材料力學(xué)性能的案例
原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)——材料微觀力學(xué)性能
材料微觀力學(xué)性能原位測試儀器具有：微觀、原位、復(fù)合載荷、多物理場耦合四大特點，其中復(fù)合載荷、多物理場耦合特點在傳統(tǒng)宏觀力學(xué)測試儀中有應(yīng)用，微觀、原位是不同于傳統(tǒng)宏觀力學(xué)測試試的特點。微觀測試：宏觀測試 傳統(tǒng)力學(xué)測試，（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）針對的都是宏材尺度試件；微觀測試 微納米級；納米尺度下對試件材料進(jìn)行力學(xué)性能測試；微納米力學(xué)測試相比于傳統(tǒng)的力學(xué)測試在測試精度上有著本質(zhì)的提升，（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）使得人類可以從更為微觀的理解材料的力學(xué)性能與微觀未知世界。原位：對材料進(jìn)行力學(xué)性能測試中，通過掃描電子顯微鏡等儀器對載荷作用下材料變形損傷進(jìn)行全程動態(tài)監(jiān)測的一種力學(xué)測試新技術(shù)。（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）原位測試儀器：在顯微成像設(shè)備的腔體內(nèi)進(jìn)行試驗材料拉伸/壓縮力學(xué)性能測試的系統(tǒng)；（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）獲得彈性模量、屈服極限及破壞極限等重要力學(xué)參數(shù)；并結(jié)合顯微成像設(shè)備的圖像記錄功能材料的損傷變形、裂紋產(chǎn)生等力學(xué)行為分析。 （原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）離位測試：試驗機(jī)對材料試作進(jìn)行拉伸試樣；由試驗機(jī)繪出載荷-伸長曲線，進(jìn)而得到載荷作用下應(yīng)力應(yīng)變曲線圖；拿經(jīng)過拉伸試驗的試件去掃描電鏡進(jìn)行放大觀察分析，（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）電鏡將試件放大到5000倍觀察即是微觀級別，放大到10000倍是納米級別。
納米力學(xué)主要研究納米尺度物質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)和動力學(xué)問題，有非常廣泛和重要的科研和應(yīng)用價值。傳統(tǒng)的力學(xué)系統(tǒng)通常由牛頓力學(xué)描述，（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）而納米力學(xué)可以實現(xiàn)傳統(tǒng)力學(xué)體系無法實現(xiàn)的功能和動力學(xué)特性，近年來受到了廣泛的關(guān)注。產(chǎn)生超強(qiáng)非線性效應(yīng)和非對稱的振動傳播，（原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)）對未來該領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究起到了重要推動作用。 眾所周知，胡克定律是支配力學(xué)系統(tǒng)的重要規(guī)律，其可以表述為對于微小的形變，力學(xué)系統(tǒng)的響應(yīng)是線性的。
展開 塑料樣條的制備條件對力學(xué)性能檢測準(zhǔn)確性的研究
圖 2 注射速度對材料力學(xué)性能的影響
3. 保壓壓力對材料力學(xué)性能的影響
由圖3可知，隨著保壓壓力的提高，抗拉強(qiáng)度、最大彎曲強(qiáng)度和破壞彎曲強(qiáng)度均有不同程度的提高，但斷裂伸長率卻出現(xiàn)明顯下降的趨勢。一定范圍內(nèi)保壓壓力的增加會導(dǎo)致材料的密度和均勻性提高，進(jìn)而提升材料的抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度；但對斷裂伸長率而言，過高的保壓壓力很可能導(dǎo)致材料分子鏈取向不當(dāng)，減少了材料的韌性，從而降低了斷裂伸長率。
圖 3 保壓壓力對材料力學(xué)性能的影響
4. 背壓對材料力學(xué)性能的影響
由圖4可知，適當(dāng)?shù)谋硥嚎梢詭椭哿纤芑浞郑瑥亩岣弋a(chǎn)品的強(qiáng)度和質(zhì)量，但當(dāng)背壓達(dá)到一定范圍時對抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度影響不大，但斷裂伸長率隨著背壓的增大有明顯減小的趨勢，可能的原因是背壓的增加可能會影響材料的塑性變形能力，使得材料在受力時更傾向于脆斷而不是塑性。
圖 4 背壓對材料力學(xué)性能的影響
（三）其他影響因素
1. 冷卻速度
如聚乙烯制樣過程中熔體冷卻速度過慢，試樣中易形成大的球晶，大球晶結(jié)構(gòu)使試樣發(fā)脆，導(dǎo)致力學(xué)性能降低；反之如果冷卻速度過快，試樣外表的熔體來不及結(jié)晶而成為非晶結(jié)構(gòu)，但試樣內(nèi)部仍有微晶結(jié)構(gòu)的形成，這種內(nèi)外程度的不均勻性會引起試樣出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，同樣會使試樣的拉伸性能發(fā)生變化。
圖5 聚乙烯球晶的光散射圖形
2. 注塑前的預(yù)處理
在制備樣品前，塑料原料可能需要進(jìn)行干燥處理，尤其是對于那些吸濕性較強(qiáng)的塑料如聚酰胺（PA）、ABS等。水分的存在會在拉伸過程中引發(fā)應(yīng)力集中，導(dǎo)致樣品提前破壞，使測試結(jié)果失真。
展開 材料力學(xué)性能
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復(fù)合材料常用的力學(xué)性能指標(biāo)有哪些？
復(fù)合材料的力學(xué)性能指標(biāo)與其 “多相、各向異性” 的結(jié)構(gòu)特性密切相關(guān)，需針對性評估其承載、變形、斷裂等核心能力；而力學(xué)測試則需結(jié)合材料特性（如纖維方向、基體類型）和應(yīng)用場景（如航空、建筑）選擇標(biāo)準(zhǔn)方法，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和工程適用性。
一、復(fù)合材料常用的力學(xué)性能指標(biāo)
復(fù)合材料的力學(xué)性能指標(biāo)通常分為基本性能、剛度性能、強(qiáng)度性能和疲勞/斷裂性能。
1、基本性能
纖維體積含量（Fiber Volume Fraction, Vf）： 纖維在復(fù)合材料總體積中所占的比例。這是最重要的一個基本參數(shù)，直接決定材料的剛度和強(qiáng)度。
孔隙率（Porosity）： 材料內(nèi)部孔隙的體積含量。孔隙是缺陷的主要來源，會顯著降低材料的力學(xué)性能，尤其是層間性能。
2、剛度性能（描述材料抵抗變形能力的指標(biāo)）
彈性模量（Elastic Modulus）：
縱向模量（E1）： 沿纖維方向的拉伸/壓縮模量。主要由高性能纖維（如碳纖維、玻璃纖維）決定，非常高。
橫向模量（E2）： 垂直于纖維方向的拉伸/壓縮模量。主要由基體（如環(huán)氧樹脂）決定，相對較低。
面內(nèi)剪切模量（G12）： 描述材料抵抗面內(nèi)剪切變形的能力。由纖維和基體共同作用。
泊松比（Poisson‘s Ratio, ν12）： 沿纖維方向拉伸時，橫向收縮應(yīng)變與縱向伸長應(yīng)變的比值。反映了材料的橫向變形特性。
3、強(qiáng)度性能（描述材料抵抗破壞能力的指標(biāo)）
拉伸強(qiáng)度（Tensile Strength）：
縱向拉伸強(qiáng)度（X?）： 沿纖維方向的抗拉強(qiáng)度。非常高，是復(fù)合材料優(yōu)勢的體現(xiàn)。
橫向拉伸強(qiáng)度（Y?）： 垂直于纖維方向的抗拉強(qiáng)度。較低，主要由較弱的樹脂基體決定。
展開 
仿生材料的微組織結(jié)構(gòu)對力學(xué)性能的影響
生物材料盡管由性能并不突出的簡單組元在相對溫和的條件下組裝而成，但卻表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學(xué)性能和功能特性，這主要得益于其跨越不同尺度的復(fù)雜而巧妙的組織結(jié)構(gòu)，特別是由此帶來的獨特的變形與斷裂機(jī)制和強(qiáng)韌化機(jī)理。
圖1 原使取向與受力之后微組織結(jié)構(gòu)的再取向
中科院某科研團(tuán)隊系統(tǒng)地闡明了天然生物材料梯度設(shè)計的形式、原則及其起到的作用與機(jī)制的基礎(chǔ)上，首次提出了新型材料組織結(jié)構(gòu)取向梯度的概念與設(shè)計原則，建立了組織結(jié)構(gòu)取向以及變形過程中發(fā)生的結(jié)構(gòu)再取向與材料力學(xué)性能之間的系統(tǒng)定量關(guān)系，通過控制微觀組織結(jié)構(gòu)取向?qū)崿F(xiàn)材料的局域剛度、強(qiáng)度與韌性的優(yōu)化分布與相互匹配，從而提高材料整體的力學(xué)性能。
圖2 材料通過微觀組織結(jié)構(gòu)再取向?qū)崿F(xiàn)綜合力學(xué)性能的全面同步提升
同時該課題組發(fā)現(xiàn)：材料在加載過程中發(fā)生的組織結(jié)構(gòu)再取向不僅可以提高其變形能力，更能夠為實現(xiàn)綜合力學(xué)性能的改善提供有效的途徑，如圖2所示。通過調(diào)整自身的組織結(jié)構(gòu)與所受外力之間的取向關(guān)系，材料在拉伸條件下的剛度和強(qiáng)度逐步提高，同時裂紋擴(kuò)展路徑逐漸偏離最大正應(yīng)力方向，因而斷裂韌性得以同步增強(qiáng)；而在壓縮條件下，材料的力學(xué)穩(wěn)定性與劈裂韌性也表現(xiàn)出同步增大的趨勢。因此，材料可以利用有限的變形實現(xiàn)其剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性與斷裂韌性的全面提升，而這些性能本身則往往體現(xiàn)出相互制約的關(guān)系。
(a) 復(fù)合結(jié)構(gòu)在受到壓力之后逐漸偏離正應(yīng)力方向；(b、c) 取向軸的角度偏離微觀、宏觀表述
圖3
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201705220
來源：材料前沿科技微信公眾號（ID：clqykj），作者：Mr.Five。
展開 COMSOL初始裂紋下隨機(jī)裂紋走向分布模式對材料力學(xué)性能的影響
案例說明
在現(xiàn)實中的絕大多數(shù)材料并非均質(zhì)，材料內(nèi)部難免會存在一定數(shù)量的缺陷，如微觀孔隙、裂紋等，同時由于生成工藝的不同這些微損傷可能存在各向異性，本案例提供在微觀裂紋數(shù)目及長度一致的情況下，初始裂紋分布對材料力學(xué)性能的基礎(chǔ)分析。
模擬過程
首先建立隨機(jī)裂紋分布模型，裂紋數(shù)目均為100條，采用四種不同走向的裂紋分布模式：
這里建模用到了CAD隨機(jī)纖維2D插件，分別生成45°相交裂紋、隨機(jī)走向裂紋、豎向走向裂紋、水平走向裂紋。同時為了方便網(wǎng)格劃分及計算，通過插件限定裂紋之間保持一定的間距。
模型建立完成后進(jìn)行網(wǎng)格劃分、設(shè)置材料屬性、建立分析。這里為了方便計算，進(jìn)行固體力學(xué)穩(wěn)態(tài)分析，設(shè)置試件下邊界為固定約束，在上邊界添加相同大小的均布拉力。
進(jìn)行模型分析，查看應(yīng)力結(jié)果：
建模插件：
CAD隨機(jī)纖維2D
展開 金屬材料的高溫力學(xué)性能
在航空航天、能源和化工等工業(yè)領(lǐng)域，許多機(jī)件是在高溫下長期服役的，如發(fā)動機(jī)、鍋爐、煉油設(shè)備等，它們對材料的高溫力學(xué)性能提出了很高的要求。
正確地評價材料、合理地使用材料、研究新的耐高溫材料，稱為上述工業(yè)發(fā)展和材料科學(xué)研究的主要人物之一。
這期小編給大家介紹材料的高溫力學(xué)性能方面的一些知識。
來源：
復(fù)合材料扭力測試力學(xué)性能研究
在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域，復(fù)合材料憑借其優(yōu)異的比強(qiáng)度、比剛度以及可設(shè)計性等特點，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、新能源等諸多關(guān)鍵行業(yè)。而在這些應(yīng)用場景中，復(fù)合材料部件往往需要承受不同程度的扭矩作用，其抗扭力學(xué)性能直接關(guān)系到整個結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性。因此，開展復(fù)合材料扭力測試力學(xué)性能研究具有至關(guān)重要的現(xiàn)實意義。
復(fù)合材料扭力測試力學(xué)性能研究涵蓋多個方面的關(guān)鍵內(nèi)容。首先是測試方法的選擇與優(yōu)化。由于復(fù)合材料具有各向異性、層間性能差異大等特性，傳統(tǒng)的金屬材料扭力測試方法并不完全適用。研究人員需要針對復(fù)合材料的特點，設(shè)計合適的試樣形狀與尺寸，比如考慮采用管狀試樣以減少應(yīng)力集中，同時確定合理的加載速率和測試環(huán)境條件，確保測試結(jié)果能夠真實反映復(fù)合材料在實際工作狀態(tài)下的抗扭性能。
力學(xué)性能參數(shù)的獲取與分析
通過扭力測試，可以獲取復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度、剪切模量、扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度等關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)。這些參數(shù)是評估復(fù)合材料抗扭能力的重要依據(jù)，也是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)。在測試過程中，需要精確測量扭矩與扭轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，繪制扭矩 - 扭轉(zhuǎn)角曲線，進(jìn)而分析復(fù)合材料在不同扭矩作用下的變形規(guī)律、破壞模式以及能量吸收特性等。例如，觀察復(fù)合材料是發(fā)生層間剪切破壞、纖維斷裂還是基體開裂等，從而深入了解其抗扭失效機(jī)制。
復(fù)合材料扭力性能的因素研究
復(fù)合材料的扭力性能受到多種因素的影響，包括纖維種類、纖維含量與取向、基體材料性能、鋪層方式以及界面結(jié)合強(qiáng)度等。通過系統(tǒng)地改變這些因素，進(jìn)行對比性扭力測試，可以明確各因素對復(fù)合材料抗扭性能的影響程度和規(guī)律。比如，研究發(fā)現(xiàn)纖維取向與扭矩方向一致時，復(fù)合材料的抗扭強(qiáng)度會顯著提高；而界面結(jié)合強(qiáng)度不足則容易導(dǎo)致層間剝離，降低其整體抗扭性能。
展開 多鐵材料納米力學(xué)性能表征重要進(jìn)展！
近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院納米調(diào)控與生物力學(xué)研究室在多鐵材料納米力學(xué)性能表征領(lǐng)域
取得重要進(jìn)展，提出了一種能夠同時表征多鐵納米材料納米尺度壓電性能和力學(xué)性能的技術(shù)。相關(guān)成果發(fā)表在固體力學(xué)頂級期刊Journal of the Mechanics and Physics of Solids（
一區(qū)，影響因子3.566）上。論文第一作者是深圳先進(jìn)院客座博士研究生朱慶豐。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022509618310160?via%3Dihub
多鐵材料是一種同時具有鐵彈、鐵電、鐵磁兩種或兩種以上序參數(shù)耦合的多功能材料。多鐵磁電材料能展現(xiàn)出獨特的磁電耦合效應(yīng)，其在傳感器、多態(tài)存儲、自旋電子器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。多鐵納米材料由于能夠促進(jìn)電子器件的多功能化、集成化及微型化，近年來受到廣泛的關(guān)注和研究。
多鐵納米材料器件應(yīng)用時，其納米尺度力學(xué)和壓電性能起著至關(guān)重要的作用，一方面是由于磁電耦合效應(yīng)源于復(fù)合材料內(nèi)部應(yīng)力的傳遞，另一方面這一應(yīng)力也可能會導(dǎo)致材料的疲勞甚至損壞，直接關(guān)聯(lián)著器件的性能。因此，用納米尺度同時表征多鐵復(fù)合材料力學(xué)和壓電性，既是理解多鐵復(fù)合材料磁電耦合行為的關(guān)鍵，又是優(yōu)化增強(qiáng)復(fù)合材料磁電耦合性能的基礎(chǔ)，然而當(dāng)前缺乏相應(yīng)的表征技術(shù)。
展開 復(fù)合材料力學(xué)
目錄
第1篇 復(fù)合材料力學(xué)基礎(chǔ)
第1章 復(fù)合材料概論
1.1 復(fù)合材料及其種類
1.2 復(fù)合材料的構(gòu)造及制法
1.3 復(fù)合材料的力學(xué)分析方法
1.4 復(fù)合材料的力學(xué)性能
1.5 復(fù)合材料的各種應(yīng)用
習(xí)題
第2章 各向異性彈性力學(xué)基礎(chǔ)
2.1 各向異性彈性力學(xué)基本方程
2.2 各向異性彈性體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系
2.3 正交各向異性材料的工程彈性常數(shù)
習(xí)題
第2篇 復(fù)合材料宏觀力學(xué)
第3章 單層復(fù)合材料的宏觀力學(xué)分析
3.1 平面應(yīng)力下單層復(fù)合材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系
3.2 單層材料任意方向的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系
3.3 單層復(fù)合材料的強(qiáng)度
3.4 正交各向異性單層材料的強(qiáng)度理論
習(xí)題
第4章 復(fù)合材料力學(xué)性能的 實驗測定
4.1 纖維和基體的力學(xué)性能測定
4.2 單層板基本力學(xué)性能的 實驗測定
4.3 其他力學(xué)性能 實驗
教學(xué)實驗指導(dǎo)書
實驗1 單層復(fù)合材料彈性常數(shù)測定
實驗2 單層復(fù)合材料拉伸、剪切強(qiáng)度測定
實驗3 單層復(fù)合材料壓縮性能測定
實驗4 單層復(fù)合材料彎曲性能測定
實驗5 單層復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度測定
實驗6 復(fù)合材料沖壓式剪切強(qiáng)度測定
實驗7 復(fù)合材料沖擊韌性測定
第5章 層合板剛度的宏觀力學(xué)分析
5.1 引言
5.2 層合板的剛度和柔度
5.3 幾種典型層合板的剛度計算
5.4 層合板剛度的理論和 實驗比較
習(xí)題
第6章 層合板強(qiáng)度的宏觀力學(xué)分析
6.1 層合板強(qiáng)度概述
6.2 層合板的應(yīng)力分析
6.3 層合板的強(qiáng)度分析
6.4 層合板的層間應(yīng)力分析
習(xí)題
第7章 濕熱效應(yīng)
7.1 單層板的濕熱變形
7.2 考慮濕熱變形的單層板應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系
7.3 考慮濕熱變形的層合板剛度關(guān)系
展開 《復(fù)合材料力學(xué)》
目錄：
第1篇 復(fù)合材料力學(xué)基礎(chǔ)
第1章 復(fù)合材料概論
1.1 復(fù)合材料及其種類
1.2 復(fù)合材料的構(gòu)造及制法
1.3 復(fù)合材料的力學(xué)分析方法
1.4 復(fù)合材料的力學(xué)性能
1.5 復(fù)合材料的各種應(yīng)用
習(xí)題
第2章 各向異性彈性力學(xué)基礎(chǔ)
2.1 各向異性彈性力學(xué)基本方程
2.2 各向異性彈性體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系
2.3 正交各向異性材料的工程彈性常數(shù)
習(xí)題
第2篇 復(fù)合材料宏觀力學(xué)
第3章 單層復(fù)合材料的宏觀力學(xué)分析
3.1 平面應(yīng)力下單層復(fù)合材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系
3.2 單層材料任意方向的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系
3.3 單層復(fù)合材料的強(qiáng)度
3.4 正交各向異性單層材料的強(qiáng)度理論
習(xí)題
第4章 復(fù)合材料力學(xué)性能的 實驗測定
4.1 纖維和基體的力學(xué)性能測定
4.2 單層板基本力學(xué)性能的 實驗測定
4.3 其他力學(xué)性能 實驗
教學(xué)實驗指導(dǎo)書
實驗1 單層復(fù)合材料彈性常數(shù)測定
實驗2 單層復(fù)合材料拉伸、剪切強(qiáng)度測定
實驗3 單層復(fù)合材料壓縮性能測定
實驗4 單層復(fù)合材料彎曲性能測定
實驗5 單層復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度測定
實驗6 復(fù)合材料沖壓式剪切強(qiáng)度測定
實驗7 復(fù)合材料沖擊韌性測定
第5章 層合板剛度的宏觀力學(xué)分析
5.1 引言
5.2 層合板的剛度和柔度
5.3 幾種典型層合板的剛度計算
5.4 層合板剛度的理論和 實驗比較
習(xí)題
第6章 層合板強(qiáng)度的宏觀力學(xué)分析
6.1 層合板強(qiáng)度概述
6.2 層合板的應(yīng)力分析
6.3 層合板的強(qiáng)度分析
6.4 層合板的層間應(yīng)力分析
習(xí)題
第7章 濕熱效應(yīng)
7.1 單層板的濕熱變形
7.2 考慮濕熱變形的單層板應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系
7.3 考慮濕熱變形的層合板剛度關(guān)系
展開 
光固化4D打印超高力學(xué)性能形狀記憶高分子材料
近日，南方科技大學(xué)機(jī)械與能源工程系副教授葛锜團(tuán)隊和西北工業(yè)大學(xué)副教授張彪團(tuán)隊在Advanced Materials合作發(fā)表論文，報道一種用于光固化4D打印的超高力學(xué)性能形狀記憶高分子材料。這種新材料在橡膠態(tài)斷裂應(yīng)變超過1240%，在150%-250%的應(yīng)變區(qū)間可以重復(fù)加載超10000次。此外，其優(yōu)異的光聚合性能使其成為數(shù)字光處理（Digital Light Processing - DLP）4D打印的理想材料，最高打印精度2微米，在智能家居、航空航天和軟體機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用潛力非常大。該項研究被Advanced Materials后內(nèi)封面重點報道。
4D打印是一種新興的制造技術(shù)，它能夠使打印出來的三維結(jié)構(gòu)的形狀在外界環(huán)境刺激下隨時間變化。與用于4D打印的其他主動軟材料（Soft Active Materials -SAMs）相比，形狀記憶高分子（Shape Memory Polymers - SMPs）具有更高的剛度，并且能與各種3D打印技術(shù)兼容。其中，采用DLP 3D打印技術(shù)打印可光固化SMP，可以制造具有復(fù)雜幾何形狀和高分辨率的4D打印結(jié)構(gòu)。然而，現(xiàn)有可光固化SMP在力學(xué)性能方面具有局限性（伸長率偏低、抗疲勞性能差等），這極大地限制了它們的應(yīng)用范圍。因此，亟需發(fā)展可承受大變形且具備抗疲勞能力的光固化SMP，以滿足工程應(yīng)用中對4D打印智能材料力學(xué)性能的高要求。
圖 1. 超高力學(xué)性能的tBA AUD SMP用于基于DLP 3D打印技術(shù)的4D打印
聯(lián)合研究團(tuán)隊合作開發(fā)出了一種超高力學(xué)性能可光固化SMP體系。該材料體系主要由丙烯酸叔丁酯（tBA）和脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯（AUD）組成，故稱為tBA-AUD SMP體系。
展開 復(fù)合材料力學(xué)分析的三個方法
文 / 蘇格拉偉
對于復(fù)合材料的力學(xué)分析和研究大致可分為材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)兩大部分，習(xí)慣上把復(fù)合材料的材料力學(xué)部分稱為復(fù)合材料力學(xué)，而把復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(如板、殼結(jié)構(gòu))的力學(xué)部分稱 為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)，有時這兩部分也統(tǒng)稱為復(fù)合材料力學(xué)。復(fù)合材料的材料力學(xué)部分按采用力學(xué)模型的精細(xì)程度可分為細(xì)觀力學(xué)和宏觀力學(xué)兩部分，下面分別說明這三種力學(xué)分析方法的基本特點。
1. 細(xì)觀力學(xué)
它從細(xì)觀角度分析組分材料之間的相互作用來研究復(fù)合材料的物理力學(xué)性能。它以纖維和基體為基本單元，把纖維和基體分別看成是各向同性的均勻材料，根據(jù)材料纖維的幾何形狀和布置形式、纖維和基體的力學(xué)性能、纖維和基體之間的相互作用(有時應(yīng)考慮纖維和基體之 間界面的作用)等條件，來分析復(fù)合材料的宏觀物理力學(xué)性能。這種分析方法比較精細(xì)但相當(dāng)復(fù)雜，目前還只能分析單層材料在簡單應(yīng)力狀態(tài)下的一些基本力學(xué)性質(zhì)，例如材料主軸方向的彈性常數(shù)及強(qiáng)度。
此外，由于實際復(fù)合材料纖維形狀、尺寸不完全規(guī)則和排列不完全均勻，制造工藝上的差異和材料內(nèi)部存在空隙、缺陷等，細(xì)觀力學(xué)分析方法還不能完全考慮材料的實際情況，需進(jìn)一步研究。以細(xì)觀力學(xué)分析復(fù)合材料性質(zhì)，在復(fù)合材料力學(xué)的學(xué)科范圍內(nèi)是不可缺少的重要組成部分，它對研究材料的破壞機(jī)理、提高復(fù)合材料性能、進(jìn)行復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計 將起到很大作用。
ANSYS和ABQAUS都可以建立復(fù)合材料細(xì)觀模型，進(jìn)行相關(guān)的研究。
2. 宏觀力學(xué)
它從材料是均勻的假定出發(fā)，只從復(fù)合材料的平均表觀性能檢驗組分材料的作用來研究復(fù)合材料的宏觀力學(xué)性能。它把單層復(fù)合材料看成均勻的各向異性材料，不考慮纖維和基體的具體區(qū)別，用其平均力學(xué)性能表示單層材料的剛度、強(qiáng)度特性，可以比較容易地分析單層和疊層材料的各種力學(xué)性質(zhì)，所得結(jié)果較符合實際。宏觀力學(xué)的基礎(chǔ)是預(yù)知單層材料的宏觀力學(xué)性能，如彈性常數(shù)、強(qiáng)度等。
展開 南科大頂刊：光固化4D打印超高力學(xué)性能形狀記憶高分子材料！
近日，南方科技大學(xué)機(jī)械與能源工程系副教授葛锜團(tuán)隊和西北工業(yè)大學(xué)副教授張彪團(tuán)隊在Advanced Materials合作發(fā)表論文，報道一種用于光固化4D打印的超高力學(xué)性能形狀記憶高分子材料。這種新材料在橡膠態(tài)斷裂應(yīng)變超過1240%，在150%-250%的應(yīng)變區(qū)間可以重復(fù)加載超10000次。此外，其優(yōu)異的光聚合性能使其成為數(shù)字光處理（Digital Light Processing - DLP）4D打印的理想材料，最高打印精度2微米，在智能家居、航空航天和軟體機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用潛力非常大。該項研究被Advanced Materials后內(nèi)封面重點報道。
論文鏈接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202101298
4D打印是一種新興的制造技術(shù)，它能夠使打印出來的三維結(jié)構(gòu)的形狀在外界環(huán)境刺激下隨時間變化。與用于4D打印的其他主動軟材料（Soft Active Materials -SAMs）料相比，形狀記憶高分子（Shape Memory Polymers - SMPs）具有更高的剛度，并且能與各種3D打印技術(shù)兼容。關(guān)注材料科學(xué)與工程公眾號，接收更多專業(yè)資訊。其中，采用DLP 3D打印技術(shù)打印可光固化SMP，可以制造具有復(fù)雜幾何形狀和高分辨率的4D打印結(jié)構(gòu)。然而，現(xiàn)有可光固化SMP在力學(xué)性能方面具有局限性（伸長率偏低、抗疲勞性能差等），這極大地限制了它們的應(yīng)用范圍。因此，亟需發(fā)展可承受大變形且具備抗疲勞能力的光固化SMP，以滿足工程應(yīng)用中對4D打印智能材料力學(xué)性能的高要求。
圖 1.
展開 直播回顧 | 《材料準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能測試及在材料分析中的應(yīng)用》
高分子基復(fù)合材料作為一種新型材料，以其輕量、耐腐蝕及良好的力學(xué)性能等而倍受青睞。由于其優(yōu)良的特性，復(fù)合材料的研究和應(yīng)用得到了極大關(guān)注，目前已被廣泛應(yīng)用于航空航天、電子、汽車及建筑等領(lǐng)域。作為表征材料性能和安全可靠性保證的手段，力學(xué)性能試驗方法及其標(biāo)準(zhǔn)化是關(guān)系到推進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用，如新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計階段通過模流分析進(jìn)行材料結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具設(shè)計、原料選型等。
模流分析是注塑產(chǎn)品前期分析、模具設(shè)計和注塑成型常用的專業(yè)分析方法，廣泛應(yīng)用于汽車、家電、通訊電子、軍工等模具注塑產(chǎn)品領(lǐng)域。
材料在常溫、靜載作用下的宏觀力學(xué)性能，是進(jìn)行模流分析是必須要確定的力學(xué)參數(shù)。這些力學(xué)性能均需用標(biāo)準(zhǔn)試樣在材料試驗機(jī)上按照規(guī)定的試驗方法和程序測定，進(jìn)而獲取材料的彈性模量、泊松比等材料性能結(jié)果。
上周四的國高材直播間繼續(xù)上周的“智能注塑之模流分析系列培訓(xùn)課程”的第二節(jié)培訓(xùn)課《材料準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能測試及在材料分析中的應(yīng)用》，龐老師向大家從實驗室設(shè)備硬件、軟件和實驗室人員技能精進(jìn)的方法路徑三方面來展開準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能培訓(xùn)。
（部分直播PPT，完整版請至課程回看）
本周四的國高材直播間繼續(xù)上周的“智能注塑之模流分析系列培訓(xùn)課程”的第三節(jié)培訓(xùn)課《材料流變性能測試及在材料分析中的應(yīng)用》，龐老師將向大家從實驗室設(shè)備硬件、軟件和實驗室人員技能精進(jìn)的方法路徑三方面來展開材料流變性能培訓(xùn)。
培訓(xùn)時間：7月8日 17:00
培訓(xùn)大綱：
1. 流變儀的種類及應(yīng)用范圍
2. 設(shè)備選型及管理方法
3. 測試標(biāo)準(zhǔn)及操作介紹
4. 測試影響因素
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