1. 研究目的与意义（文献综述）

复合材料是指将两种或两种以上的不同材料，用适当的方法复合成一种新材料，其性能比单一材料性能优越。复合材料一般由基体和增强体两部分组成，根据增强体的形态不同可分为纤维增强复合材料和颗粒增强复合材料。材料是一切工业的基础，现代高科技的发展离不开复合材料，近几十年来，复合材料应用的领域不断扩大，尤其是汽车、机械、航空航天等行业的发展，与复合材料的研究与进步密不可分。

在应用复合材料的各行业中，铸造行业占有着及其重要的位置，是机械制造业中重要组成部分。汽车、船舶、航空、能源等重要领域的重要设备都是由铸造生产出来，如内燃机、阀口、机床等。我国有着悠久的铸造历史，为铸造行业的发展做出了极大的贡献,，随着中国制造业近几年的长足发展，中国铸件的产量己连续多年位居世界之首。

树脂砂是一种颗粒增强树脂基复合材料，自上世纪50年代开始在铸造行业出现和使用，到现在已有几十年的历史，与传统的黏土砂生产铸件相比，用树脂砂生产的铸件具有表面粗糙度小、尺寸精度高等优点，尤其是酚醛树脂砂对环境造成的污染较小, 容易实现无污染，可持续利用的绿色铸造要求，因此日益受到市场的青睐，得到了迅速发展，成为铸造市场的主流产品之一。经过多年的研究，对于树脂砂的生产工艺和设备已相当成熟和完善了，但是对于树脂砂微细观结构以及断裂性能的研究还有待进一步的发展。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

（1）对树脂砂块进行切割和打磨，制出多组树脂砂样品，每组样品用不同浓度的酸浸泡不同时间，然后重复打磨-浸泡的步骤，每次打磨和浸泡后都对树脂砂样品断裂面进行显微观察，通过对比照片找出对树脂砂样品断裂面处理效果最好的酸的浓度、浸泡时间、打磨和浸泡的次数等参数。

（2）使用最佳工艺参数对树脂砂样品进行处理，使用光学显微镜在断裂面上寻找清晰的被树脂包裹的砂粒与砂粒之间的树脂粘结桥结构的剖面。

（3）使用ABAQUS软件建立树脂砂结构模型，测试或参考文献中界面断裂能，输入合适的参数，对树脂砂进行数值模拟。

2.2 研究目标

（1）对树脂砂断裂面进行处理，制得易于进行光学显微观察的表面，得到树脂砂的分层照片，从而观察到树脂砂微细观结构。

（2）根据树脂砂分层照片建立树脂砂结构模型，测试或参考文献中树脂与沙粒间的界面能，完成对树脂砂的数值模拟。

2.3 技术方案

（1）对树脂砂块进行切割，制得八组样品，分别编号1-8。先对树脂砂断裂面进行打磨，然后分别调配出PH=3、PH=4的硝酸溶液和PH=3、PH=4盐酸溶液，按照表1设置的变量对八组样品的断裂面进行浸泡。重复打磨-浸泡的步骤，每次打磨和浸泡后使用显微镜对树脂砂断裂面进行观察并拍照保存。注意标注好每张照片上样品打磨和浸泡的次数

表1

通过对比树脂砂断裂面的照片，找出对树脂砂断裂面处理效果最好的各项参数，包括酸的种类、酸的浓度、浸泡时间、打磨次数、浸泡次数等。

（2）用（1）中找到的最佳工艺参数对树脂砂断裂面进行处理，得到易于观察的表面。使用光学显微镜在树脂砂断裂面寻找清晰的被树脂包裹的砂粒与砂粒之间的树脂粘结桥结构的剖面并拍照保存。

（3）根据拍得的照片，在ABAQUS软件里建立树脂砂的结构模型，砂粒之间通过树脂粘结桥连接。通过直接拉伸试验、楔入劈拉试验或者查阅资料得到石英砂与树脂之间的断裂能。设置好材料特性、分析步、相互作用、载荷边界等参数，然后提交运算，分析不同界面性能参数对树脂砂宏观拉伸性能的影响。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-9周：按照设计方案，对树脂砂进行微细观结构和断裂性能表征。

第10-12周：使用abaqus进行数值模拟

4. 参考文献（12篇以上）

[1] li y l , wu g h , liu w c , et al. effect of reclaimed sand additions on mechanical properties and fracture behavior of furan no-bake resin sand[j]. china foundry, 2017(2).

[2] liu f , yang l , huang y , et al. performance of resin bonded sand for magnesium alloy casting[j]. journal of manufacturing processes, 2017, 30:313-319.

[3] menet c , reynaud p , fantozzi g , et al. thermomechanical properties and fracture of resin-bonded-sand cores – experimental study and application in aluminium foundry[c]// 2017.