材料科學和力學
關注創建者：匿名 創建時間：2024-05-15
材料科學和力學的視頻教程
斯姆勒之寧老師講材料力學系列07------溫度應力和裝配應力
斯姆勒數值仿真技術研究院聯合陜西理工大學，針對高校學生，開展寧老師講材料力學系列ANSYS普及活動，主要基于ANSYS數值仿真軟件，利用現代數值仿真手段進行材料力學的求解分析，其目的如下： 1、講解材料力學的理論內容； 2、詳細闡述材料力學的ANSYS實現； 3、掌握ANSYS現代分析工具的基本分析能力； 4、理論聯系實際，拓展學生的工程解決能力； 5、為學生進一步參加工作和科研奠定科學素養基礎
免費 20分鐘 596播放
查看
斯姆勒之寧老師講材料力學系列09------剪力圖和彎矩圖
斯姆勒數值仿真技術研究院聯合陜西理工大學，針對高校學生，開展寧老師講材料力學系列ANSYS普及活動，主要基于ANSYS數值仿真軟件，利用現代數值仿真手段進行材料力學的求解分析，其目的如下： 1、講解材料力學的理論內容； 2、詳細闡述材料力學的ANSYS實現； 3、掌握ANSYS現代分析工具的基本分析能力； 4、理論聯系實際，拓展學生的工程解決能力； 5、為學生進一步參加工作和科研奠定科學素養基礎
免費 1小時 493播放
查看
斯姆勒之寧老師講材料力學系列4------拉伸變形正截面和斜截面的應力關系
斯姆勒數值仿真技術研究院聯合陜西理工大學，針對高校學生，開展寧老師講材料力學系列ANSYS普及活動，主要基于ANSYS數值仿真軟件，利用現代數值仿真手段進行材料力學的求解分析，其目的如下： 1、講解材料力學的理論內容； 2、詳細闡述材料力學的ANSYS實現； 3、掌握ANSYS現代分析工具的基本分析能力； 4、理論聯系實際，拓展學生的工程解決能力； 5、為學生進一步參加工作和科研奠定科學素養基礎
免費 18分鐘 468播放
查看
材料科學和力學的實例教程
引言
復合材料的定義有多種，大體而言，指的是兩種或多種不同性質的材料用物理和化學方法在宏觀尺度上組成具有新性能的材料。
本系列大體上參考《復合材料力學》，沈觀林等著，清華大學出版社。
文章盡量少地牽涉數學公式，以概念和觀點為主，并在最后增加了一些案例，說明復合材料力學是如何進行分析的。
本人在復合材料力學分析的水平和經驗水平有限，希望大家能一起學習討論。
基本概念
復合材料這個概念并不新鮮，人類很早就開始使用復合材料，如古代使用的土坯磚就是由黏土和稻草（或麥稈）組成；此外，我們熟知的鋼筋混凝土、膠合板等，都是復合材料。
復合材料從應用的角度大致可以分為2類：
功能復合材料，如導電、耐高溫燒蝕、磨阻等；
結構復合材料，作為一種結構件，具有高比強度或比剛度，我們這個系列主要討論的就是這類復合材料。
基本分類
結構復合材料由基體材料和增強材料兩部分組成：
基體材料，主要起到連接、固定、傳遞、保護等作用，通常由樹脂、金屬和非金屬；
增強材料，核心作用，提供材料的剛度和強度。
復合材料相比金屬材料，復雜得多，具有很多特點，并且可設計。
展開 軟物質濕滑材料在受力剪切條件下通常會發生嚴重的彈性變形，這不僅對滑動界面實現低摩擦狀態不利，而且會引起材料力學疲勞甚至結構破壞，加速磨損的產生。在確保界面高度水化的條件下，如何抵制軟物質材料的彈性變形，實現潤滑、承載和抗磨的統一，對于認識界面接觸力學與潤滑行為的科學關系以及開發仿生智能軟體機器人具有重要意義。
自然界中，很多生物體的軟組織或器官進化出了具有力學模量動態可調控特征的先進機制，可實現界面接觸狀態的動態轉變，以滿足運動過程中對不同界面摩擦/潤滑量級的需求。以鯰魚為例，其表面通常展現出濕滑的特性（親水的天然大分子層），在我們意識里面應該很難抓住它。事實上，在鯰魚處于平靜狀態時，我們仍然能夠很容易地用手抓住它。然而，一旦鯰魚發生掙扎，其將很容易從我們手中掙脫掉；此時，我們會感觸到魚皮表面進入了一種硬化和超滑的狀態；這主要是因為鯰魚受到外界刺激時，肌肉系統應激發生了快速硬化，導致手掌和魚皮表面接觸點大幅度減小，摩擦力顯著降低。
最近，受鯰魚肌肉硬化觸發的潤滑轉變行為啟發，中科院蘭州化學物理研究所周峰/麻拴紅團隊，報告了一種新型的模量自適應潤滑水凝膠材料，該材料由幾十微米厚度的表面聚電解質親水潤滑層（模擬鯰魚濕滑的表皮）和具有熱觸發相變特征的底部水凝膠承載層（模擬鯰魚的肌肉單元）組成。科研人員通過球-盤往復滑動摩擦測試方式驗證了制備材料的智能潤滑調控行為。低溫條件下，材料處于軟質凝膠態（模量：~0.3 MPa），盡管潤滑層處于高度水化狀態，滑動剪切仍然會引起材料的嚴重彈性畸變，此時摩擦對偶與材料表面接觸充分，使得界面摩擦系數較大（μ~0.37）。
展開 【引言】
薛定諤方程為分子和材料之間提供了強大的結構-性能關系。對于給定的化學元素的空間分布，可以用來描述電子的分布以及廣泛的物理反應。其中，量子力學的發展為化學鍵提供了嚴謹的理論基礎，從而衍生出新的學科——量子化學。計算化學領域在二十一世紀變得越來越具有預測性，其具有廣泛的應用，如用于溫室氣體轉化的催化劑開發、用于捕能和儲能的材料研發以及計算機輔助藥物設計等。現代化學模擬工具包可以在實驗室合成化合物之前就預測出其性質（具有合理的準確度）；高通量計算機篩選已經變成一種常態，使科學家有能力去計算成千上萬種化合物的性質，而這只是作為單項研究的一部分；作為一種可以計算固體結構和行為的成熟技術——密度泛函理論（DFT），也已經能夠開發廣泛的數據庫，其可以涵蓋已知和假設系統的計算屬性，包括有機和無機晶體、單分子和金屬合金等。
當代人工智能方法的出現有可能大大改變和提高計算機在科學與工程領域的作用，大數據與人工智能地完美結合已經被稱為是“科學的第四范式”和“第四次工業革命”，其在化學領域的應用正以驚人的速度增長。近幾年已經得到迅速發展的人工智能子領域當屬機器學習，機器學習的核心在于統計算法，其運行過程與研究人員相似，隨著訓練次數的增多而提高自身能力。這種技術適合解決一些涉及到大型組合空間和非線性過程等復雜問題，而這些問題使用傳統技術有的不能解決，有的需要消耗很高的計算成本才能解決。
展開 在化學家們成功合成具有獨立價態梯度的材料后，布魯克海文實驗室的研究人員利用美國能源部位于布魯克海文實驗室的兩個科學辦公室用戶設施——國家同步加速器光源II（NSLS-II）和功能納米材料中心（CFN）來研究其性能。
在超亮X射線光源NSLS-II，研究小組利用兩個尖端實驗站——硬X射線納米探針（HXN）光束線和全場X射線成像（FXI）光束線。通過綜合利用這兩種光束線，研究人員能夠在電池運行多個周期后，以3D方式觀察樣品中的原子級結構和化學組成。
HXN光束線的首席科學家Yong Chu表示：“這兩種光束線都具有世界領先的能力，你無法在其他地方進行這項研究。FXI是全球最快的納米光束，比同類設施要快十倍左右。HXN慢得多，但更敏感，是世界上分辨率最高的X射線成像光束。”
HXN光束線科學家Xiaojing Huang表示：“在HXN，我們通常以多模態模式進行測量，這意味著我們可以同時收集多個信號。在本項研究中，我們利用熒光信號和植物圖譜信號（phytography signal），在納米尺度上重建樣品的3D模型。熒光通道能夠提供元素分布，從而驗證樣品的組成和均勻性。植物圖譜通道提供高分辨率結構信息，可以完整顯示樣品中的微裂縫。”
同時，在FXI，“該光束線顯示，在這種材料中，價態梯度是如何存在的。我們以非常高的數據采集率進行全幀成像，因此能夠研究多個區域，并提升統計可靠性。”
在CFN電子顯微鏡設施，研究人員使用先進的透射電子顯微鏡 （TEM） ，以超高分辨率觀察樣品。與X射線研究相比，TEM只能探測到樣品中很小的一部分區域，因此對整個樣品的統計可靠性較低，但是相關數據也更加詳細直觀。
展開 盡管有這些優勢，增加電池的容量和提高充電速度仍是亟需解決的問題。
鋰離子電池的物理基體是由多孔聚合物材料分隔開的兩個電極，即陽極（正）和陰極（負）。充電時，電流把鋰離子從陰極移動到陽極，而電池使用時，鋰離子向相反方向移動。當電池電量耗盡時，電極之間鋰離子的移動能力很低，這就是為什么智能手機買了幾個月后，需要比原來更頻繁地充電的原因。
現在，使用石墨烯可以延長電池的壽命。石墨烯是一種獨特的二維材料，因發現該材料在2010年授予了諾貝爾物理學獎，它的比表面積大、導電性和彈性好。石墨烯可廣泛用于各個工業領域，包括儲能設備。
俄科學家研制的復合材料是由兩種異質層（石墨烯和二硫化釩）組成的二維結構，這種薄片的厚度大約為1納米。研究證實，不僅可以把鋰離子限制在該材料的表面上，而且還可以約束在層間的空間里，最終結果導致材料的高比容量。
科學家估計，該復合材料的正極材料容量可達569mAh/g，比現在鋰離子電池最常用于陽極的石墨要高出幾乎一倍。理論計算表明，石墨烯和釩的化合物不僅保證電子轉移的效果好，而且確保了材料的機械強化。
除了容量之外，該復合材料關鍵的特點是鋰離子在材料內部的遷移率高。這就可以快速給電池充電或者給大功率設備供電。此外，離子的高遷移率能夠使電池在低溫下正常工作。
在研究中科學家還發現另一個重要的特征，在材料充填鋰離子后，也能夠在復合材料里保持石墨烯獨特的電子特性。科學家認為，這種效應為控制石墨烯基納米材料的性能提供了新的可能。這項研究得到了俄聯邦教育科學部和俄羅斯基礎研究基金會的資助。
來源：新材料技術前沿
傳播最新最全的材料科學技術，包括金屬材料成形、熱加工、陶瓷冶金，機械加工、粉末冶金、表面處理技術、熱處理、3D打印技術等相關材料科學技術。提供各種材料科學的視頻課程、新技術、專家答疑。
展開 
材料科學和力學的相關專題、標簽、搜索
材料科學和力學的最新內容
聚合物基復合材料是由各種纖維和聚合物通過不同成型工藝組合而成的新型復合材料，其既保留了原組成材料的主要特點，又通過復合效應獲得原組成材料不具備的性能。其中纖維主要起增強作用，聚合物樹脂主要起連接纖維和傳遞載荷的作用，而纖維和聚合物樹脂的界面是連接的紐帶，也是載荷傳遞的橋梁，起著非常重要的作用。聚合物基復合材料的比剛度以及比強度較高，抗疲勞性能和耐腐蝕性能優異,且具有可設計性強、成型工藝簡單、過載時安全性能好等優點
應變能是材料科學和力學領域中一個重要的概念，它與材料的形變和能量密切相關。
本文將全面介紹應變能的概念、計算方法以及在不同領域的應用。
1. 定義與基本概念
應變能（Strain Energy）是物體在受力變形過程中所儲存的能量。
它是材料在受到形變時所吸收的外部功的量度，表示了形變材料的彈性性質。
CINNO Research產業資訊，偏振光的產生、調制和檢測在眾多不同領域發揮著關鍵作用，這其中包括光通信、激光處理、動態顯示和生物醫學成像等。市場上，集成一系列光學控制技術的多功能設備原型的進步，在滿足偏振光學應用的未來需求方面具有巨大潛力，這其中需要特別關注的是低功耗、多功能集成和成本效益高的光學組件。
圖片來源：Xu HongWei等
圖1. a、納米片（Nanosheet）材料的合成過程示意圖
金屬材料力學性能是指金屬材料在外加載荷作用下或載荷與環境因素（溫度、介質和加載速率）聯合作用下表現出來的行為。
常
見
的
金屬力學性能如下表所示。
引言
復合材料的定義有多種，大體而言，指的是兩種或多種不同性質的材料用物理和化學方法在宏觀尺度上組成具有新性能的材料。
本系列大體上參考《復合材料力學》，沈觀林等著，清華大學出版社。
文章盡量少地牽涉數學公式，以概念和觀點為主，并在最后增加了一些案例，說明復合材料力學是如何進行分析的。
本人在復合材料力學分析的水平和經驗水平有限
軟物質濕滑材料在受力剪切條件下通常會發生嚴重的彈性變形，這不僅對滑動界面實現低摩擦狀態不利，而且會引起材料力學疲勞甚至結構破壞，加速磨損的產生。在確保界面高度水化的條件下，如何抵制軟物質材料的彈性變形，實現潤滑、承載和抗磨的統一，對于認識界面接觸力學與潤滑行為的科學關系以及開發仿生智能軟體機器人具有重要意義。
合金化是金屬結構材料設計的重要手段。通過向金屬單質中添加少量溶質元素形成固溶體，可以達到調控料力學性能的目的。伴隨著溶質元素的引入，材料的多種本征參數會發生變化，這其中包括對材料塑性變形和材料力學性能具有重大影響力的層錯能和溶質元素短程有序性（短程序）。 層錯是一種二維晶格缺陷，層錯能為引入單位面積層錯所需要的能量。降低層錯能會促進位錯分解，變形孿晶，并且抑制位錯交滑移等。短程序為溶質原子在幾個納
目前，納米纖維素（CNC）可以通過多種途徑進行取向，如外部電場或磁場、機械剪切、干/濕紡絲或靜電紡絲等。然而，這些技術通常僅限于制備1D/2D結構（纖維或薄膜）。雖然已經證明了3D/4D打印可以獲得兼具復雜結構和有序CNC的潛力，但這種具有復雜結構的三維結構通常具有非連續表面，尤其是在垂直方向上。此外，這些技術中的許多參數會影響
很多人對力學中強度和剛度的概念總是混淆，今天就來談一下自己的理解。
前言
書中說為了保證機械系統或者整個結構的正常工作，其中每個零部件或者構件都必須能夠正常的工作。工程構件安全設計的任務就時保證構件具有足夠的強度、剛度及穩定性。
穩定性很好理解，受力作用下保持或者恢復原來平衡形式的能力
總之，本文開發的超薄玻璃化涂層不僅為可持續疏水性提供了解決方案，而且還提出了材料科學和流體力學中尚未回答的開放科學問題
