力學基礎(chǔ)課程的改革和建設(shè)。這與高水平大學建設(shè)的目標是一致的，有選擇地把大賽實驗競賽內(nèi)容融入到學生的選修實驗內(nèi)容，有助于促進學生學習力學的興趣，加強學生實驗動手能力、團隊合作能力及創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

　　1.3實驗教學方法的改革

　　實驗教學模式是實驗教學目標實現(xiàn)的關(guān)鍵，因此根據(jù)實驗教學目標和教學內(nèi)容對教學模式，尤其是教學方法和手段進行相應(yīng)改革。

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

　　對實驗項目的內(nèi)容、個數(shù)和不同層次實驗的權(quán)重做細致合理的安排，盡量做到實驗內(nèi)容因人而異，因材施教。實驗項目分必做和選做兩部分，根據(jù)實驗難易程度和實驗工作量的大小給每個實驗相應(yīng)的分值，除了一些必修實驗外，其他實驗可以選做。對于綜合設(shè)計型實驗和創(chuàng)新研究型實驗，實驗室相應(yīng)地全天候開放，給學生比較寬松的時間和環(huán)境。

　　1.4實驗教學手段的改革

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

　　2改革后的效果展望

　　材料力學實驗教學改革是高水平大學建設(shè)大背景下實驗課程建設(shè)的新探索，通過實驗教學目標、實驗教學內(nèi)容、實驗教學模式(包括實驗教學方法與教學手段)等方面的改革建立全新的材料力學實驗教學體系，實現(xiàn)從內(nèi)容上激勵學生“我要學”，在教學手段上激勵學生“我要做”，在教學機制上激勵學生“我要創(chuàng)新”，力爭通過3～5年的教改實踐在這幾方面取得成效：

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

　　(2)實驗內(nèi)容的層次性、專業(yè)特點、大賽特點、農(nóng)業(yè)工程性，摒棄了學生對基礎(chǔ)實驗課程枯燥、脫離工程實際的認知，更能激發(fā)學生學習的興趣，調(diào)動學習的積極性和主動性，提高學習效率。通過不同層次實驗，由淺入深地培養(yǎng)學生的動手能力、靈活運用知識的能力。通過融入大賽內(nèi)容，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力和團隊合作創(chuàng)新精神。通過參與具有農(nóng)業(yè)工程性的實驗，使學生了解力學在農(nóng)業(yè)工程中的地位，了解科學研究的方法和過程，全面提升學生的農(nóng)業(yè)工程素養(yǎng)，延伸力學實驗教學的內(nèi)涵。

　　(3)通過實驗教學模式的改革和完善，形成以教師為主導、以學生為中心、以學生自我訓練為主的教學理念，切實提高課程教學質(zhì)量，有效踐行高水平大學建設(shè)的人才培養(yǎng)目標。

材料力學論文3

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

　　1.金屬多孔材料的理論及類型分析

　　1.1金屬多孔材料的理論分析

　　金屬多孔材料在實際的應(yīng)用過程中會由于受到拉應(yīng)力及壓應(yīng)力等作用的影響，對其自身的力學性能造成一定程度的威脅，所以其自身的力學材料性能對應(yīng)用的效果就有著直接性的影響。金屬多孔材料的力學性能指標對應(yīng)用的工況環(huán)境有著決定性作用，在材料的性質(zhì)及致密材料上有著很大的差異性。在近些年的發(fā)展過程中，金屬材料作為一種吸能材料，依靠著自身質(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(yīng)用，其在承受壓縮應(yīng)力的過程中，應(yīng)力及應(yīng)變曲線上會有較寬屈服平臺區(qū)，所以在這一作用下能夠?qū)ν鈦砹�進行應(yīng)變，為能夠?qū)�這一材料得到更好的應(yīng)用，就需要對其孔結(jié)構(gòu)以及空隙率等方面進行研究，使其得到更好的應(yīng)用。

　　1.2金屬多孔材料的類型分析

　　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(yīng)用，其中的金屬蜂窩多孔材料是人工制造的結(jié)構(gòu)，主要是受到蜂巢結(jié)構(gòu)的影響，隨著發(fā)展其在結(jié)構(gòu)上也呈現(xiàn)出了多樣化態(tài)勢。金屬蜂窩類型的多孔材料的廣泛應(yīng)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。現(xiàn)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較高的要求，對簡述蜂窩多孔材料的改進就成了必然，其中負泊松比材料能夠在未來的發(fā)展中有著廣闊前景。負泊松比蜂窩i材料拉伸時膨脹及壓縮時收縮，所以有著較好的力學性能。

　　另外還有金屬纖維多孔材料，這一材料不僅有著金屬性質(zhì)同時也具有著內(nèi)部空隙，這是較好的結(jié)構(gòu)功能一體化材料。對這一材料的承受載荷及沖擊的力學數(shù)據(jù)進行積累能夠有效的拓寬這一領(lǐng)域的功能依據(jù)。

　　2.金屬多孔材料力學性能及具體試驗分析

　　2.1金屬多孔材料的力學性能分析

　　金屬多孔材料在壓縮應(yīng)力方面有著幾個重要的階段，首先在應(yīng)變力較低的過程中，線性彈性區(qū)及應(yīng)力會急劇的加大，金屬多孔材料處在壓縮時能量吸收能力會取決于壓縮應(yīng)力及應(yīng)變曲線下的平臺屈服區(qū)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在不同的速度加載過程中發(fā)生不同變形模式，然后就隨著加載速度的增大其在變形模式上會從X型經(jīng)過V型向著I型進行過渡。在這一過程中的X型模式的形成是沖擊試件自身及反射應(yīng)力波共同作用的一個結(jié)果。如果是速度繼續(xù)增大的時候，折疊區(qū)就會漸進前行，其結(jié)構(gòu)的變形不會很大，橫截面上所發(fā)生的變形也是均勻的存在的。

　　2.2金屬多孔材料力學性能具體試驗分析

　　通過以上對金屬多孔材料的力學性能的相關(guān)理論分析能夠看出，由于其在不同的因素影響下，會有不同程度的效果呈現(xiàn)出來。對金屬多孔材料的力學性能的試驗對實際的應(yīng)用有著重要的作用和意義，首先在金屬多孔材料的環(huán)拉強度方面，對過濾管使用中所受到的徑向沖擊力所受力的狀態(tài)，進行了檢測方法的設(shè)置。具體的步驟就是通過靜壓成型的管樣樣品，從拉伸模通孔的位置進行施加向外拉力，然后通過環(huán)拉的強度計算公式進行計算，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(xiàn)即為破壞金屬多孔的瞬時力。

　　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行卷制管材。在這一過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程所受力的情況進行的探究，主要是將寬度為三十毫米的試樣兩點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(jié)要能夠?qū)υ嚇拥撞恐虚g的部位進行詳細的觀察，倘若是發(fā)生有裂紋出現(xiàn)就要立即停止。通過相關(guān)的試驗能夠發(fā)現(xiàn)，當彎曲的角度達到五十八度的時候，就能夠制備最小圓管直徑為一百二十毫米，這樣也就和實際的卷管直徑大小相符合，也就從另一方面說明了能夠通過彎曲的性能對金屬多孔材料在實際的卷管最大內(nèi)應(yīng)力上進行表示。

　　另外對金屬多孔材料的剪切強度的試驗過程中，由于在強度的標準上還沒有得到統(tǒng)一，所以此次的研究只是結(jié)合受力情況進行設(shè)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，通過這一壓力進行對金屬多孔材料的剪切強度進行實際的計算。

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

　　3.結(jié)語

　　總而言之，針對金屬多孔材料力學性能的實際理論研究能夠看出，對其力學性能造成影響的因素是多方面的，而要想將其力學性能得到有效保持就要對其材料的結(jié)構(gòu)進行合理化的改進。要能夠從實際出發(fā)，從材料的多方面內(nèi)容出發(fā)，只有這樣才能夠?qū)⒔饘俣嗫撞牧狭�學性能得到進一步的加強。