无机填料增强聚苯酯_聚四氟乙烯复合材料的力学和摩擦磨损性能_黄承亚
复合材料学报第23卷 第4期 8月 2006年A cta M ateriae Co mpo sitae Sinica
Vo l 123
N o 14
A ugust
2006
文章编号:10003851(2006)04003605
收稿日期:20050818;收修改稿日期:20060109
基金项目:国家自然科学基金(50175026);广州市科技局专利成果示范项目
通讯作者:黄承亚,副教授,研究方向为功能高分子材料及其改性 E-mail:pshcylh@scu https://www.wendangku.net/doc/ff8455911.html,
无机填料增强聚苯酯/聚四氟乙烯复合材料
的力学和摩擦磨损性能
黄承亚*1
,龚克成1
,蔡立芳1
,李 红
2
(1.华南理工大学材料科学与工程学院,广州510641; 2.广东工业大学轻工化工学院,广州510090)
摘 要: 采用石墨/二硫化钼填充改性聚苯酯/聚四氟乙烯复合材料,研究了复合材料的力学性能和摩擦磨损性能。研究表明,石墨和M oS 2的加入不仅能够很好地改善Ekonol/P T FE 复合材料的力学性能,使复合材料的拉伸强度、弯曲强度和硬度均有所提高,而且还使Ekonol/P T FE 复合材料的摩擦系数增加,磨损体积减小,耐磨性能显著提高。当Eko no l 含量为5%,石墨/二硫化钼总含量为8%时,拉伸强度、弯曲强度分别提高了31%和41%,硬度值约提高了713%。SEM 分析表明,Eko nol/石墨/M oS 2/PT FE 复合材料的磨损主要以粘着磨损为主。关键词: 聚四氟乙烯;聚苯酯;石墨;二硫化钼;性能中图分类号: T B332 文献标识码:A
Mechanics,friction and wear properties of inorganic filled Ekonol/PTFE composites
H UAN G Cheng ya *1,GONG Kecheng 1,CA I Lifang 1,LI H ong 2
(1.Colleg e of M ater ials Science and Eng ineering ,South China U niv ersity of T echno lo gy ,G uang zhou 510640,China;2.F aculty o f Chemical Eng ineer ing and Light Industry ,G uang do ng U niver sity o f T echnolog y,Guang zho u 510090,China)
Abstract: T he mechanics,frict ion and wear propert ies of g raphite/M oS 2filled Ekonol/P T F E co mpo sites wer e studied.T he result show s that the additio n of g raphite/M o S 2not o nly incr eases the mechanica l propert ies o f Ekono l/PT F E co mpo sites,but also causes the frict ion coefficient to increase,the wear volume to decrease,and the abr asive r esistance to remarkably incr ease.W hen Ekono l and gr aphite/M oS 2mass fr actions ar e 5%and 8%,the tensile strengt h and bend str eng th o f co mpo sites increase 31%and 41%,and the hardness incr eases 713%too.T he wear mechanism of Eko no l/g ra phite/M oS 2/P T F E composites is adhesive w ear,as indicat ed by SEM ana lysis of the wo rn sur face.Keywords:
PT F E;Ekonol;g raphite;M o S 2;propert ies
聚四氟乙烯是一种特殊的工程塑料,具有优异的自润滑性能和低的摩擦系数
[1]
,是已知固体材料
中最好的干摩擦材料之一。但由于PTFE 的表面能极低,形成的转移膜在对偶件上的附着能力较差,导致PTFE 作摩擦材料时具有严重的磨损
[2]
。
目前人们对PT FE 磨损性能的改性进行了广泛的研究,主要的方法是通过向PTFE 内填充有机高分子、纤维、无机粉末等填料进行改性
[3-6]
。有机高分
子聚苯酯可与任意比例的PTFE 共混,聚苯酯是很好的热致型液晶,熔融状态下易于形成微纤,有利于提高复合材料的承载能力,有利于在对偶件表面形成薄而均匀的转移膜,阻止PT FE 带状晶体的脱
落,提高了PT FE 的耐磨性能[4,7],因此聚苯酯填充PTFE 是PT FE 改性的常用方法之一。聚苯酯填充后虽然摩擦磨损性能有所改善,但力学性能却有所下降,本文作者研究了石墨/二硫化钼无机填料的加入对聚苯酯/PT FE 力学性能和摩擦磨损性能的影响,旨在提高聚苯酯/PT FE 复合材料的力学性能和耐磨性能。
1 实验部分
1.1 原材料
聚四氟乙烯(PT FE)粉末,牌号M 18,表观密度0.47g/mL,平均粒径38L m,日本大金工业株
式会社;聚苯酯(Ekonol)粉末,牌号CGZ -351(I),平均粒径75L m,化工部晨光研究所;二硫化钼(M oS 2):工业品;胶体石墨:工业品。1.2 PTFE 复合材料的制备
将干燥后的聚苯酯、石墨和Mo S 2与PTFE 粉料在高速混合机中充分混合,过筛,筛去在混合过程中团聚过大的粒子,将混合的物料倒入自制的模具压缩腔内,置于压力机上进行冷压成型,然后烧结成型,自然冷却后得到PT FE 复合材料坯样。所得到的PT FE 复合材料坯件应表面光滑、无裂纹、无明显变形。将所得坯料用裁样机制成标准试样用于性能测试。
1.3 分析和测试
采用JSM-5910型扫描电子显微镜观察试样表面形貌,试样表面真空喷Pt 后直接观察。采用德国ZEISS 公司的A xiolab Polarizing M icrosco pe 光学显微镜观察。采用日本岛津公司AG -1型电子万能实验机SFIM ADZU 测定试样的拉伸强度和弯曲强度。采用营口材料实验机厂型号为XH S 的邵氏橡塑硬度计测定。在国产MM-200型磨损实验机上测得。实验按GB 3960-83测定,摩擦磨损实验接触形式为环-块式,试环为45#钢,试样尺寸为20mm @7m m @4mm ,室温下干摩擦,对磨时间30min,负荷为200N 。
2 结果与讨论
2.1 力学性能
在前期实验工作的基础上,本文中选择了石墨与Mo S 2总含量为8%(质量分数,下同),改变聚苯酯(Ekonol)含量考察了三元填料聚苯酯/石墨/二硫化钼对PT FE 力学性能的影响。图1(a)、图1(b)分别为复合材料的拉伸强度和弯曲强度与Ekonol 含量的关系曲线(其中Ekonol 含量为零的点分别为纯PT FE 的拉伸强度和弯曲强度),可以看出在PT FE 中加入Ekonol 后,复合材料的力学性能有所下降,加入石墨/M oS 2后,复合材料的拉伸强度和弯曲强度在Ekonol 含量相同的情况下均比Eko no l/PT FE 复合材料的拉伸强度、弯曲强度有所提高,尤其是在Eko no l 含量为5%时,力学性能提高最为显著,其中拉伸强度、弯曲强度分别提高了31%和41%,表明石墨/M oS 2的加入能有效改善Eko no l/PT FE 复合材料的力学性能。复合材料力
学性能的改善,一方面是由于加入了具有层片状的
石墨,能在Eko no l 和PTFE 之间起到润滑作用,有利于Ekonol 在PTFE 中的分散[8]
,且石墨具有很好的导热性能(石墨的导热系数为11613~235W/(m #K))[9],热容量大,热强度高,能够很好地改善复合材料的烧结性能;另一方面石墨和M oS 2的加入能够填补Ekonol 与PT FE 之间的空穴,可使非晶区由于粒子填充而变得密实[10],在受外界作用力的时候,不易变形断裂,所以石墨和M oS 2的加入对基体具有协同作用,提高了Ekonol/PT -FE 复合材料的力学性能。从图1还可看出,当Ekonol 含量大于10%时,随着Ekono l 含量的增加,Ekonol/石墨/Mo S 2/PT FE 复合材料的力学性能的提高幅度有所减小,但仍提高了12%~15%,这可能是因为当Ekonol 含量较高时,石墨和M oS 2在复合材料中的作用效果相对减小所致。
图1 聚苯酯含量对PTFE 复合材料拉伸
强度(a)和弯曲强度(b)的影响
Fig.1 Effect of E konol mass fraction on tensile stren gth
and ben d str ength of PTFE compos ites
图2为PT FE 复合材料的邵氏硬度随Ekono l
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37#黄承亚,等:无机填料增强聚苯酯/聚四氟乙烯复合材料的力学和摩擦磨损性能
图2 Ek on ol 含量对PT FE 复合材料邵氏硬度的影响
Fig.2 Effect of Ekonol mass fraction on the
hardnes s of PT FE composites
含量的变化曲线。由图2可知,随着Eko nol 含量的增加,Ekono l/PT FE 复合材料和Ekonol/石墨/Mo S 2/PT FE 复合材料的硬度与纯PTFE 相比均有所增加,且Ekono l/石墨/M oS 2/PTFE 复合材料的硬度增加更为明显,石墨/M oS 2的加入使Ekonol/PT FE 复合材料的邵氏硬度提高了713%,表明石墨和Mo S 2的加入能有效改善Ekonol/PTFE 复合材料的硬度。硬度增加一方面是由于石墨和M oS 2本身硬度均大于PT FE 的硬度,在Eko no l/PT FE 中加入石墨和M oS 2必然会使硬度进一步提高;另一方面石墨和M oS 2的加入填补了Ekonol 与PT -FE 之间的空穴,也使复合材料的硬度增加。2.2 摩擦磨损性能
图3为Eko no l 含量对PT FE 复合材料摩擦系数和磨损体积的影响。从图3(a)和图3(b)可看出,在一定载荷和摩擦速度下,随Ekonol 含量的增加,Eko no l/PT FE 复合材料的摩擦系数表现出先略有减小后有所增加的趋势,磨损体积不断减小;Eko no l/石墨/M oS 2/PT FE 复合材料的摩擦系数随Eko no l 含量的增加逐渐增大,磨损体积也逐渐减小。在实验范围内,Ekono l 含量相同的情况下,Eko no l/石墨/M oS 2/PT FE 复合材料的摩擦系数比Eko no l/PT FE 复合材料提高了4%~14%,磨损体积减小了5%~40%,表明填料石墨和Mo S 2的加入使Ekonol/PTFE 耐磨性能显著提高。这是因为添加石墨和M oS 2使Ekono l/PT FE 复合材料的力学性能和硬度得到了很好的改善。材料强度的增加
使得抗塑性变形能力提高,其耐磨性能也提高;硬
图3 Ekonol 含量对PTFE 复合材料摩擦系数
(a)和磨损体积(b)的影响
Fig.3 Effect of Ekon ol mass fraction on the friction coefficient(a)and the w ear volume loss (b)of PT FE composites
度增加,材料抗外物压入的能力增强,松散磨料难以刺入基体,有效减小了磨料压入复合材料表面的数量和深度,从而减小了磨粒磨损,可使Eko no l/石墨/M oS 2在对磨面易形成稳定的转移膜[11],所以石墨和M oS 2的加入对提高Eko no l/PT FE 复合材料的耐磨性能起到了很好的作用。当石墨和M oS 2总含量为8%,Eko no l 含量为20%时,Ekonol/石墨/M oS 2/PTFE 复合材料的摩擦磨损性能达到了最佳值。
纯PTFE 和Eko no l/石墨/M oS 2/PTFE 复合材料试样的磨损表面的SEM 照片如图4所示,纯PTFE 磨损后的表面平整,存在着粘着转移痕迹(图4(a)),PT FE 是由带状晶片与非晶相构成,两相间的结合力较弱,PT FE 的表面能很低,在摩擦过程中易发生向对磨面上转移,导致PT FE 片状脱落。复合材料磨损表面具有不同的形貌,当
#
38#复合材料学报
图4纯PT FE和E konol/石墨/M oS2/PTFE复合
材料磨损后的表面S EM形貌
Fig.4SEM images of w orn su rface of pu re PTFE
and E konol/graphite/M oS2/PT FE com posites
Eko no l含量较少(5%)时(图4(b)),磨损表面存在典型的片状粘着磨损痕迹和硬质填料颗粒,有少量基体脱落;当Ekonol含量较高(20%)时(图4(c)),基体与填料之间的界面变得模糊密实,磨损表面同样存在片状粘着磨损痕迹和硬质填料颗粒,几乎观察不到基体的脱落,对应的复合材料有较小的磨损体积,表明Ekono l/石墨/M oS2在摩擦过程中不仅提高了基体的承载能力,阻止了PT FE与对磨件的直接接触,也有效阻止了PT FE从基体中脱落,提高了PT FE的抗粘着能力和耐磨性。
3结论
(1)石墨和M oS2无机填料的加入能够很好地改善Ekonol/PTFE复合材料的力学性能,使复合材料的拉伸强度和弯曲强度均有所提高,其中最为显著的是当Ekonol含量为5%,石墨和M oS2总含量为8%时,Ekonol/石墨/M oS2/PTFE复合材料拉伸强度和弯曲强度比Ekonol/PTFE分别提高了31%和41%。石墨/Mo S2无机填料的加入还使Ekonol/PTFE复合材料的硬度明显提高,邵氏硬度值平均提高了713%。
(2)石墨和M oS2无机填料的加入使Ekono l/ PTFE复合材料的耐磨性显著提高,摩擦系数提高了4%~14%,磨损体积减小了5%~40%。当Ekonol含量为20%,石墨和M oS2总含量为8%时,Ekonol/石墨/Mo S2/PT FE复合材料的摩擦磨损性能达到了最佳值。
(3)SEM照片分析得出,Ekonol/石墨/Mo S2/ PTFE复合材料试样的磨损表面主要以轻微的粘着磨损为主,填料的加入提高了PTFE基体的承载能力,有效阻止了PTFE从基体中脱落,提高了PT-FE的抗粘着能力和耐磨性。
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(上接28页)
KEYWORDS FOR COMPOSITES
co mputational modelling damag e mechanics
finite element ana lysis(FEA) laminate mechanics
micro-mechanics
numerical analysis
stat istical pr operties/
met ho ds
D:TESTING
aco ustic emissio n
chemical analysis
electro n micr oscopy
fractog raphy
mechanical testing
no n-destructive testing optical microscopy
physical methods o f analysis pr ocess mo nitor ing radiog r aphy
sur face analysis
thermal analysis
ultr aso nics
E:MANUFACTURING/
PROC ESSING
assembly
auto clave
auto matio n
br aiding
casting
chemical vapour depo sitio n
(CV D)
compression moulding
conso lidation
cur e
cutt ing
ext rusion
fibre conver sion processes
filament w inding
for ging
for ming
heat treatment
injectio n mo ulding
isostatic pr ocessing
jo ints/jo ining
knitting
lay-up(manual/automat ed)
liquid metal infiltr ation
machining
melt-spinning
moulding co mpo unds
powder pr ocessing
prefor m
prepreg
pultrusio n
recy cling
resin film infiltrat ion(RFI)
resin flow
resin tr ansfer moulding
(R T M)
sintering
slip casting
stitching
surface treatments
tape
thermal analysis
thermo plastic resin
thermo sett ing r esin
too ling
tow
w eav ing
(fr om Comp osites P ar t A)
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#复合材料学报
填料塔的基本特点
填料塔的基本特点 一、填料塔结构 填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的气液传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。在填料的上方安装填料压板，以限制填料随上升气流的运动。液体从塔顶加入，经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设置）分布后，与液体呈逆流接触连续通过填料层空隙，在填料表面气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式的气液传质设备，正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 二、填料的类型及性能评价 填料是填料塔的核心构件，它提供了气液两相接触传质的相界面，是决定填料塔性能的主要因素。填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料根据结构特点不同，分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料等；规整填料按其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等，目前工业上使用最为广泛的是波纹填料，分为板波纹填料和网波纹填料； 填料的几何特性是评价填料性能的基本参数，主要包括比表面积、空隙率、填料因子等。1.比表面积：单位体积填料层的填料表面积，其值越大，所提供的气液传质面积越大，性能越优； 2.空隙率：单位体积填料层的空隙体积；空隙率越大，气体通过的能力大且压降低； 3.填料因子：填料的比表面积与空隙率三次方的比值，它表示填料的流体力学性能，其值越小，表面流体阻力越小。 三、填料塔设计基本步骤 1.根据给定的设计条件，合理地选择填料； 2.根据给定的设计任务，计算塔径、填料层高度等工艺尺寸； 3.计算填料层的压降； 4.进行填料塔的结构设计，结构设计包括塔体设计及塔内件设计两部分。 四、填料塔设计 1.填料的选择 填料应根据分离工艺要求进行选择，对填料的品种、规格和材质进行综合考虑。应尽量选用技术资料齐备，适用性能成熟的新型填料。对性能相近的填料，应根据它的特点进行技术经济评价，使所选用的填料既能满足生产要求，又能使设备的投资和操作费最低。 （1）填料种类的选择 填料的传质效率要高：传质效率即分离效率，一般以每个理论级当量填料层高度表示，即HETP值； 填料的通量要大：在同样的液体负荷下，在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料； 填料层的压降要低：填料层压降越低，塔的动力消耗越低，操作费越小；对热敏性物系尤为重要； 填料抗污堵性能强，拆装、检修方便。 （2）填料规格的选择
复合材料细观力学答案
一、知识部分 1、计算面心立方、体心立方结构的（100）、（110）、（111）等晶面的面密度，计算密排六方结构的（0001）、（1010）晶面的面密度（面密度定义为原子数/单位面积）。 解：设立方结构的晶胞棱长为a 、密排六方结构晶胞轴长为a 和c 。 （1）体心立方：在一个晶胞中的（001）面的面积是2a ，在这个面积上有1个原子，所以其面密度为21a ；在一个晶胞中的（110）面的面积是22a ，在这个面积上有2个原子，所以其面密度为22 a ；在一个晶胞中的（111）面的面积是223a ，在这个面积上有2个原子，所以其面密度为223a 。 （2）面心立方：在一个晶胞中的（001）面的面积是2a ，在这个面积上有2个原子，所以其面密度为22a ；在一个晶胞中的（110）面的面积是22a ，在这个面积上有2个原子，所以其面密度为22 a ；在一个晶胞中的（111）面的面积是223a ，在这个面积上有1.5个原子，所以其面密度为23a 。 （3）密排六方：在一个晶胞中的（0001）面的面积是22 3a ，在这个面积上有1个原子，所以其面密度为2332a ；在一个晶胞中的（1010）面的面积是c a 2，在这个面积上有次个原子，所以其面密度为 c a 21；
2、纯铁在912℃由bcc 结构转变为fcc 结构，体积减少1.06%，根据fcc 结构的原子半径计算bcc 结构的原子半径。它们的相对变化为多少？如果假定转变前后原子半径不变，计算转变后的体积变化。这些结果说明了什么？ 解：设bcc 结构的点阵常数为a b ，fcc 结构的点阵常数为a f ，由bcc 结构转变 为fcc 结构时体积减少1.06％，因bcc 单胞含2个原子，fcc 单胞含4个原子，所以2个bcc 单胞转变为1个fcc 单胞。则 10006.122333=-b b f a a a 即 b b f a a a 264.110006.10121=??? ???= bcc 结构的原子半径b b a r 43=，fcc 结构的原子半径f f a r 4 2=，把上面计算的a f 和a b 的关系代入，并以r f 表示r b ，则 f f f b b r r a a r 9689.02264.1443264.14343=???=?== 它们的相对变化为 0311.019689.0-=-=-b f b r r r 如果假定转变前后原子半径不变，转变后的体积变化为 ()()()1.8342342242233 3333-=-=-b b f b b f r r r a a a ％ 从上面的计算结果可以看出，如果转变前后的原子半径不变，则转变后的体积变化很大，和实际测得的结果不符，也和金属键的性质不符。所以，同一种金属，不同结构的原子半径改变，尽量使其体积变化最小。 3、根据Fe-C 相图 ①计算)(C w 为0.1%以及1.2%的铁碳合金在室温时平衡状态下相的相对量，计算共析体（珠光体）的相对量。 ②计算)(C w 为 3.4%的铁碳合金在室温时平衡状态下相的相对量，计算刚凝固完毕时初生γ相（奥氏体）和共晶体的相对量。计算
08填料塔流体力学特性曲线测定
实验八填料塔流体力学特性曲线测定 一、实验目的 1.了解填料吸收塔的结构和吸收操作流程； 2. 测定不同喷林密度下气体流速和压强降的关系曲线； 3. 测定不同不同喷林密度下的载点和泛点气速； 4. 观察持液和液泛现象。 二、实验装置 图1所示装置用于测定填料塔流体力学特性时，关停CO2管路即可。填料塔是一内径为90mm的塔体，塔内装填填料采用φ8×6mm瓷拉西环，水由水泵输送，流经转子流量计至塔顶，从塔顶喷林而下，最后从塔底流回水槽。空气由风机吸入，风机为旋涡风机，输入功率为250W，转速为2800/min,风压为10.5KPa,风量为26m3/h。通过转子流量计后到进口管，最后在塔顶排空。 空气和水的流量均由转子流量计测量，通过床层的压强降由差压计测定。 图1填料塔流体力学特性曲线测定工艺流程图
填料塔流体力学特性包括压强降和液泛规律。计算填料塔需用动力时，必须知道压强降的大小。而确定吸收塔的气、液负载量时，则必须了解液泛的规律，所以测量流体力学性能是吸收实验的一项内容。 实验可用空气与水进行。在各种喷淋量下，逐步增大气速，记录必要的数据直至刚出现液泛时止。测量结果经整理后标绘在双对数坐标纸上。 气体通过填料层时压降ΔP与气速u及填料特性（形状，尺寸）有关：ΔP∝u1.5～2.0（u空塔气速）。 气液两相逆流通过填料层时，气体的压降ΔP除与气速u和填料特性有关外，还取决于喷淋密度等因素。 在一定喷淋密度下，当气速较小时ΔP∝u1.5～2.0但比无喷淋时的ΔP值高。当气速增加到一定值时。气液间的摩擦力开始牵制液体向下流动。液膜增厚，气流通道变小。阻力增加较快，此时㏒ΔP～㏒u关系曲线上出现一个拐点，称为泛点。当喷淋密度增加时，压力降增加，载点与泛点的气速下降。一般填料塔的设计均应在泛点以下操作。（对于一般乱堆填料当每米高的填料层压降值为200～250mmH2o左右时即产生液泛）。如果要求压降很稳定。则宜在载点以下，但因为很多场合下没有明显载点，难以准确确定之。而泛点以后则已有较准确的关联式。因此塔的设计中一般均先计算泛点速度WF然后乘以负荷因子（一般为0.6～0.8）作为实际气速。泛点气速关联式： ㏒ 式中：W F—泛点空速气速，m/s； g —重力加速度，9.81m/s2； a/ε3—干填料因子，m-1； r G,r L —气相，液相密度，kg/m3； u L—液相粘度，CP。
填料塔流体力学性能及传质
实验五 填料塔流体力学性能及传质 一、实验任务 1、 了解吸收塔的流程和结构； 2、 测量填料塔的流体力学特性； 3、 测定吸收系数。 二、基本原理 1、 流体力学性质 a 、 填料塔的流体力学特性包括压降和泛点，知道压降的大小，可以确定吸收塔 所需的动力，而泛点是生产操作中的重要的控制因素。因此，填料塔的流体力学特性测定的目的，是为填料塔选择适宜的操作条件提供依据。 流体力学特性测定时，使用的是空气和水。 b 、 气体通过干填料时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。 在对数坐标纸上作 ~p u ?关系曲线，为一直线，如图（1）所示，斜率为1.8~2次幂，当有喷淋量时，低气速时（c 点以前）压降也正在于气速的1.8~2次幂，但大于同一气速下干填料的压降（线2中bc 段）。随气速增加，出现载点，出现载点（c 点），持液量增大， ~p u ?线向上弯曲，斜率变陡（cd 段），到达泡点（d 点）后，在几乎不变的气速下，压降持续增大，出现液泛。 固定液体喷淋密度，记下塔内现象，空气流量、压降数。 日期： 设备型号： 大气压力： 填料高度： 水温： 气温 2T ： 空气流量计算状态 1T 、 1P ： 塔平均内径D ： 水流量L ： 空气流量： 压强降：
换算公式： / 00/Q Q Q γ==Ω 0T -----273K 0P =760mmHg 0r -----空气密度 1.293Kg/m 3 Ω -----塔截面积 2 4 D π Ω= 以气速G /为横坐标，压降 2P ?为纵坐标，作压降曲线，找寻载液点和液泛点。 2、 传质系数的测定 总体积传质系数Kga 是在单位时间内，单位填料体积吸收的溶质量，又是反映填料吸收塔性能的主要参数，是设计填料层高度的重要依据。 本实验是用水吸收空气---氨混合气体水中的氨，为使气液两相平衡关系服从亨利定律混合气中氨的浓度应少于10%。 吸收过程可有用下列方程表示。 y G K G F = y K ----以气相摩尔比差为推动力的总传质系数 G------单位时间吸收的组分量（Kg/时） F-------气液两相接触面积（米2） m Y ?-----平均传质推动力 （1）Ｇ――可以通过测量气相进、出口浓度和惰性气体流量获得 ()b a G V Y Y =- Ｖ――惰性气体流量［Ｋg ／时］ a Y 、 b Y ――进出塔气相组成，以摩尔比表示［ m ol m ol 组分载体］ （２）两相接触面积 2 14 F aV a D X π == 填料 Ｚ――填料层高度［米］ Ｖ――塔中填料的全部面积 r D ――塔内径［米］ a ――填料的单位面积的有效表面积［米２／米３ ］一般a 并不等于干填料的比表面at ，而应乘以填料的表面效率 η，即 a at η= η――可根据最小润湿分率查下图表。
复合材料力学性能表征(教学资料)
复合材料力学性能表征(characterization of mechanical properties of composites) 力学性能包括拉伸、压缩、弯曲、剪切、冲击、硬度、疲劳等，这些数据的取得必须严格遵照标准。试验的标准环境条件为：温度23℃±2℃，相对湿度45％～55％，试样数量每项试验不少于5个。 此检测方法适用于树脂基复合材料，金属基复合材料力学性能可参考此方法进行。 拉伸拉伸试验是对尺寸符合标准的试样，在规定的试验速度下沿纵轴方向施加拉伸载荷，直至其破坏。通过拉伸试验可获得如下材料的性能指标： 式中P为最大载荷，N；b，h分别为试样的宽度和厚度，mm。 式中△L为试样破坏时标距L0内的伸长量，mm；L0为拉伸试样的测量标距，mm。 拉伸弹性模量Et 式中△P为载荷一形变曲线上初始直线段的载荷增量，N；△L为与△P相对应的标距L0内的变形增量，mm。 由于复合材料的各向异性，特别是用单向预浸带做的复合材料通常同时测以下项目： σL：∥纤维方向的拉伸强度； σT：⊥纤维方向的拉伸强度； EL：∥纤维方向的拉伸模量； ET：⊥纤维方向的拉伸模量。 应力-应变曲线记录拉伸过程中应力-应变变化规律的曲线，用于求取材料的力学参数和分析材料拉伸破坏的机制。 压缩对标准试样的两端施加均匀的、连续的轴向静压加载荷，直至试样破坏，以获得有关压缩性能的参数，若压缩试验中试样破坏或达最大载荷时的压缩应力为P(N)，试样横截面积为F(mm2)，则压缩强度σc为：
由压缩试验中应力-应变曲线上初始直线段的斜率，即应力与应变之比，可求出压缩弹性模量(MPa)。 由于复合材料的各向异性，特别是用单向预浸带做的复合材料通常同时测 σL：∥纤维方向的压缩强度； σT：⊥纤维方向的压缩强度； EL：∥纤维方向的压缩模量； ET：上纤维方向的压缩模量。 弯曲复合材料在弯曲试验中受力状态比较复杂，拉、压、剪、挤压等力同时对试样作用，因而对成型工艺配方，试验条件等因素的敏感性较大。用弯曲试验作为筛选试验是简单易行的方法。 复合材料的弯曲试验一般采用三点加载简支梁法，即将标准试样放在两支点上，在中间施加载荷，使试样变形直至破坏。材料的弯曲强度σ f为： 式中P为破坏载荷，N(或挠度为1.5倍试样厚度时的载荷)；l为跨度，mm；b，h分别为试样的宽度和厚度，mm。 弯曲弹性模量Ef是指比例极限内应力与应变的比值，可按下式计算： 式中△P为载荷，N(或挠度曲线上使直线段产生弯曲的载荷增量)；△f为与△P对应的试样跨距中点处的挠度增量。 剪切复合材料的特点之一是层间剪切强度低，并且层问剪切形式复杂，因此剪切试验对于复合材料的质量控制特别重要。层问剪切强度测试方法有直接剪切法和短梁弯曲法等。 (1)直接剪切法。试样的形式和尺寸如图，对试样的A、C面以一定的加载速度施加剪切，直至试样破坏。试样破坏时单位面积上所承受的载荷值为层间剪切强度τs。 式中Pb为破坏载荷，N；b，h分别为受剪面的宽度和高度，mm。
复合材料力学性能实验复习题new要点
复合材料力学性能实验复习题 1.力学实验方法的内涵？ 是以近代力学理论为基础，以先进的科学方法为手段，测量应变、应力等力学量，从而正确真实地评价材料、零部件、结构等的技术手段与方法； 是用来解决“物尽其用”问题的科学方法； 2.力学实验的主要任务，结合纤维增强复合材料加以阐述。 面向生产，为生产服务；面对新技术新方法的引入，研究新的测试手段；面向力学，为力学的理论建设服务。 3.对于单向层合板而言，需要几组实验来确定其弹性模量和泊松比？如何确定实验方案？ 共需五组实验，拉伸0/90两组，压缩0/90两组，剪切试验一组。 4.单向拉伸实验中如何布置应变片？ 5.单向压缩实验中如何布置应变片？ 6.三点弯曲实验中如何布置应变片？ 7.剪切实验中如何布置应变片？ 8.若应变片的粘贴方向与实样应变方向不一致，该如何处理？ 9.若加载方向与材料方向不一致，该如何处理？（这个老师给了） 10.纤维体积含量的测试方法？ 密度法、溶解法 11.评价膜基结合强度的实验方法？ 划痕法、压痕法、刮剥法、拉伸法、黏结剂法、涂层直接加载法、激光剥离法、弯曲法。 12.简述试样机械加工的规范？ 试样的取位区(距板材边缘30mm以上，最小不得小于20mm) 试样的质量（气泡、分层、树脂富集、皱褶、翘曲、错误铺层） 试样的切割（保证纤维方向和铺层方向与试验要求相符） 试样的加工（采用硬质合金刀具或砂轮片加工，防止试样产生分层、刻痕和局部挤压等机械损伤） 试样的冷却（采用水冷，禁止油冷） 13.纤维增强复合材料在拉伸试验中的几种可能破坏模式及其原因？ 所有纤维在同一位置破坏，材料吸收断裂能量很小，材料断裂韧性差； 纤维在基体中拔出，吸收断裂能量很大，材料韧性增加并伴随界面开裂； 介于以上两者之间。 14.加强片的要求？ 材料硬度低，便于夹具的咬合；材料的强度高，保证载荷能传递到试样上，且在试样发生破坏前本身不发生破坏。
先进复合材料论文
摘要：纤维增强复合材料具有较强的结构特性，是一种多相体材料。其力学性能及损伤破坏规律不仅取决于各组分材料性能，同时也取决于细观结构特征。采用细观力学分析研究复合材料宏现力学性能与细观结构参数之间的内在联系具有重要的科学意义和工程价值。论述了细观力学实验技术的理论基础和常用实验技术及进展，介绍了复合材料的细观力学模型的发展，综述了复合材料力学行为有限元分析的研究现状，并对这一学科的研究发展进行了简要评述与展望。 1 前言 纤维增强复合材料是目前最先进的复合材料之一。它以其轻质高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料，是其它复合材料所无法比拟的。纤维复合材料因其较高的比强度、比模量在国外先进战略、战术固体火箭发动机方面应用较多，如美国的战略导弹“侏儒”三级发动机壳体，“三叉戟”一、二、三级发动机壳体的复合材料裙，民兵系列发动机的喷管扩张段，部分固体发动机及高速战术导弹美国的11IAAD、ERINT等。除军用外，开发纤维复合材料的其它应用也大有作为，如飞机及高速列车刹车系统、民用飞机及汽车复合材料结构件、高性能碳纤维轴承、风力发电机大型叶片、体育运动器材(如滑雪板、球拍、渔杆)等。随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的逐步下降，在增强混凝土、新型取暖装置、新型电极材料乃至日常生活用品中的应用也必将迅速扩大。我国拟大力开发新型纤维增强复合材料建材及与环保、日用消费品档关的高科技纤维增强复合材料的新市场,因此，对于纤维增强复合材料的力学性能研究是十分必要的。 复合材料既表现出宏观特征，又具有明显的细观结构特征。复合材料力学是一种两层次的力学理论。在宏观尺度上，可以将复合材料当作各向异性的宏观均匀连续体，用连续介质力学理论研究复合材料的力学行为旧，但是无法研究对宏观行为有重要影响的细观尺度上各组份相的变形及损伤失效行为。在细观尺度上，复合材料具有包含多种组份相的非均质结构，复合材料细观力学在宏观有效性能预测以及细观应力、应变场分析方面取得了一定进展。如果将复合材料宏观结构分析与细观结构分析结合起来，在进行宏观结构分析时就能够获得细观尺度上的力学参量值，将是一种更好的分析方法。本文在分析复合材料宏观、细观特
填料塔流体力学计算说明书
GBL-T5102丝网波纹填料塔内件设计说明书 2.1设计方案的确定 根据用户要求，本设计采用BX(500)丝网波纹填料塔进行分离。BX(500)的相关参数见第4节。 2.2水力性能的计算 2.2.1填料塔上段 (1)喷淋密度 32248454 3.0168/3.1410431.4S L m m h S L ?===?? (2)泛点气速 118420.213lg ()()()F l l v A K l g v l w u a w νρρμρρε??=-????? 112 840.23403353785000.3044lg ()()0.30 1.759.811024.50.90.30440.451042.5()F u ??=-????? u F =5.44m/s (3)空塔气速 3.62/u m s == = (4) 液泛率 3.6266.5%5.44 F u u = = (5)持液量 质量 m=4033×0.042=169.386Kg 体积
3169.3960.162481042.5 V m == 填料体积 2 '34.154224V H m D π== 持液量 V/V ’=0.16248/4.15422=0.039112 m 3/ m 3 (6)压降 △P=2.7×5×10=135Pa （7）操作弹性 由所选液体分布器：308个小孔直径为2mm ，布液管直径为20mm ，分配管及液位管直径130mm 当分配管内液流速最大0.3m/s 时，求得最大允许流量 2 max 1042.5360014936.250.3Kg/h 40.13Q π ?==??? 而填料允许最小喷淋密度为1 m 3/(m 2h)时 2min 1042.536001604.761Kg/h 4 1.4Q π??==?? 液相负荷上限 4845×1.2=5814 Kg/h ＜Qmax 液相负荷下限 4845×0.5=2422.5 Kg/h ＞Qmin 操作弹性为 14936.75/1604.76=9.3 所以设计合理。 2.2.2中段 （1）液泛气速 112840.23458759325000.3044lg ()()0.30 1.759.8160210.90.3044()0.451021()F u ??=-?????
玻璃钢复合材料的性能对比
复合材料聚合物的性能对比 聚合物复合材料的性能解释 1． 1 拉伸性能 拉伸性能包括拉伸强度，弹性模量、泊松比、断裂伸长率等。对于如高压容器、高压管、叶片等产品，必须要测出聚合物复合材料的拉伸性能，才能进行产品设计及检验。 对于不同的聚合物复合材料，拉伸性能试验方法是不同。对于普通的，用国标 GB/T1447 进行测试；对于缠绕成型的，用国标 GB/T1458 进行测试；对于定向纤维增强的，用国标 GB/T33541 进行测试；对于拉挤成型的，用国标GB/T13096-1 进行测试。使用最多的是 GB/T1447 。 国标 GB/T1447 ，对于不同成型工艺复合材料，又规定不同形状的拉伸试样，有带 R 型、直条型及哑铃型。使用拉伸试验机或万能试验按规定的加载速度对试样施加拉伸载荷直到试样破坏。用破坏载荷除以试样横截面面积则为拉伸强度。从测出的应力--------------------------- 应变曲线的直线段的斜率则为弹性模量，试样横向应变 与纵向应变比为泊松比。破坏时的应变称为断裂伸长率。 单位面积上的力，称为应力，通常用 MPa （兆帕）表示， 1MPa 相当于 1N/mm2 的应力。应变是单位长度的伸长量，是没有量刚（单位）的。 不同的现代复合材料其拉伸性能大不一样，以玻璃纤维增强的玻璃钢为例：1：1 玻璃钢，拉伸强度为（200-250 ）MPa ，弹性模量为（10-16 ）GPa；4：1 玻璃钢，拉伸强度为（250-350 ）MPa ，弹性模量为（15-22 ）GPa ；单向纤维的玻璃钢（如缠绕），拉伸强度大于800MPa ，弹性模量大于 24GPa ； SMC 材料，拉伸强度为（ 40-80 ） MPa ，弹性模量为（ 5-8 ）GPa ；DMC 材料，拉伸强度为（ 20-60 ） MPa ，弹性模量为（ 4-6 ）GPa。 1.2 弯曲性能 一般产品普遍存在弯曲载荷，弯曲性能是很重要的，同时，往往用弯曲性能来进行原材料，成型工艺参数，产品使用条件因素等的选择。 弯曲性能，一般采用国标 GB/T1449 进行测试；对于拉挤材料，用国标 GB/T13096.2 进行测试；对于单向纤维增强的，用国标 GB/T3356 进行测试。测试弯曲性能的试样一般是矩形截面积的长条，简称为矩形梁。采用当中加载的三点弯曲法。梁的横截面的上表面承压缩应力，梁下表面承受拉伸应力，横截面积上还要承受剪切应力，中性层剪应力最大，因此梁所承受弯曲时，其应力状态是很复杂的，破坏形式也是多种的。原材料品种、性能及成型工艺参数对弯曲性能很敏感，试验方法和试样尺寸同样也很敏感，为了达到材料弯曲破坏，国标对试样的跨（跨度或支距）高（试样厚度）比（ l/h ）有一定要求，一般要求 l/h >16，对于单向纤维增强的材料，要求l/h >32。 由于弯曲性能的复杂性及对各因素的敏感性，对于上述不同材料的弯曲性能，或大于 1.1 节中拉伸性能，或小于 1.1 节中的拉伸性能。在正常成型工艺情况下，一般弯曲强度略大于拉伸强度，弯曲弹性模量略小于拉伸弹性模量。 1． 3 压缩性能
填料塔流体力学特性与吸收系数的测定
实验一填料塔流体力学特性与吸收系数的测定 一、实验目的: 1.了解填料吸收塔的结构、性能和特点，练习并掌握填料塔操作方法；通过实验测定数据的处理分析，加深对填料塔流体力学性能基本理论的理解，加深对填料塔传质性能理论的理解。 2.掌握填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法，练习实验数据的处理分析。 二、实验内容： 1.测定填料层压强降与操作气速的关系，确定在一定液体喷淋量下的液泛气速。 2.固定液相流量和入塔混合气二氧化碳的浓度，在液泛速度以下，分别测量塔的传质能力（传质单元数和回收率）和传质效率（传质单元高度和体积吸收总系数）。 3.进行纯水吸收混合气体中的二氧化碳、用空气解吸水中二氧化碳的操作练习，同时测定填料塔液侧传质膜系数和总传质系数。 三、实验原理： 气体通过填料层的压强降：压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。压强降与气、液流量均有关，不同液体喷淋量下填料层的压强降P ?与气速u 的关系如图1所示： 图1 填料层的P ?～u 关系 当液体喷淋量00=L 时，干填料的P ?～u 的关系是直线，如图中的直线0 。当有一定的喷淋量时，P ?～u 的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”。这两个转折点将P ?～u 关系分为三个区段：既恒持液量区、载液区及液泛区。
传质性能：吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，实验测定可获取吸收系数。对于相同的物系及一定的设备（填料类型与尺寸），吸收系数随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。 若气液平衡关系遵循享利定律，即平衡曲线为直线，可用解析法解得填料层高度的计算式，亦即可采用下列平均推动力法计算填料层的高度或液相传质单元高度： Am A A L sL C C C aS K V h ?-?= 2 1 （11） S K V h H h N L sL L L α== （12） 式中m A C .?为液相平均推动力，即 其中：1110A A C Hp Hy p *==, 2220A A C Hp Hy p * ==，0P 为大气压。 二氧化碳的溶解度常数： E M H w w 1 ? = ρ13--??Pa m koml （14） 式中：w ρ——水的密度， ;3-?m kg w M ——水的摩尔质量， 1-?kmol kg ； E ——二氧化碳在水中的享利系数（见表1），Pa 。 因本实验采用的物系不仅遵循亨利定律，而且气膜阻力可以不计，在此情况下，整个传质过程阻力都集中于液膜，即属液膜控制过程，则液侧体积传质膜系数等于液相体积传质总系数，亦即 Am A A sL L l C C C hS V a K a k ?-?= =2 1 表1 二氧化碳在水中的亨利系数 E ×10-5，kPa
填料塔的原理及结构,一看就懂!
填料塔的原理及结构，一看就懂！ 填料塔（Packing Column）是塔设备的一种。塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。例如应用于气体吸收时，液体由塔的上部通过分布器进入，沿填料表面下降。气体则由塔的下部通过填料孔隙逆流而上，与液体密切接触而相互作用。结构较简单，检修较方便。广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。 1填料塔的结构 ◆填料层：提供气液接触的场所。 ◆液体分布器：均匀分布液体，以避免发生沟流现象。 ◆液体再分布器：避免壁流现象发生。 ◆支撑板：支撑填料层，使气体均匀分布。 ◆除沫器：防止塔顶气体出口处夹带液体。
气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。 填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 2填料塔的附件 填料塔的附件有填料支撑装置、液体分布装置、液体再分布器、除沫装置、填料压紧装置这五种。 ⑴填料支撑装置 主要用途是支撑塔内的填料，同时又能保证气液两相顺利通过。若设计不当，填料塔的液泛可能首先在填料支撑装置上发生。 对填料支撑装置的要求：
◆对于普通填料，支撑装置的自由截面积应不低于全塔面积的50%，并且要大于填料层的自由截面积； ◆具有足够的机械强度、刚度； ◆结构要合理，利于气液两相均匀分布，阻力小，便于拆装。 ⑵液体分布装置 液体在填料塔内均匀分布，可以增大填料的润湿表面积。以提高分离效率，因此液体的初始分布十分重要。 常用的液体分布装置有：莲蓬式、盘式、齿槽式及多孔环管式分布器等。 液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液点均匀性，各布液点上液相组成的均匀性决定，设计液体分布器主要是决定这些参数的结构尺寸。
复合材料力学沈观林编着清华大学出版社
《复合材料力学》沈观林编著清华大学出版社 第一章复合材料概论 1.1复合材料及其种类 1、复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。 2、复合材料从应用的性质分为功能复合材料和结构复合材料两大类。功能复合材料主要具有特殊的功能。 3、结构复合材料由基体材料和增强材料两种组分组成。其中增强材料在复合材料中起主要作用，提供刚度和强度，基本控制其性能。基体材料起配合作用，支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷，保护纤维。 根据复合材料中增强材料的几何形状，复合材料可分为三大类：颗粒复合材料、纤维增强复合材料(fiber-reinforced composite)、层和复合材料。 (1)颗粒：非金属颗粒在非金属基体中的复合材料如混凝土；金属颗粒在非金属基体如固体火箭推进剂；非金属在金属集体中如金属陶瓷。 (2)层合（至少两层材料复合而成）：双金属片；涂覆金属；夹层玻璃。 (3)纤维增强：按纤维种类分为玻璃纤维（玻璃钢）、硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维等。 按基体材料分为各种树脂基体、金属基体、陶瓷基体、和碳基体。 按纤维形状、尺寸可分为连续纤维、短纤维、纤维布增强复合材料。 还有两种或更多纤维增强一种基体的复合材料。如玻璃纤维和碳纤维增强树脂称为混杂纤维复合材料。 5、常用纤维（性能表见P7表1-1） 玻璃纤维（高强度、高延伸率、低弹性模量、耐高温） 硼纤维（早期用于飞行器，价高） 碳纤维（主要以聚丙烯腈PAN纤维或沥青为原料，经加热氧化，碳化、石墨化处理而成；可分为高强度、高模量、极高模量，后两种成为石墨纤维（经石墨化2500~3000°C）；密度比玻璃纤维小、弹性模
填料塔内的流体力学特性
(1) 填料塔内的流体力学特性 填料塔内气液两种流体逆向流动时具有一定的特性，即假定给液量保持不变，在逆流情况下，气体的流速达到一定值时，就发生所谓液体的泛滥现象，此时液体停止下降，且开始随同上逸的气体被吹出塔外，此时气体的流速称为“泛点”。若在对数坐标上标出压强降△P 对气体空塔速度U 的关系，并以不同的液体喷淋量（L ）作为第三参数，可以画出如图8-5所示的各种不同的曲线。当喷淋量L ＝0，即所谓干塔情况，所得关系为一条直线，其斜率为1.8～2.0，即 1.8 2.0P U ?=，这时阻力与气速的关系如同气体高度湍流状态流过真空管道时的情况。当有液体喷淋时，所得的关系就不再是一条直线，而是由三条线段组成的一条曲线。当气速达到A 点时，液体向下游动受逆向气流的牵制开始明显起来，表现在填料上的滞留液量剧增，气流通过截面不断减小，因此从A 点之后，压强降随空塔气速有较大的增加，图8-6中曲线斜率不断加大，A 点称为“载点”。当气速增加到B 点时，压强降几乎直线上升，表示塔内发生了气泛，称之为“泛点”，此时气体托住液滴，逐渐使液滴形成连续相，气体反变成分散相，吸收操作无法正常进行。 填料塔只能在泛点下操作。有的学者认为开始拦液之点（载点）为吸收填料塔的最大可允许的操作情况。而实际最经济的操作速度，最好相当于载点速度的80％左右或泛点速度的50％～70％。 （2）泛液速度（f v ） 通过上面分析，不难了解在决定吸收塔的操作情况或塔径的设计上，都必须首先确定可允许的最大气流速度，即在泛点时的空塔气速。从实验数据刊出，泛点时的空塔气速f v 与流体物性、液气流量比、填料充填方式和填料特性有关。实验结果一般用通用关联图的形式把有关因素关联起来。当前工程设计中最常用的关联图如8-7。
复合材料力学答案
复合材料力学答案 【篇一：材料力学】 教程第二版 pdf格式下载单辉祖主编本书是单辉祖主编《材料力学 教程》的第2版。是根据高等工业院校《材料力学教学基本要求》 修订而成。可作为一般高等工业院校中、少学时类材料力学课程的 教材，也可作为多学时类材料力学课程基本部分的教材，还可供有 关工程技术人员参考。 内容简介回到顶部↑本教村是普通高等教育“十五”国家级规划教材。. 本教材仍保持第一版模块式的特点，由《材料力学(Ⅰ)》与《材料力 学(Ⅱ)》两部分组成。《材料力学(Ⅰ)》包括材料力学的基本部分， 涉及杆件变形的基本形式与组合形式，涵盖强度、刚度与稳定性问题。《材料力学(Ⅱ)》包括材料力学的加深与扩展部分。 本书为《材料力学(Ⅱ)》，包括非对称弯曲与特殊梁能量法(二)、能 量法 (二)、静不定问题分析、杆与杆系分析的计算机方法、应力分析的实验方法、疲劳与断裂以及考虑材料塑性的强度计算等八章。各章均 附有复匀题与习题，个别章还安排了利用计算机解题的作业。.. 与第一版相同，本教材具有论述严谨、文字精炼、重视基础与应用、重视学生能力培养、专业面宽与教学适用性强等特点，而且，在选 材与论述上，特别注意与近代力学的发展相适应。 本教材可作为高等学校工科本科多学时类材料力学课程教材，也可 供高职高专、成人高校师生以及工程技术人员参考。 以本教材为主教材的相关教学资源，尚有《材料力学课堂教学多媒 体 课件与教学参考》、《材料力学学习指导书》、《材料力学网上作 业与查询系统》与《材料力学网络课程》等。... 作译者回到顶部↑本书提供作译者介绍 单辉祖，北京航空航天大学教。1953年毕业于华东航空学院飞机结 构专业，1954年在北京航空学院飞机结构专业研究生班学习。1992—1993年，在美国特拉华大学复合材料中心．从事合作研究。.历任教育部工科力学教材编审委员、国家教委工科力学课程指导委 员会委员、中国力学学会教育工作委员会副主任委员、北京航空航 天大学校务委员会委员、校学科评审组成员与校教学指导委员会委 员等。..
填料塔吸收流体力学性能测定实验
实验填料塔吸收流体力学性能测定实验 一、实验目的 1. 了解吸收过程的流程、设备结构，并掌握吸收操作方法。 2. 在不同空塔气速下，观察填料塔中流体力学状态。测定气体通过填料层的压降与气速的关系曲线。 3. 了解填料塔的液侧传质膜系数、总传质系数的测定方法。 4.通过实验了解ΔP—u曲线和传质系数对工程设计的重要意义。 二、实验原理 1. 填料塔的流体力学特性 吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积，而气体在通过填料层时，由于有局部阻力和摩擦阻力而产生压强降。 填料塔的流体力学特性是吸收设备的重要参数，它包括压强降和液泛规律。测定 填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力 消耗和确定填料塔的适宜操作范围，选择适宜的气 液负荷，因此填料塔的流体力学特性是确定最适宜 操作气速的依据。 气体通过干填料（L=0）时，其压强降与空塔气速 之间的函数关系在双对数坐标上为一直线，如图中 AB线，其斜率为1.8～2。当有液体喷淋时，在低 气速时，压强降和气速间的关联线与气体通过干填料时压强降和气速间的关联线AB线几乎平行，但压降大于同一气速下干填料的压降，如图中CD段。随气速的进一步增加出现载点（图中D点），填料层持液量开始增大，压强降与空塔气速的关联线向上弯曲，斜率变大，如图中DE段。当气速增大到E点，填料层持液量越积越多，气体的压强几乎是垂直上升，气体以泡状通过液体，出现液泛现象，此点E称为泛点。 三、实验装置
1、二氧化碳阀 2、6二氧化碳压表 3、减压阀 4、二氧化碳瓶 5、11温度计 7、 空气缓冲罐 8、二氧化碳压表 9、15、28转子流量计 10、二氧化碳压计 12、空气缓冲罐 13、放净阀 14、空气调节阀 16、塔顶尾气压力计 17、填料支撑板 18、排液管 19、塔压降 20、填料塔 21、喷淋器 22、尾气稳压阀 23、尾气采样管 24、稳压瓶 25、采样考克 26、吸收分析盒 27、湿式体积流量计 29、放净阀 30、进水调节阀 空气由风机供给进入空气缓冲罐12再由阀14调节空气流量，经空气转子流量计15计量，并在管路中与二氧化碳（经转子流量计9计量）混合后进入塔底，混合气在塔中经水吸收后，尾气从塔顶排出。出口处有尾气稳压阀22，以维持一定的尾气压力（约100-200mmH2O）作为尾气通过分析器26的推动力。吸收剂—水，经转子流量计计量后，进入塔顶喷淋气喷出，塔底吸收液经排液管流入地沟。排液管18可上下移动，使液面控制在管子内部而不上升到塔截面内，保证液封。吸收质纯二氧化碳由钢瓶4供给，缓慢开启二氧化碳瓶阀1，二氧化碳气即进入自动减压阀3，稳压1Mpa范围以内。压力表2指示钢瓶内部压力，压力表6指示减压后的压力。二氧化碳气体通过转子流量计，进入塔底。气体由上向下经过填料层与液相逆流接触，最后由柱顶放空。因气体流量与状态有关，所以每个气体流量计前均有表压计和温度计。为了测量塔内压力和塔压降，装有表压计16和压差计19。另外还需要大气压力计测量大气压强。尾气分析器由吸收盒26和湿式气体流量计27。 四、流体力学性能测定实验方法
复合材料力学性能的试验评价方法及其标准化动向
复合材料力学性能的试验评价方法及其标准化动向 王瑞杨连贺王建坤 （天津纺织工学院 300160） 摘要：复合材料力学性能的试验评价方法及其标准化是关系到加速复合材料的发展和扩大应用领域的重要课题。本文综述了复合材料力学性能的试验评价方法及其标准化的现状，分析了现行试验方法及标准中存在的问题和国际研究动向，提出了我国今后对复合材料试验方法及标准化研究和开发方向的建议。 关键词：复合材料力学特性试验方法标准化 1 前言 树脂基复合材料作为一种新型材料，以其轻量、耐腐蚀及良好的力学性能等而倍受青睐。由于其优良的特性，复合材料的研究和应用得到了广泛的关注，目前已被广泛应用于航空航天、电子、超导、汽车及建筑等领域。为了进一步扩大复合材料的应用领域，作为材料性能和安全可靠性保证的手段，试验技术和评价方法的研究是必不可少的。 复合材料力学性能的试验与评价在复合材料的开发与应用中发挥着极其重要的作用，尤其是在材料设计中。试验与评价在优化加工工艺、分析组分材料性能对复合材料整体性能的影响及降低材料成本等方面均具有十分重要的意义。高性能复合材料的设计与加工，需要充分把握复合材料的力学性能，从而明确开发目标与既用材料的差别，以确立高性能复合材料的开发方针。同时，为了根据使用条件和环境合理准确地设计复合材料，需要可靠和真实的复合材料力学性能数据、设计数据，来源于可靠的测试评价方法，因而复合材料力学性能的测试与评价方法的确立是正确设计复合材料，确保力学性能和使用质量、扩大应用范围的重要研究课题。在制定复合材料的试验方法与标准时，特别需要考虑的是与国际标准的接轨，以促进复合材料产品的市场发展，将我国的标准化运作同国际组织的标准化研究逐步衔接起来，使测试标准更加规范，消除贸易上的技术障碍，有效地促进信息交流和共享。实验方法的标准化也是复合材料发展和应用中必须解决的问题，具有重要的经济效益和社会效益。 2 试验、评价方法与标准化现状 2．l 特性评价的物理意义 与通常的金属材料及其它结构材料相比，复合材料具有无延伸性和异向性显著的特点，因此与通常的金属材料不同，存在三个问题：（1）在夹持部无因塑性变形而引起的缓和应力集中作用；（2）在测试部难以获得均匀的应力分布；（3）在应力传递部容易引起破坏等问题。目前，复合材料的力学特性试验与评价方法作为既定标准已不鲜见，但多数都存在上述问题。其中有些已历经修改而成为具有较高水平的“标准”，但同样存在不尽人意之处。理想的情况下，力学特性试验法应该是评价材料某一物理特性值的，但许多情况下都由于应力集中等影响而只能获得表现值，得不到材料的真实数据，因此在应用这些试验方法和标准时，必须充分理解和认识它们的物理意义。 2．2 评价方法存在的问题 关于复合材料力学性能的评价，迄今已有许多实验方法，其中有些方法比较简单，而且已经制定了标准。有些实验方法涉及复合材料固有的复杂性，尚不够
复合材料力学
3019《复合材料力学》考试大纲 《复合材料力学》全面、系统地阐述了复合材料力学基础、宏观力学和细观力学的基本理论、分析方法和结果，并介绍了混杂复合材料，复合材料疲劳、断裂和连接等专题，以及纳米复合材料、生物／仿生复合材料和智能复合材料等现代新型复合材料及其分析方法。考试内容及要求如下： 第1章单层复合材料的宏观力学分析 平面应力下单层复合材料的应力—应变关系，单层材料任意方向的应力—应变关系 单层复合材料的强度，正交各向异性单层材料的强度理论 第2章复合材料力学性能的实验测定 纤维和基体的力学性能测定，单层板基本力学性能的实验测定，其他力学性能实验 第3章层合板刚度的宏观力学分析 层合板的刚度和柔度，几种典型层合板的刚度计算，层合板刚度的理论和实验比较 第4章层合板强度的宏观力学分析 层合板强度概述，层合板的应力分析，层合板的强度分析，层合板的层间应力分析 第5章湿热效应 单层板的湿热变形，考虑湿热变形的单层板应力—应变关系，考虑湿热变形的层合板刚度关系，考虑湿热变形的层合板应力和强度分析 第6章层合平板的弯曲、屈曲与振动 层合平板的弯曲，层合平板的屈曲，层合平板的振动，层合板中耦合影响的简单讨论 第7章若干专题 混杂复合材料及其力学分析，金属基复合材料和陶瓷基复合材料，纳米复合材料简介，复合材料的疲劳，复合材料的损伤和断裂，复合材料的蠕变，复合材料的连接，横向剪切的影响 第8章复合材料的有效性质和均质化方法 尺度和代表单元的概念，细观过渡方法 第9章单层复合材料的细观力学分析 刚度的材料力学分析方法，强度的材料力学分析方法，短纤维复合材料的细观力学分析，热膨胀的力学分析，刚度的弹性力学分析方法 第10章复合材料线性有效模量预测的近似方法 宏观整体坐标系和局部坐标系，稀疏方法，Mori—Tanaka方法，自洽方法，微分法，广 —1—
填料塔的结构特点
填料塔 一、填料塔的结构特点 【图片3-10】填料塔的结构示意图 图片3-10所示为填料塔的结构示意图，填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。 填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。
填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。 二、填料的类型 填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。 1．散装填料 散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种较为典型的散装填料。 【图片3-11】几种典型的散装填料 拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍填料 矩鞍填料金属环矩鞍填料球形填料 （1）拉西环填料拉西环填料于1914年由拉西（F. Rashching）发 明，为外径与高度相等的圆环，如图片拉西环所示。拉西环填料的气液分 布较差，传质效率低，阻力大，通量小，目前工业上已较少应用。 （2）鲍尔环填料如图片鲍耳环所示，鲍尔环是对拉西环的改进， 在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。 （3）阶梯环填料如图片阶梯环所示，阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面