学习复合材料力学

学习复合材料力学（精选8篇）

学习复合材料力学 第1篇

学习总结

曾经在大学的时候就学习过《水轮机》和《材料力学》这两门门课程，由于过去的时间比较长，大部门都已经淡忘了。来东电工作之前，在我的印象中《水轮机》和《材料力学》只是停留在一个很初级的阶段。在从事了水轮机安装这项工作之后，我发现这两门课程在我以后的工作中将时时处处要用到，加上在水轮机制造车间以及水轮机安装现场的所见所闻，我对《水轮机》和《材料力学》这两门课程重新进行了全面而认真的学习。以下是我对这两门课程学习的一些主要内容的总结。

一、水轮机部分

水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。水轮机按能量转换特征分为两类，即反击式和冲击式。而每一类水轮机又根据转轮区内水流的特征和转轮的结构特征又分为多种形式。反击式包括混流式、轴流式、斜流式、贯流式等。冲击式包括水斗式、双击式、斜击式等。

1.反击式水轮机

反击式水轮机指主要利用水流压力能转换成机械能的水轮机，其特点是水流在压力流的状态下流经转轮；转轮由若干具有扭曲面的刚性叶片组成，扭曲的流道改变水流流动方向及流速大小，水流对叶片产生反作用力，形成旋转力矩，推动叶片旋转。

反击式水轮机根据水流流经转轮方式的不同，分为轴流转桨式、混流式、斜流式和贯流式。反击式水轮机通常由四大部分组成：引水室（蜗壳）、导水机构、转轮、尾水管。这四大部分对于不同类型的水轮机各不完全相同，有着自身的特点。蜗壳的作用主要是使水流以较小的水力损失均匀对称地流入导水机构，基本保证水流的轴对称性与均匀性，以提高水能转换效率。导水机构的主要作用是根据机组负荷变化来调节水轮机的流量，以改变水轮机的出力，并引导水流按一定的方向进入转轮，形成一定的速度矩。反击式水轮机转轮是直接将水能转换为旋转的机械能的过流部件，它对水轮机的性能、结构、尺寸等起着决定性的作用，是水轮机的核心部分。性能良好的转轮具有能量转换效率高、空蚀系数低等特征。

1)轴流式水轮机

轴流式水轮机的转轮主要部件：轮毂、轮叶、泄水锥。水流在通过转轮时沿轴向流

入而又依轴向流出；多适用于低水头，大流量的水电站，水头范围一般在50米以下；按其叶片按照方式可分为定桨式和转桨式；定桨式多用于负荷变化不大，水头和流量比较固定的小型水电站；转桨式在运行中可调整桨叶角度，以适应水头和流量的变化，保持较高效率。轴流定浆式水轮机叶片不能随工况的变化而转动，高效率区较小，适用于水头变化不大的小型电站。轴流转浆式水轮机叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度)。适用于大型水电站。

2)混流式水轮机

水流沿径向流入而又依轴向流出；水头适应范围广，适用水头20-450m；结构简单，运行效率高。混流式水轮机适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用于高水头小流量电站。

3)斜流式水轮机

转轮叶片轴线与水轮机轴线有一定夹角，水流斜向流经转轮；叶片装置可调整，高效区较宽，性能介于轴流转桨式水轮机和混流式水轮机之间；多应用与中小水电站；应用水头范围20-200m。

4)贯流式水轮机

水流由管道进口到尾水管出口为轴向流动，水流直贯流经转轮；具有较高的过能力和较大比转速，水力损失相对较小；根据发电机装置形式不同，分为全贯流式和半贯流式两大类；多用于小型水电站。全贯流式机组发电机转子安装在水轮机转轮外缘，其密封困难，现在较少使用。半贯流式又可以分为以下几种类型：灯泡贯流式，发电机组安装在密闭的灯泡体内，使用较广泛，机组结构紧凑，流道形状平直，水力效率高；轴伸式贯流机组：发电机安装在外面，水轮机轴伸出到尾水管外面；竖井式贯流机组：发电机安装在竖井内。贯流式水轮机水能利用效率高，最高效率达90%以上，通常用于河床式、潮汐式水电站。

2.冲击式水轮机

冲击式水轮机是利用水流的动能来做功的水轮机，它由喷管和转轮组成。水流以自由水流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能(V方向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转动。在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部。不适宜调峰运行。

冲击式水轮机的构造比较简单，主要由转轮、喷嘴和折向器组成。它适用水头高，流量小，多用于400m以上，最高接近2000m。通过将水流能量全部转换成高速射流的

动能，冲击转轮叶片，将水能转换为机械能。按射流是否在转轮旋转平面内，分为水斗式、斜击式和双击式;3.水轮机主要工作参数

1)水头（H）

水轮机水头，也称工作水头，即水轮机工作的净水头。定义为单位重量水体通过水轮机进出口断面的能量差值。

2).流量（Q）

水轮机的流量是水流在单位时间内通过水轮机的体积，通常用Q表示，其单位为m3/s，水轮机的引用流量主要随着水轮机的工作水头和出力的变化而变化。在设计水头下水轮机以额定出力工作时其过水流量最大。

3)出力（NT）

出力是指水轮机主轴轴端输出的机械功率，单位为N*m/s, 工程中通常用kW表示。水轮机出力可以用水轮机主轴转动力矩与角速度的乘积来表示，即：

4)效率（η）

水轮机的输出功率与输入功率比值称为效率，用η表示。

5)转速n 对于大中型水轮发电机组，水轮机与发电机是同轴运行的，所以它们的转速相同，并需要满足同步转速的要求。

6)型号

水轮机的型号就是水轮机的姓名，其目的是为了统一产品规格，提高产品质量，便于选择使用。表明水轮机性能有两个主要参数：转轮直径D1和水轮机的比转速ns，所以在水轮机牌号上不仅要表明是什么类型的水轮机，而且要表示它的转轮直径和比转速。我国统一规定的水轮机牌号由三部分代号组成。第一部分代表水轮机类型和转轮型号；第二部分表示水轮机主轴的布置型式及水轮机室特征；第三部分表示水轮机转轮标称直径D1。

二、材料力学部分

在材料力学中，将研究对象被看作均匀、连续且具有各向同性的线性弹性物体。但

在实际研究中不可能会有符合这些条件的材料，所以须要各种理论与实际方法对材料进行实验比较。

1.综述

材料力学主要包括两大部分：一部分是材料的力学性能，而且也是固体力学其他分支的计算中必不可缺少的依据；另一部分是对杆件进行力学分析。杆件按受力和变形可分为拉杆、压杆、受弯曲的梁和受扭转的轴等几大类。杆中的内力有轴力、剪力、弯矩和扭矩。杆的变形可分为伸长、缩短、挠曲和扭转。在处理具体的杆件问题时，根据材料性质和变形情况的不同，可将问题分为三类：

1)线弹性问题

在杆变形很小，而且材料服从胡克定律的前提下,对杆列出的所有方程都是线性方程,相应的问题就称为线性问题。对这类问题可使用叠加原理，即为求杆件在多种外力共同作用下的变形，可先分别求出各外力单独作用下杆件的变形，然后将这些变形叠加，从而得到最终结果。

2)几何非线性问题

若杆件变形较大，就不能在原有几何形状的基础上分析力的平衡，而应在变形后的几何形状的基础上进行分析。这样，力和变形之间就会出现非线性关系，这类问题称为几何非线性问题。

3)物理非线性问题

在这类问题中，材料内的变形和内力之间不满足线性关系，即材料不服从胡克定律。在几何非线性问题和物理非线性问题中，叠加原理失效。解决这类问题可利用卡氏第一定理、克罗蒂－恩盖塞定理或采用单位载荷法等。

2.材料的主要力学性能

1)材料的拉伸性能

本章开篇介绍拉伸试验，紧接着介绍脆性材料的拉伸性能和塑性材料的拉伸性能。脆性材料在拉伸断裂前只发生弹性变形，而不发生塑性变形，在弹性变形阶段应力与应变成正比。塑性材料的力学性能可以从其工程应力——工程应变曲线中得到理解和体会，根据工程应力——工程应变曲线可以确定材料的拉伸性能，包括材料的强度、塑性

和韧性

2)材料的弹性变形和塑性变形

金属材料在外力作用下发生尺寸或形状的变化，称为变形。若外力除去后，变形随之消失，这种变形即为弹性变形，弹性变形是可逆的。弹性变形里最重要的概念是弹性模量，影响弹性模量的因素是很多的，比如纯金属的弹性模量、合金元素、温度、加载速率、冷变形等，但是弹性模量却是最稳定的力学性能参数，对合金成分和组织的变化不敏感。一般情况下，弹性模量较大的合金，其硬度、熔点也相对较高。当外加的应力超过弹性极限，金属则会发生塑性变形。常见的塑性变形方式包括滑移、孪生、马氏体剪切转变，扩散蠕变和晶界迁移。通常晶体中的滑移系越多，这种金属的塑性就可能越好，而孪生虽然提供的直接塑性变形很小，但间接地贡献却很大。工程上应用的金属大多是多晶体，这些实用的金属材料有其自身的塑性变形特点：（1）各晶粒塑性变形的非同时性和不均一性。（2）各晶粒塑性变形的相互制约性与协调性。屈服现象是大多数金属材料都会有的，而要出现明显的屈服，则必须满足两个条件：材料中原始的可动位错密度小和应力敏感因数小。为使机件不致发生塑性变形而失效，常采用各种措施来提高屈服强度，为此要先了解影响屈服强度的各种因素，这些因素包括点阵阻力、位错间交互作用阻力、晶界阻力——细晶强化、固溶强化和第二相强化，它们共同作用决定了材料的屈服强度。绝大多数金属在室温下屈服后，要使塑性变形继续进行，必须不断增大应力，在其真应力——真应变曲线上表现为流变应力不断上升，这种现象称为形变强化。形变强化是金属得到广泛应用的原因之一，有很重要的技术意义：（1）形变强化与塑性变形配合，保证了金属材料在截面上的均匀变形，得到均匀一致的冷变形制品。（2）形变强化性能使金属制件在工作中具有适当的抗偶然过载的能力，保证了机器的安全工作。（3）形变强化是生产上强化金属的重要的工艺手段。（4）形变强化可以降低低碳钢的塑性，改善其加工切削性能。

3)静载荷下材料的力学性能

本章主要是试验，包括扭转试验、弯曲试验、压缩试验和剪切试验。机械和工程结构的很多零件是在扭矩、弯矩或轴向压力作用下服役的，因此，需要测定材料在扭转、弯曲和轴向压缩加载下的力学性能，作为零件设计、材料选用和制定热处理工艺的依据。

4)材料的硬度

第四章主要介绍材料的硬度，包括布氏硬度，洛氏硬度，维氏硬度，显微硬度和肖

恩硬度。测定硬度的方法很多，主要有压入法，回跳法和刻线法三大类，而不同的方法测定的硬度具有不同的意义。

5)材料的断裂

断裂是机械和工程构件失效的主要形式之一，它比其他的失效形式更具有危险性，可分为脆性断裂和韧性断裂。脆性断裂的宏观特征，从理论上讲，是断裂前不发生塑性变形，而裂纹扩展速度很快，几近音速。脆性断裂的解理机制有解理断裂和晶间断裂。要充分理解断裂，必须先弄懂理论断裂强度和脆断强度理论，理论断裂强度是由原子间结合力决定，脆断强度理论是指假定在实际材料中存在着裂纹，当名义应力很低时，裂纹尖端的局部应力已经达到很高的数值，从而使裂纹快速扩展，并导致脆性断裂。另外一种断裂形式是延性断裂，其过程为“微孔形核——微孔长大——微孔聚合”，其微观形貌是韧窝形貌。工程上总是希望构件在韧性状态下工作，避免危险的脆性断裂。构件或材料是韧性或脆性状态，取决于材料本身的组织结构，应力状态，温度，加载速率等，并不是固定不变的，而是可以相互转化的。

三、总结

通过这两门课程的学习，使我在工作能力方面又提升了一个档次。因为这两门课程在我以后的工作中将终生受用，我以后的工作也都将围绕着这些方面的内容而展开，它使我对所从事的工作有了更加充实的理论基础。在实际工作中我将不断用我的实际行动将这这些理论转化为自己的知识和经验。在这段时间的学习过程中它不仅培养了我分析问题、解决问题的能力，而且时常结合一些生活中和工程建设中常用的例子，使得一些较为抽象的问题变得易于理解，每一次的学习都会给我不同的感悟，我将在以后的工作中将这些内容继续完善和充实。

学习复合材料力学 第2篇

谈合作学习型教学在《材料力学》中的应用

合作学习型教学能改变传统课堂教学中的种种弊端,促进学生活泼主动全面的发展.本文阐述了合作学习型教学的.内涵、适用性,并结合笔者的教学实际,提出合作学习型教学在<材料力学>中的的具体实施方法,论述了小组合作学习在<材料力学>教学中重要性.

作 者：尹冰  作者单位：福州建筑工程职业中专学校,福建・福州,350007 刊 名：科教导刊 英文刊名：THE GUIDE OF SCIENCE & EDUCATION 年，卷(期)： “”(3) 分类号：G424 关键词：合作   动机   互动   适用  

学习复合材料力学 第3篇

节能和环保是当今世界紧迫要求。笔者以稻壳和淀粉为原料, 采用热压成型方法制备稻壳/淀粉复合材料, 探讨稻壳粉填充量和硅烷偶联剂用量对复合材料拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲弹性模量以及冲击强度的影响。

1 材料与方法

1.1 主要原料

稻壳, 粉末状, 自制;淀粉, 食用淀粉, 南京甘汁园糖业食品公司;硅烷偶联剂, KH550

南京化学试剂有限公司。

1.2 试样制备

选取相应比例淀粉和稻壳粉, 混合后放在搅拌机中充分搅拌10 min后取出, 烘干, 依照模具规格称取相应质量, 填入模具中, 在模压温度145℃, 模压时间10 min, 模压压力12 Mpa的条件下热压成型, 成型结束后需等待冷却 (模具至常温) 后脱模, 取出样品。

1.3 测试方法

力学性能:分别按GB/T1040-1992、GB/T17657-1999用CSS-44100电子万能试验机测定聚丙烯复合材料拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量。按GB/T1451-83用XJJ-5型简支梁冲击试验机上测定稻壳淀粉复合材料冲击强度, 每个试验重复3次, 取平均值。

2 结果与分析

2.1 稻壳粉含量对复合材料力学性能的影响

由图1可知, 稻壳粉填充量为90%时, 复合材料力学性能较好。而随着稻壳粉填充量的减小, 力学性能下降, 可能是稻壳粉纤维作为整个复合材料的骨架起到支撑和增强的作用。当稻壳粉含量高时, 淀粉与稻壳粉之间相容性较好, 表现为复合材料有较好的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲弹性模量。而随着稻壳粉含量减少淀粉含量增加, 两者粘合性减弱, 导致复合材料拉伸和弯曲性能下降。复合材料的冲击强度随淀粉含量的增加, 先减小后增加, 其原因可能是淀粉团聚体中淀粉分子链段之间的氢键作用, 材料的抗冲击性能反而好。

2.2 偶联剂KH550含量对复合材料力学性能的影响

由图2中可以看出, 偶联剂KH550含量增加后复合材料各项力学指标均有不同程度的提高。其中, KH550含量为6%的复合材料拉伸强度极显著高于其他填充量的复合材料 (P<0.01) ;KH550含量为6%的复合材料弯曲强度极显著高于其他填充量的复合材料 (P<0.01) ;KH550含量为4%的复合材料冲击强度极显著高于没有添加偶联剂的复合材料。

硅烷偶联剂用量在一定范围内, 复合材料的力学性能随硅烷偶联剂用量的增加而增强, 主要原因在于硅烷偶联剂与稻壳粉表面羟基发生化学反应。同时, 稻壳粉经表面改性后, 其表面的亲水性-OH基团数减少, 淀粉与稻壳粉表面之间有更强的表面键合, 提高了稻壳粉与淀粉的相容性及其在淀粉中的分散性, 所以复合材料的界面结合能力得到改善的同时, 也增加了复合材料的脆性, 所以使得复合材料的冲击强度有所下降。

3 结论

随着稻壳粉含量的减少, 稻壳/淀粉复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲弹性模量下降, 稻壳粉含量为90%时, 综合力学性能较好;硅烷偶联剂能提高稻壳/淀粉复合材料的力学性能, 当偶联剂含量为6%时, 复合材料的综合力学性能较好。

摘要：为研究环境友好材料, 采用热压成型方法制备稻壳/淀粉复合材料。探讨了稻壳粉填充量和硅烷偶联剂用量对复合材料力学性能的影响。结果显示:稻壳粉填充量为90%时复合材料的力学性能较高, 复合材料的拉伸强度、弯曲强度随稻壳添加量的减少而明显下降, 冲击强度随稻壳添加量的减少先下降后上升;添加适量的偶联剂可以改善复合材料界面相容性, 且偶联剂含量为6%时复合材料的力学性能较好。

关键词：稻壳/淀粉复合材料,力学性能,偶联剂

参考文献

[1]J Guan, Milford A H.Functional Properties of Extruded foam Composites of Starch Acetate and Corn Cob Fiber[J].Industrial Crops and Product, 2004, 19 (3) :255-269.

[2]刘军军, 何春霞, 于旻.稻秸/淀粉胶复合材料性能研究[J].林产工业, 2012, 39 (1) :22-25.

[3]Wan Y, Luo H, He F, et al.Mechanical Moisture Absorption, and Biodegradation Behaviours of Bacterial Cellulose Fibrereinforced Starch Biocomposites[J].Composites Science and Technolo gy, 2009, 69 (7/8) :1212-1217.

[4]Glenn G M, ImamS H, Orts W J, et al.Fiber Reinforced Starch Foams[C].Paris, ANT EC, Conference Proceedings, 2004:2484-2488.

[5]张丽, 崔丽, 冯绍华.稻壳粉/PP复合材料性能的研究[J].塑料科技, 2013, 41 (1) :84-85.

[6]郭文静, 王正, 黑须博司.三种塑料与木纤维复合性能的研究[J].木材工业, 2005, 19 (2) :8-11.

[7]Zhou X P, Xie X L, Yu ZZ, Mai YW.Intercalated Structure of Polypropylene/in Situ Polymerizationmodified Talc Composites Via Melt Compounding[J].Polymer, 2007, 48 (12) :55-64.

学习复合材料力学 第4篇

关键词 稻壳/淀粉复合材料；力学性能；偶联剂

中图分类号：B332 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2015）21--02

采用稻壳等植物纤维和淀粉制备的复合材料，具有其他复合材料无法比拟的质轻价廉、易加工、可再生和可生物降解等优点[1-3]。虽然国内外学者对稻壳粉制备复合材料已作了大量研究，但其中采用的高分子聚合物[4-7]为原料大都为不可降解的原料（如PVA、EVA等）[8]。

节能和环保是当今世界紧迫要求。笔者以稻壳和淀粉为原料，采用热压成型方法制备稻壳/淀粉复合材料，探讨稻壳粉填充量和硅烷偶联剂用量对复合材料拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲弹性模量以及冲击强度的影响。

1 材料与方法

1.1 主要原料

稻壳，粉末状，自制；淀粉，食用淀粉，南京甘汁园糖业食品公司；硅烷偶联剂，KH550

南京化学试剂有限公司。

1.2 试样制备

选取相应比例淀粉和稻壳粉，混合后放在搅拌机中充分搅拌10 min后取出，烘干，依照模具规格称取相应质量，填入模具中，在模压温度145 ℃，模压时间10 min，模压压力12 Mpa的条件下热压成型，成型结束后需等待冷却（模具至常温）后脱模，取出样品。

1.3 测试方法

力学性能：分别按GB/T1040-1992、GB/T17657-1999用CSS-44100电子万能试验机测定聚丙烯复合材料拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量。按GB/T 1451-83用XJJ-5型简支梁冲击试验机上测定稻壳淀粉复合材料冲击强度，每个试验重复3次，取平均值。

2 结果与分析

2.1 稻壳粉含量对复合材料力学性能的影响

由图1可知，稻壳粉填充量为90%时，复合材料力学性能较好。而随着稻壳粉填充量的减小，力学性能下降，可能是稻壳粉纤维作为整个复合材料的骨架起到支撑和增强的作用。当稻壳粉含量高时，淀粉与稻壳粉之间相容性较好，表现为复合材料有较好的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲弹性模量。而随着稻壳粉含量减少淀粉含量增加，两者粘合性减弱，导致复合材料拉伸和弯曲性能下降。复合材料的冲击强度随淀粉含量的增加，先减小后增加，其原因可能是淀粉团聚体中淀粉分子链段之间的氢键作用，材料的抗冲击性能反而好。

a.拉伸强度和拉伸模量

b.弯曲强度和弯曲弹性模量

c.冲击强度

图1 不同稻壳粉填充量的稻壳/淀粉复合材料的力学性能

2.2 偶联剂KH550含量对复合材料力学性能的影响

a.拉伸强度和拉伸模量

b.弯曲强度和弯曲弹性模量

c.冲击强度

图2 KH550含量对复合材料力学性能的影响

由图2中可以看出，偶联剂KH550含量增加后复合材料各项力学指标均有不同程度的提高。其中，KH550含量为6%的复合材料拉伸强度极显著高于其他填充量的复合材料（P<0.01）；KH550含量为6%的复合材料弯曲强度极显著高于其他填充量的复合材料（P<0.01）；KH550含量为4%的复合材料冲击强度极显著高于没有添加偶联剂的复合材料。

硅烷偶联剂用量在一定范围内，复合材料的力学性能随硅烷偶联剂用量的增加而增强，主要原因在于硅烷偶联剂与稻壳粉表面羟基发生化学反应。同时，稻壳粉经表面改性后，其表面的亲水性-OH基团数减少，淀粉与稻壳粉表面之间有更强的表面键合，提高了稻壳粉与淀粉的相容性及其在淀粉中的分散性，所以复合材料的界面结合能力得到改善的同时，也增加了复合材料的脆性，所以使得复合材料的冲击强度有所下降。

3 结论

随着稻壳粉含量的减少，稻壳/淀粉复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲弹性模量下降，稻壳粉含量为90%时，综合力学性能较好；硅烷偶联剂能提高稻壳/淀粉复合材料的力学性能，当偶联剂含量为6%时，复合材料的综合力学性能较好。

参考文献

[1]J Guan，Milford A H. Functional Properties of Extruded foam Composites of Starch Acetate and Corn Cob Fiber[J].Industrial Crops and Product，2004，19（3）：255-269.

[2]刘军军，何春霞，于旻.稻秸/淀粉胶复合材料性能研究[J].林产工业，2012，39（1）：22-25.

[3]Wan Y，Luo H， He F， et al.Mechanical Moisture Absorption，and Biodegradation Behaviours of Bacterial Cellulose Fibrereinforced Starch Biocomposites[J].Composites Science and Technology，2009，69（7/8）：1212-1217.

[4]Glenn G M，Imam S H， Orts W J， et al. Fiber Reinforced Starch Foams[C].Paris，ANTEC，Conference Proceedings，2004：2484-2488.

[5]張丽，崔丽，冯绍华.稻壳粉/PP复合材料性能的研究[J].塑料科技，2013，41（1）：84-85.

[6]郭文静，王正，黑须博司.三种塑料与木纤维复合性能的研究[J].木材工业，2005，19（2）：8-1l.

[7]Zhou XP， Xie XL， Yu ZZ， Mai YW. Intercalated Structure of Polypropylene/in Situ Polymerization-modified Talc Composites Via Melt Compounding[J].Polymer，2007，48（12）：55-64.

[8]李弘.合成高分子聚合物生物降解研究进展[J].功能材料，2004，35（1）：106-110.

学习复合材料力学 第5篇

材料力学主要研究的是杆件，板料、壳体也有涉及但不是主要的。材料力学主要是从理论力学的静力学发展而来，应为刚体是不会变形的，所以在理论力学中是不可能解释变形体的问题的，但实际上物体没有不发生形变的，材料力学就是研究物体在发生形变以后的一些问题，比如说刚度，强度，稳定性等等。理论力学无法解答超静定问题，但是在材料力学中可以根据变形协调方程或者一些边界约束条件可以解答超静定问题，这是材料力学比理论力学更丰富的地方。而且材料力学在解释实际生活中的问题时时把问题工程化。另外动载荷和疲劳失效问题材料力学中也有涉及但不是重点。

结构力学核材料力学就差不多了，他研究的范围比材料力学更广一些，但是一些基本的工具和思想都是差不多的。

理论力学 研究物体的机械运动 材料力学 研究构件的失效规律 结构力学 研究结构体系的失效规律 简单的说就是这样，具体的就麻烦了。。学过这三门课，就会清楚了。

材料的力学实验报告 第6篇

一、 拉伸实验・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・2 二、 压缩实验・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・4 三、 拉压弹性模量E测定实验・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・6 四、 低碳钢剪切弹性模量G测定实验・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・8 五、扭转破坏实验・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・10 六、 纯弯曲梁正应力实验・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・12 七、 弯扭组合变形时的主应力测定实验・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・15 八、 压杆稳定实验・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・18

一、拉伸实验报告标准答案

实验结果及数据处理： 例:(一)低碳钢试件

强度指标:

Ps=__22.1___KN屈服应力 ζs= Ps/A __273.8___MPa P b =__33.2___KN强度极限 ζb= Pb /A __411.3___MPa 塑性指标:

L1-LAA1

伸长率100%33.24 %面积收缩率100%68.40 %

LA

低碳钢拉伸图

:

(二)铸铁试件

强度指标:

最大载荷Pb =__14.4___ KN

强度极限ζb= Pb / A = _177.7__ M Pa

问题讨论：

1、 为何在拉伸试验中必须采用标准试件或比例试件,材料相同而长短不同的试件延伸率是否相同

答:拉伸实验中延伸率的大小与材料有关,同时与试件的标距长度有关.试件局部变形较大的断口部分,在不同长度的标距中所占比例也不同.因此拉伸

试验中必须采用标准试件或比例试件,这样其有关性质才具可比性.

材料相同而长短不同的试件通常情况下延伸率是不同的(横截面面积与长度存在某种特殊比例关系除外).

2、 分析比较两种材料在拉伸时的力学性能及断口特征.

答:试件在拉伸时铸铁延伸率小表现为脆性,低碳钢延伸率大表现为塑性;低碳钢具有屈服现象,铸铁无.低碳钢断口为直径缩小的杯锥状,且有450的剪切唇，断口组织为暗灰色纤维状组织。铸铁断口为横断面，为闪光的结晶状组织。.

二、压缩实验报告标准答案

实验数据记录及处理： 例：(一)试验记录及计算结果

问题讨论：

1、分析铸铁试件压缩破坏的原因.

答：铸铁试件压缩破坏，其断口与轴线成45°~50°夹角，在断口位置剪应力已达到其抵抗的最大极限值，抗剪先于抗压达到极限，因而发生斜面剪

切破坏。

2、低碳钢与铸铁在压缩时力学性质有何不同结构工程中怎样合理使用这两类不同性质的材料

答：低碳钢为塑性材料，抗压屈服极限与抗拉屈服极限相近，此时试件不会发生断裂，随荷载增加发生塑性形变;铸铁为脆性材料，抗压强度远大于抗拉强度，无屈服现象。压缩试验时，铸铁因达到剪切极限而被剪切破坏。

通过试验可以发现低碳钢材料塑性好，其抗剪能力弱于抗拉;抗拉与抗压相近。铸铁材料塑性差，其抗拉远小于抗压强度，抗剪优于抗拉低于抗压。故在工程结构中塑性材料应用范围广，脆性材料最好处于受压状态，比如车床机座。

三、拉压弹性模量E测定试验报告

实验数据记录及处理：

(一)碳钢试件尺寸

计算长度L =__100___mm直 径d =__10___mm

截面面积A =___78.5____mm2

平均(ΔA1)=平均(ΔA2)=

(1)(A2)

= 左右两表读数差平均值:(A)

2

平均伸长增量(ΔL)=__________mm

碳钢弹性模量 E

PL

MPa

(LA)

问题讨论：

1、 试件的尺寸和形状对测定弹性模量有无影响为什么

答: 弹性模量是材料的固有性质，与试件的尺寸和形状无关。

2、 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量是否相同为什么必须用逐级加载的方法测弹性模量

答: 逐级加载方法所求出的弹性模量与一次加载到最终值所求出的弹性模量不相同，采用逐级加载方法所求出的弹性模量可降低误差，同时可以验证材料此时是否处于弹性状态，以保证实验结果的可靠性。

四、低碳钢剪切弹性模量G测定实验报告标准答案

实验数据记录及处理： (一)试验数据及计算结果

MnL032MnL0

G4

材料力学教案绪论 第7篇

第 1 次课学时

授课日期：授课班级： 授课教师：王晋鹏批准人： 章节名称

1.1 材料力学的任务

1.2 变性固体的基本假设

1.3 外力及其分类

1.4 内力、截面法和应力的概念

1.5 变形与应变

1.6 杆件变形的基本形式

授课形式

理论课□√案例讨论课□实验课□习题课□其他□

本次授课目的与要求

1.了解材料力学的任务和基本假设； 2.了解外力的分类；

3.掌握内力的概念及用截面法进行内力的计算； 4．熟悉应力、应变的概念 5．熟悉杆件变形的基本形式

本次教学重点与难点

重点：用截面法进行内力的计算

难点：材料力学的任务和基本假设及应力、应变的概念

教学内容提要及时间分配

时间分配

教学方法与手段设计

1.材料力学的任务 2.变形固体的基本假设 3.外力的分类

4.内力、应力的概念以及用截面法进行内力的计算 5.变形与形变的概念 6.杆件变形的基本形式 7.小结 8.布置作业

10分钟 10分钟 20分钟 20分钟 15分钟 15分钟 5分钟 5分钟

启发式教学 理论联系实际 加强互动性

课堂导入提问、预习要求及作业布置 1.什么是力？都可以怎么分类？

2.材料力学和理论力学的研究内容有什么不同？ 预习内容：2.1 轴向拉伸与压缩的概念和实例 2.2 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力和应力

2.3 直杆轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力 课后作业：

课后小结

1．材料力学的任务：在保证满足强度、刚度和稳定性要求(安全、实用)的前提下，以最经济的代价，为构件选择适宜的材料，确定合理的形状和尺寸，并提供必要的理论基础和计算方法。

2．变形固体静力学的基本假设：连续、均匀假设和各项同性假设。3．应力、应变的概念及关系。

4．杆件变形的基本形式：拉压、剪切、扭转和弯曲

教学内容

课堂组织

第一章绪论

1.1 材料力学的任务

1、力的概念：力是物体相互之间的一种机械作用。这种相互作用的效果有：

一是使物体的运动状态发生变化（外效应）。二是使物体产生变形（内效应）。

2、力的分类：

按外力的作用方式可分为表面力和体积力。表面力是作用于构件表面的力，又可分为分布力和集中力。分布力是连续作用于构件表面的力，如作用于船体上的水压力。有些分布力是沿杆件的轴线作用的，如楼板对屋梁的作用力。如果分布力的作用面积远小于构件的表面面积，或沿杆件轴线的分布范围远小于杆件长度，则可将分布力简化为作用于一点的力，称为集中力，如列车车轮对钢轨的压力。体积力是连续分布于构件内部各质点上的力，如重力和惯性力等。

按载荷随时间变化的情况可分为静载荷与动载荷。随时间变化极缓慢或不变化的载荷，称为静载荷。其特征是在加载过程中，构件不产生加速度或产生的加速度极小，可以忽略不计。随时间显著变化或使构件各质点产生明显加速度的载荷，称为动载荷。

布力是沿杆件的轴线作用的，如楼板对屋梁的作用力。如果分布力的作用面积远小于构件

3、材料力学的任务：

机械与工程结构通常是由若干个零部件构成的，我们把构成它们的每一个组成部分统称为构件。如机械的轴，房屋的梁、柱子等。在机械或工程结构工作时，有关构件将受到力的作用，因而会产生几何形状和尺寸的改变，称为变形。若这种变形在外力撤除后能完全消除，则称之为弹性变形；若这种变形在外力撤除后不能消除，则称之为塑性变形(或永久变形)。为了保证机械或工程结构能正常工作，则要求每一个构件都具有足够的承受载荷的能力，简称承载能力。构件的承载能力通常由以下3个方面来衡量：

(1)强度：构件抵抗破坏(断裂或产生显著塑性变形)的能力称为强度。构件具有足够的强度是保证其正常工作最基本的要求。例如，构件工作时发生意外断裂或产生显著塑性变形是不容许的。

(2)刚度：构件抵抗弹性变形的能力称为刚度。为了保证构件在载荷作用下所产生的变形不超过许可的限度，必须要求构件具有足够的刚度。例如，如果机床主轴或床身的变形过大，将影响加工精度；齿轮轴的变形过大，将影响齿与齿间的正常啮合等。

(3)稳定性：构件保持原有平衡形式的能力称为稳定性。在一定外力作用下，构件突然发生不能保持其原有平衡形式的现象，称为失稳。构件工作时产生失稳一般也是不容许的。例如，桥梁结构的受压杆件失稳将可能导致桥梁结构的整体或局部塌毁。因此，构件必须具有足够的稳定性。

构件的设计，必须符合安全、实用和经济的原则。材料力学的任务是：在保证满足强度、刚度和稳定性要求(安全、实用)的前提下，以最经济的代价，为构件选择适宜的材料，确定合理的形状和尺寸，并提供必要的理论基础和计算方法。1.2 变形固体的基本假设

为了简化性质复杂的变形固体，通常作出如下基本假设：

(1)续性假设：即认为材料无间隙地分布于物体所占的整个空间中。根据这一假设，物体内因受力和变形而产生的内力和位移都将是连续的，因而可以表示为各点坐标的连续函数，从而有利于建立相应的数学模型。

(2)均匀性假设：即认为物体内各点处的力学性能都是一样的，不随点的位置而变化。按此假设，从构件内部任何部位所切取的微元体，都具有与构件完全相同的力学性能。同样，通过试样所测得的材料性能，也可用于构件内的任何部位。应该指出，对于实际材料，其基本组成部分的力学性能往往存在不同程度的差异，但是，由于构件的尺寸远大于其基本组成部分的尺寸，按照统计学观点，仍可将材料看成是均匀的。

(3)各向同性假设：即认为材料沿各个方向上的力学性能都是相同的。我们把具有这种属性的材料称为各向同性材料，如低碳钢、铸铁等。在各个方向上具有不同力学性能的材料则称为各向异性材料，如由增强纤维(碳纤维、玻璃纤维等)与基体材料(环氧树脂、陶瓷等)制成的复合材料。本书仅研究各向同性材料的构件。按此假设，我们在计算中就不用考虑材料力学性能的方向性，而可沿任意方位从构件中截取一部分作为研究对象。1.4 内力、截面法和应力的概念

构件在未受外力作用时，其内部各质点之间即存在着相互的力作用，正是由于这种“固有的内力”作用，才能使构件保持一定的形状。当构件受到外力作用而变形时，其内部各质点的相对位置发生了改变，同时内力也发生了变化，这种引起内部质点产生相对位移的内力，即由于外力作用使构件产生变形时所引起的“附加内力”，就是材料力学所研究的内力。当外力增加，使内力超过某一限度时，构件就会破坏，因而内力是研究构件强度问题的基础。为了显示和确定构件的内力，可假象地用一平面将构件截分为A、B 两部分(下图)，任取其中一部分为研究对象(例如A 部分)，并将另一部分(例如B部分)对该部分的作用以截开面上的内力代替。由于整个构件处于平衡状态，其任一部分也必然处于平衡状态，故只需考虑A 部分的平衡，根据理论力学的静力平衡条件，即可由已知的外力求得截面上各个内力分量的大小和方向。同样，也可取B 部分作为研究对象，并求得其内力分量。显然，B 部分在截开面上的内力与A部分在截开面上的内力是作用力与反作用力，它们是等值反向的。

上述这种假想地用一平面将构件截分为两部分，任取其中一部分为研究对象，根据静力平衡条件求得截面上内力的方法，称为截面法。其全部过程可以归纳为如下3 个步骤：

(1)在需求内力的截面处，假想地用一平面将构件截分为两部分，任取其中一部分为研究对象。

(2)在选取的研究对象上，除保留作用于该部分上的外力外，还要加上弃去部分对该部分的作用力，即截开面上的内力。

(3)由理论力学的静力平衡条件，求出该截面上的内力。

必须指出，在计算构件内力时，用假想的平面把构件截开之前，不能随意应用力或力偶的可移性原理，也不能随意应用静力等效原理．这是由于外力移动之后，内力及变形也会随之发生变化。一般情况下，内力在截面上并不是均匀分布的。为了描述内力系在截面上各点处分布的强弱程度，我们需引入内力集度(分布内力集中的程度)即应力的概念。

如下图所示，在受力构件截面上任一点K 的周围取一微小面积Δ A，并设作用于该面积上的内力为Δ F，则Δ A上分布内力的平均集度为：

Pm称为Δ A上的平均应力。由于截面上的内力一般并非均匀分布，因而平均应力pm 之值及其方向将随所取Δ A的大小而异。为了更准确地描述点K的内力分布情况，应使Δ A趋 于零，由此所得平均应力m p 的极限值，称为点K处的总应力(或称全应力)，并用p 表示，即

1.5 变形与应变

在外力作用下，构件内各点的应力一般是不同的，同样，构件内各点的变形程度也不相同。为了研究构件的变形，可设想将构件分割成许多微小的正六面体(当六面体的边长趋于无限小时称为单元体)，构件的变形可以看作是这些单元体变形累积的结果。而单元体的变形只表现为边长的改变与直角的改变两种。为了度量单元体的变形程度，人们定义了线应变与切应变两个物理量。

线应变是指单元体棱边长度的相对变化量，通常用ε表示。切应变是指单元体两条互相垂直的棱边所夹直角的改变量，也称为剪应变或角应变，用γ表示。1.6 杆件变形的基本形式

工程实际中的构件是各种各样的，但按其几何特征大致可以简化为杆、板、壳和块体等。本书所研究的只是其中的杆件。所谓杆件是指其长度远大于其横向尺寸的构件。杆件在不同的外力作用下，其产生的变形形式各不相同，但通常可以归结为以下四种基本变形形式以及它们的组合变形形式。1.轴向拉伸或压缩

杆件受到与杆轴线重合的外力作用时，杆件的长度发生伸长或缩短，这种变形形式称为轴向拉伸或压缩。2.剪切

在垂直于杆件轴线方向受到一对大小相等、方向相反、作用线相距很近的力作用时，杆件横截面将沿外力作用方向发生错动(或错动趋势)，这种变形形式称为剪切。机械中常用的连接件，如键、销钉、螺栓等都产生剪切变形。3.扭转

在一对大小相等、转向相反、作用面垂直于直杆轴线的外力偶作用下，直杆的任意两个横截面将发生绕杆件轴线的相对转动，这种变形形式称为扭转。工程中常将发生扭转变形的杆件称为轴。如汽车的传动轴、电动机的主轴等的主要变形，都包含扭转变形在内。4.弯曲

学习复合材料力学 第8篇

大量研究表明,稀土氧化物和稀土盐类具有良好的吸附阴离子的能力。近年来以稀土元素为主要吸附成分的新型吸附剂的研究成为国内外研究的热点之一[2,3,4],Cao X F等[5] 利用Y2O3对Cr(Ⅵ)的吸附性能进行了研究;Srivastava R[4]制备了CeO2,并利用其对水中砷和铬进行去除。但是粉末类吸附剂吸附后分离收集困难,限制了其在水处理中的使用。

有机/无机杂化的方法通过对稀土类无机吸附剂进行改性或者包覆,克服其在使用中的缺陷,使其兼具有机物的柔性及易修饰性和无机物的刚性和稳定性的优点[6] ,在降低使用成本的同时提高吸附效率。壳聚糖含有大量氨基和羟基,能够选择性地螯合吸附一些金属离子,使其在水处理领域备受关注。因此,利用壳聚糖对稀土无机基体进行改性或包覆,以期二者共同作用达到协同吸附效果[7]。

本研究通过乳液交联法将壳聚糖包覆在花状氧化钇上,制成有机/无机杂化材料,并利用扫描电镜、透射电镜、红外光谱等表征手段对壳聚糖-氧化钇复合吸附剂进行分析表征,并研究了壳聚糖复合吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附效果以及动力学和热力学。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

壳聚糖(脱乙酰度85%,分子量3 ×105),氧化钇,戊二醛25%,冰醋酸,硝酸,无水乙醇,以上均为分析纯;液体石蜡,化学纯;吐温-80,化学纯,以上均为国药集团化学试剂有限公司生产。

真空干燥箱(DZF-6021),上海一恒科技有限公司;分析天平(AR1530/C),无锡宏源集团有限责任公司;恒温磁力搅拌器(H01-3),上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司;超声波细胞粉碎机(JY92-2D),宁波新芝生物科技股份有限公司。

使用日立株式会社JSM-5610扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(日本)HITACHI- H7500对样品进行扫描;基团分析使用德国BRUKER公司生产的TENSOR 27傅里叶红外光谱仪在4000~400cm-1光谱范围,经KBr 压片后测定对样品进行红外光谱测试。

1.2 壳聚糖/氧化钇复合吸附剂的制备

首先根据文献制备花状Y2Oundefined,然后准确称取0.2g壳聚糖溶于20mL(1% wt)醋酸溶液中,接着称取不同质量的花状Y2O3加入到上述制备的壳聚糖溶液中,搅拌20min后,再向此混合液中加入30mL液体石蜡,2mL吐温-80作为乳化剂,边滴加边搅拌;接着缓慢滴加1mL戊二醛(25%wt)溶液至上述混合溶液;最后将所得棕色球状小颗粒(壳聚糖/氧化钇)用丙酮充分洗涤,抽滤分离后于 65℃下干燥至恒重。

1.3 壳聚糖/氧化钇对Cr(Ⅵ)的吸附实验

在50mL具塞锥形瓶中加入复合吸附剂进行吸附实验,条件如下:将初始浓度为10~30mg/L Cr(Ⅵ)溶液,置于恒温摇床上,控制温度在25±2℃,以250次/min 的频率震荡,研究不同pH值、不同温度的条件下复合吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附作用。含Cr(VI)水样用分析纯重铬酸钾(K2Cr2O7)配制,浓度为1000mg/ L,根据需要逐级稀释。Cr(Ⅵ)浓度测定使用上海尤尼柯仪器有限公司(UV-2802S)型紫外可见分光光度计于540nm波长处测定吸光度,采用二苯碳酰二肼分光光度法测定[8]。吸附完成后,取上清液并计算Cr(Ⅵ)浓度。吸附量qe计算公式如下:

undefined

其中C0和Ce分别代表溶液中Cr(Ⅵ)的初始浓度和平衡浓度(mg/L),V代表溶液体积(L),M代表吸附剂的使用量(mg)。

为使实验数据可靠,以上实验均重复3次。

2 结果与讨论

2.1 壳聚糖/氧化钇的不同质量比对形貌的影响

为研究壳聚糖和Y2O3不同配比对表面形貌的影响,采用扫描电子显微镜对壳聚糖/氧化钇复合吸附剂形貌进行观察。从图1(a)中可见,花状Y2O3,空间上呈现出类似花状结构;当壳聚糖和Y2O3质量比为 1∶10时,得到的壳聚糖/氧化钇复合吸附剂如图1(b)所示,未见片层状Y2O3纳米晶体,且交联后所形成的产物形状不规则;在壳聚糖和Y2O3质量比为1∶5条件下交联反应,得到颗粒团聚严重,形成致密的块状结构,观察不到孔隙,如图1(c)所示;当壳聚糖和Y2O3质量比为1∶1时,壳聚糖/氧化钇复合物形成具有多孔球形结构,且有孔隙形成,形成凹凸不平的表面结构,如图1(d)所示。因此,选用壳聚糖和Y2O3质量比为1∶1的配比进行以下试验。

2.2 透射电镜分析

为进一步对样品形貌进行分析,对Y2O3 粉末,复合吸附剂进行透射电镜扫描,图2(a)为Y2O3,呈现片层状结构,平均粒径约为1.5um左右,具有较大的比表面积。由图2(b)可以看出,壳聚糖/氧化钇在透射电镜下成不规则形状,主要是由于在形成过程中Y2O3纳米片脱落所致,且Y2O3纳米片分散于其中。

2.3 红外光谱表征

壳聚糖红外图谱如图3(a)所示,位于3440cm-1和 2870cm-1处的宽吸收带包括氨基、羟基、亚甲基和甲基的特征吸收;位于1560 cm-1和 1440cm-1的谱带分别是氨基的弯曲振动和羟基的特征吸收峰;1065cm-1处的C-OH吸收峰在形成复合物后向位移至1070cm-1,说明复合颗粒形成过程中,壳聚糖中-OH 中的O原子参与了配位。从图3(b)中可以看出,活性基团-NH2,-OH特征吸收峰依然存在;在1650cm-1处出现了新吸收峰,是壳聚糖中的-NH2与交联剂戊二醛的-CHO发生交联反应产生的;同时,壳聚糖中位于1440cm-1处C-H键的弯曲振动峰向低波数移动至1413cm-1;另外在1000~650cm-1处有新的吸收峰产生,符合金属氧化物的特征,说明壳聚糖与氧化钇粒子之间存在相互作用,可能是氢键作用的结果。

2.4 pH值对吸附性能的影响

在Cr(Ⅵ)的起始浓度为10mg/L,温度为25℃,研究pH值对吸附性能的影响。pH值是影响吸附能力的重要的因素之一,随着pH值的变化,吸附剂表面的电荷随之改变,还能影响Cr(Ⅵ)在水中的存在形式。本实验在偏酸性条件下进行,是由于在pH值高于6的情况下,Cr(Ⅵ)不稳定,容易被水解成沉淀,而且容易与OH-发生竞争吸附,不利于吸附的发生,因此本试验主要研究pH值在2~7范围内。Cr(Ⅵ)的存在形式随着pH值的变化,呈现出不同的形式H2CrO4,HCrO-4 和CrOundefined。在酸性条件下,Cr(Ⅵ)离子的主要以HCrO-4的形式存在。Cr(Ⅵ)的最大吸附率出现在pH为3,如图4所示。整个吸附过程可以通过两个步骤进行分析,第一步,Cr(Ⅵ)受静电引力作用向吸附剂表面迁移;第二,吸附剂与Cr(Ⅵ)离子相互作用。复合吸附剂中存在大量的氨基和羟基,在酸性条件下,-NH2容易被质子化形成-NH+3,可将带有负电荷的HCrO-4吸附到复合吸附剂的表面,并作为给电子基团,将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)并伴随有螯合作用的发生;同时,在酸性条件下,氧化钇可以形成水合物,通过水解作用可以使其表面带有大量正电荷,然后通过静电作用将HCrO-4吸附到吸附剂的表面,并与HCrO-4相互作用形成螯合物。

2.5 吸附动力学

实验是在温度为25℃,Cr(Ⅵ)的初始浓度为10mg/L,pH=3的条件下进行的。通过拟一级动力学模型和拟二级动力学模型将试验数据进行分析。随着时间的变化,吸附剂对Cr(Ⅵ)吸附量的大小随时间变化如图5(a)所示。初始阶段5~40min内,吸附效果非常显著,直至60min后,吸附量趋于饱和。

拟二级动力学模型的表达式如下所示:

undefined

其中,qe(mg·g-1)表示吸附平衡时的吸附量,qt(mg·g-1)表示在时间t时刻的吸附量,h表示初始吸附速率,κ表示平衡速率常数。undefined和t线性关系如图5(b)所示。通过计算该直线的斜率和截距,得到κ 为9.79×10-3 g·mg-1min-1,h为6.06mg·g-1min-1。拟二级动力学的相关系数为0.99,拟合度较高,也据此判断该吸附属于化学吸附,验证了上述分析中得出的吸附过程中有螯合作用发生。

2.6 吸附等温线

吸附等温线可以有效的描述被吸附金属离子和吸附剂表面之间的机理。Langmuir 吸附等温线模型适用于表面均匀的吸附剂,表达式如下:

undefined

其中,qe(mg·g-1)是吸附平衡时的吸附量,Ce(mg·L-1)是吸附平衡浓度,qm(mg·g-1)是饱和吸附量,KL(Lmg-1)是 Langmuir吸附常数。不同温度时,undefined和Ce的线性关系如图6所示。从表1可以看出,Langmuir 吸附等温线模型的相关系数(R2 > 0.99)。因此,Langmuir 吸附等温线可以更好的描述该吸附过程。在不同温度时,该吸附剂最大吸附量31.065~35.714mg·g-1。

2.7 吸附热力学行为

吸附热力学参数与吸附过程有关,在温度(10~30℃)分别做吸附试验。根据公式(5)(6)计算得到吸附过程热力学参数,吉布斯自由能ΔGο(J·mol-1),熵变ΔSο(J·mol-1K-1)和焓变ΔHο(J·mol-1)。

ΔGo=-RTlnKο(5)

undefined

ΔGο在303K,313K,323K之间的值分别为-2519.142J·mol-1,-2602.282J·mol-1和-2685.422J·mol-1,均为为负值表示吸附过程可以自发进行,温度越高,吸附越容易发生;ΔHο的值为952.15J·mol-1,是正值,说明该吸附过程是吸热反应;其中,ΔSο为-228是负值,这也是有利于吸附发生的一个条件。

3 结论

通过乳液交联法,制备壳聚糖包覆花状Y2O3有机-无机杂化材料。表明在合理的配比条件下,片层状的Y2O3在壳聚糖中分散均匀,并形成类球状的结构。实验发现,最大吸附量出现在pH为3的条件下,其吸附行为符合Langmuir吸附等温模型和拟二级动力学方程式,吸附过程属于吸热反应,因此提高温度有利于吸附的发生。利用Langmuir吸附等温模型拟合得到其最大吸附量为31.065~35.714mg·g-1,对于六价铬具有较高的饱和吸附量。

参考文献

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[2]Yao R H,Meng F P,Zhang L J,Ma D D,Wang M L.[J].JHazard Mater,2009.165:454-460.

[3]Wasty S A,Haron M J,Uchiumi A,Tokunaga S.[J].WaterReseach,1996,30(5):1143-1148.

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[7]Viswanathan N,Meenakshi S.[J].J Colloid Interface Sci,2008,322:375-383.