微米尺度纤维材料扭转力学性能测试方法与实验研究

发布时间：2025-07-19 05:15

　　随着微机电系统的不断发展,研究微尺度材料的力学性能已成为热点领域之一。为了研究微尺度纤维/丝的扭转力学性能,本文提出一个基于扭秤法的微扭转实验装置与一个基于图像处理技术的扭摆实验装置。为了得到微尺度材料的静态扭转力学性能,设计了一个新的基于扭秤法的微扭转实验装置。该装置扭矩传感器的灵敏度可调,可达到nNm级。可自动测试50到5微米左右的单根纤维/丝的扭矩-转角曲线,经过多组测量,实验重复性好。此外,提出了一个新的试件装配方法,提高了试件在扭转实验中的同轴度。本实验装置还可以精确测量纤维/丝的剪切弹性模量。采用该装置成功测量了铜丝、银丝、碳纤维的扭转力学性能。为研究蜘蛛丝材料的力学性能,两次赴云南西双版纳热带野生植物园采集Nephila pilipes蜘蛛,并成功抽取了其牵引丝作为实验材料。从牵引丝的扭矩-转角曲线中发现蜘蛛丝的扭转力学性能与金属细丝存在明显的差异。为获得微尺度材料的扭转振动性能,设计了一个基于图像处理技术的扭摆装置。该扭摆装置由一台摄像机、悬臂支架以及三维平移台等构成。由试样丝悬挂的振子做扭摆振动。摄像机记录振子的摆动位置图像。通过自行编写的图像分析软件读取视频图像中振子...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1扭秤法原理图

图1-1扭秤法原理图人员不断的改进微尺度单根丝的扭秤实验装然而相对于微尺度单根丝拉伸实验技术的长足而言，微尺度单根丝扭秤实验技术的发展却十根丝的扭秤实验中微扭矩的获取以及试样的挑战[19]。在过去的十年中一系列非标准的扭秤不断的提出。扭秤法原理的提出最早可以追溯Cavend....

图1-2扭摆原理图

华中科技大学硕士学位论文秤法相同，在实验力学中扭摆法也是是测量物体杨氏模量等验方法之一。前者是基于扭转平衡原理，而后者则是基于扭转原理如图1-2所示。在一个经典的扭摆实验中，首先将试样丝一个重物。这里所用的重物一般为质量均匀的短棒或者垫片的旋转角度。接着....

图1-3加-卸载原理图

图1-3加-卸载原理图天然蜘蛛丝研究进展然蜘蛛丝历经约四亿年的演化，已具有最合理、最优化的宏观、细观完美结构，并通过复杂结构的精细组合，表现出诸多独有的特性和优性能[40-44]。研究表明，蜘蛛丝差不多是地球上最强韧的材料[45,46]，并容性和可降解性，以及信息传导和反射紫....

图4-1不同种类蛛丝的功能和典型力学性能天然蜘蛛丝是蜘蛛通过其丝腺分泌的一种生物蛋白质纤维[44,48]

图4-1不同种类蛛丝的功能和典型力学性能天然蜘蛛丝是蜘蛛通过其丝腺分泌的一种生物蛋白质纤维[44,48]。在整个生命程中，蜘蛛会因生存需要或外界刺激通过不同腺体产生多种功能和性能的蛛丝[48,如图4-1所示。根据功能的不同，蜘蛛丝大致分为牵引丝(即大壶状腺丝)、骨架丝粘丝....

本文编号：4058049