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2010年  第27卷  第3期

甲虫前翅结构及其仿生研究进展
2010, 27(3): 1-9.
摘要:
综述了近年来国内外有关甲虫前翅结构与仿生应用的研究成果及其发展前景。指出前翅是以小柱为中空层的框架式结构, 其左右前翅结合部分是一种巧妙的凹凸啮合结构; 前翅内存在着网状-小柱结构, 这是一种轻量型夹芯层状三合板结构; 小柱中的纤维与上下层中的纤维是连续的, 可有效增加叠层复合材料的抗剥离强度;一些甲虫前翅的表面具有特殊的生物结构, 从而具有一些特殊的功能, 如具有减阻、集水或显色功能。结合生命科学的最新研究成果, 提出了通过基因组技术生产仿生材料的设想。
多壁碳纳米管/聚己内酯超细复合纤维的制备及性能
2010, 27(3): 10-15.
摘要:
通过静电纺丝法制备出多壁碳纳米管(MWCNTs) 增强聚己内酯(PCL) 超细复合纤维膜。用扫描电镜 (SEM) 、透射电镜(TEM) 、拉曼光谱仪、差示扫描量热仪(DSC) 和X 射线衍射仪(XRD) 对MWCNTs/PCL 超细复合纤维进行表征, 并进行了拉伸测试。结果表明, MWCNTs 分散于PCL 纤维中, MWCNTs 的加入降低了PCL 的结晶度。当PCL中MWCNTs 的含量为0. 5 wt%时, 其结晶度最低, 但此时MWCNTs/PCL 超细复合纤维具有最好的力学性能。
碳纳米管的表面修饰及其对碳纳米管/氟橡胶复合材料导电性能的影响
2010, 27(3): 16-21.
摘要:
分别采用混酸和四氟化碳(CF4 ) 等离子体处理技术对碳纳米管(MWCNTs) 进行了表面修饰, 将处理前后的碳纳米管进行了XPS 和SEM 测试, 获得了处理后前的表面形貌和结构, 并采用溶液浇注的方式制备了MWCNTs/氟橡胶(FE) 复合材料, 探讨了不同碳纳米管状态(未处理、混酸处理、CF4等离子体处理) 的导电性能, 结果表明两种表面处理方式可以使MWCNTs 表面接上极性官能团。而且在相同的碳纳米管添加量下(质量分数分别为0. 1 %、0. 5 %、1. 0 %、2. 0 %) , 酸处理MWCNTs/ FE 的渗流阈值最小, 达0. 5 %。
碳纳米管的偶联剂修饰及其在环氧树脂复合材料中的应用
2010, 27(3): 22-28.
摘要:
为了在环氧树脂( EP) 复合材料中改善碳纳米管(CNTs) 的分散性和获得优良的界面特性, 利用Fenton 试剂对CNTs 进行了羟基化处理, 然后分别利用硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570 和钛酸酯偶联剂NDZ201对羟基化CNTs 进行表面修饰, 通过SEM、TGA、DSC 和阻抗分析仪研究偶联剂修饰对CNTs/ EP 复合材料性能的影响。实验结果表明: Fenton 试剂和4 种偶联剂修饰都能显著改善CNTs 在复合材料中的分散性, 提高EP的玻璃化温度(Tg) 和热稳定性, 其中偶联剂修饰比Fenton 试剂处理更有效; 然而这些改性却大幅度降低了复合材料的导电性能、介电常数以及介电损耗。4 种偶联剂中, KH560 对应的复合材料的Tg最高, 热稳定性和导电性能最好, 同时具有较高的介电常数和较低的介电损耗。
助溶剂驱使溶胶- 凝胶化SiO2/聚丙烯酸酯复合涂层
2010, 27(3): 29-35.
摘要:
采用助溶剂和硅烷偶联剂(Z26040) 对碱性硅溶胶进行复合改性后添加到聚丙烯酸酯乳液中制备SiO2/聚丙烯酸酯杂合乳液(Si/PAE) , 分别考查助溶剂的种类和用量对硅溶胶的溶胶-凝胶化( sol-gel) 反应及复合涂层综合性能的影响, 结果发现: 异丙醇是合适的助溶剂, 其最佳添加量为硅溶胶质量的10 %。TEM 测试和纳米粒径分析发现: 助溶剂可以提高无机硅颗粒在杂合乳液中的分散能力, 降低Si/ PAE 的平均粒径。傅里叶红外光谱 (FTIR) 和原子力显微镜(AFM) 分析说明: Si/PAE 乳液在成膜过程中, 助溶剂可驱使硅溶胶发生sol-gel 反应, 并在涂层表面富集含硅聚合物, Si/PAE 的涂层结构平整且致密。TGA 分析发现: Si/PAE 涂层具有较好的热稳定性。
悬浮聚合法制备纳米蒙脱土/聚合物( 苯乙烯-共聚-二乙烯基苯) 复合材料及性能
2010, 27(3): 36-42.
摘要:
采用悬浮聚合法制备了纳米蒙脱土/聚合物(苯乙烯-共聚-二乙烯基苯) 复合材料。钠基蒙脱土(SMMT) 经十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) 离子交换后获得有机蒙脱土(OMMT) 。采用XRD 和FTIR 分析表征了有机蒙脱土的结构与性能。通过XRD、TEM、SEM、和FTIR 对复合材料微观结构进行了表征; 通过热重分析仪( TG) 对复合材料的热稳定性能进行了研究。讨论了蒙脱土含量和交联剂用量对复合材料热稳定性能的影响。结果表明, 钠基蒙脱土的层间距为1. 48 nm , 经有机改性蒙脱土的层间距为2. 85 nm , 纳米蒙脱土/聚合物复合材料的层间距约为4 nm; 纯聚苯乙烯最大质量损失温度为399 ℃, 当蒙脱土含量为5 %、交联剂用量为10 %时, 纳米蒙脱土/聚合物最大质量损失温度提高到437 ℃。在实验条件下, 纳米蒙脱土/聚合物复合材料具有更好的热稳定性能。
内置高温热管C/C复合材料热防护结构热力耦合机制
2010, 27(3): 43-49.
摘要:
采用内置高温热管的热防护结构是一种新型高效的热防护方式。建立了内置高温热管的C/C 复合材料热防护结构模型, 并通过罚函数的方法引入C/C 复合材料与高温热管间装配关系, 推导了一种顺序耦合的热力耦合有限元格式, 在此基础上对热防护结构进行了热力耦合计算分析, 最后对影响结构温度场与应力场的若干参数进行了参数影响分析。计算结果表明, 在典型飞行状态下, 采用内置高温热管的C/C 复合材料热防护结构能确保结构驻点温度在材料许用温度范围内; 同时, 采用预留装配间隙的方法可有效降低结构界面的接触应力。该方法也可进一步用于研究由接触热阻引起的热力耦合问题。
C/C 复合材料SiC/ZrB2-MoSi2 复合涂层的抗氧化机制
2010, 27(3): 50-55.
摘要:
采用包埋法和刷涂法在C/C 复合材料基体上制备SiC/ZrB2-MoSi2 抗氧化涂层, 并利用SEM 和XRD 等测试手段对抗氧化涂层的组织结构、抗氧化性能和抗氧化机制进行了研究。研究结果表明, SiC 内涂层可有效解决外涂层ZrB2-MoSi2与C/C 复合材料基体间热膨胀系数差异较大的难题。刷涂法制备的ZrB2-MoSi2 外涂层虽然有大量的龟裂纹, 但涂层试样在1500 ℃空气中氧化10 h , 失重率仅为3. 58 % , 涂层具有很好的自愈合能力, 表现出优异的高温抗氧化性能和抗热震性能。
镧掺杂钙锰氧体/聚吡咯复合物的制备、表征及其电化学性能
2010, 27(3): 56-60.
摘要:
采用甘氨酸-硝酸盐燃烧法和溶液原位复合技术分别制备了镧掺杂钙锰氧体(La1- x Cax Mn0. 7Co0. 3O3, x = 1. 0, 0. 9, 0. 8 , 0. 7, 0.6) 粉末及其聚吡咯( PPy) 相对质量分数为60 %和80 %的钙锰氧体/ 聚吡咯复合物微粒La0. 3Ca0.7Mn0. 7Co0. 3O3/PPy。借助FTIR、XRD、SEM 和电化学测试等分析手段表征了钙锰氧体粉末及其复合材料的结构、形貌和电化学性能。结果表明, 复合材料中包覆的聚吡咯外层和复合氧化物之间存在相互作用, PPy 减少了纳米颗粒的团聚现象,La0. 3Ca0.7Mn0. 7Co0. 3O3和La0. 3Ca0.7Mn0.7Co0. 3O3/PPy的粒径分别为46. 2 nm 和43. 5 nm , 并且复合物的氧化还原峰电流随吡咯含量的增加而变大。
纳米HA/PU复合材料的力学性能和热性能
2010, 27(3): 61-66.
摘要:
以4 , 4′-亚甲基二环己基二异氰酸酯( H12MDI) 、聚乙二醇、蓖麻油、1 , 4-丁二醇和具有生物活性的纳米羟基磷灰石(n-HA) 为原料, 采用预聚法制备了纳米羟基磷灰石/ 聚氨酯( HA/PU) 复合材料, 并对其力学性能和热性能进行了研究。结果表明: 复合材料的拉伸强度和断裂伸长率随n-HA 含量的增加而提高。当n-HA 的质量百分数为30 %时, 复合材料的综合力学性能达到最佳, 与纯PU 相比, 拉伸强度和断裂伸长率分别提高了186 %和107 %。动态力学分析得出复合材料的储能模量随n-HA 质量百分含量的增加而显著上升。TGA 试验表明HA/PU 纳米复合材料的热稳定性能随n2 HA 的添加得到改善, 而DSC 分析显示n-HA 的加入在一定程度上降低了PU 软段的结晶度。这些结果均表明该n-HA/PU 是一种有应用前景的组织工程材料。
HA/HDPE 多尺度生物复合材料微观强韧化机制
2010, 27(3): 67-72.
摘要:
通过电镜分析及理论推导对羟基磷灰石( Hydroxyapatite, HA) /高密度聚乙烯( High density polyethylene, HDPE) 复合材料界面粘结状态、HA 颗粒对裂纹扩展的钝化、钉扎作用、复合纤维对体系分子热激活能的影响及复合纤维的能量吸收机制与增强增韧等进行了深入研究。结果表明: HA/HDPE 复合材料通过纳米HA 颗粒与 HA/HDPE 复合纤维在不同尺度上协同作用达到增强增韧的效果。即在纳米尺度, 纳米HA 颗粒的均匀分散和高的HA/HDPE 界面结合强度显著提高了HDPE 的结晶度, 细化了HDPE 晶粒尺寸, 并在HA 颗粒表面形成取向结晶层, 从而使材料在断裂过程中通过HDPE 取向结晶层的基体形变和HA 脱粘过程对微裂纹起钝化和钉扎作用, 并扩大能量耗散的区域, 以阻滞微孔隙和银纹的长大和破断, 抑制大裂纹的早期形成。在微米尺度, 由于HA/HDPE 复合纤维的定向排列, 使体系的活化体积显著降低, 大大增加了材料的断裂热激活能, 从而显著提高材料的强度。另一方面, 复合纤维在应力作用过程中通过纤维断裂、纤维拔出、裂纹偏转机制使材料在形变与破坏过程中耗散更多的能量, 从而显著提高材料的强度和韧性。
聚乳酸-羟基乙酸共聚物/磷酸钙骨水泥多孔复合支架的制备
2010, 27(3): 73-77.
摘要:
利用定向冰晶-冷冻干燥法制备了具有定向孔隙结构的磷酸钙骨水泥支架材料, 将两种具有不同降解速率的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA) 与磷酸钙骨水泥多孔支架进行多次浸润复合, 以改善支架的力学性能。结果表明: PLGA 与支架材料复合可大大提高复合支架材料的抗压强度, 经过PLGA 二次复合后, 复合支架抗压强度可达6. 37 MPa ±0. 54 MPa 。经过PLGA 复合的支架材料保持了复合前的孔隙结构, 在孔的轴向方向上具有定向排列的开口孔隙, 这些开口孔隙的存在有利于植入初期新生组织的长入。覆盖在骨水泥基体表面的PLGA 膜可以增强基体的强度并弥补基体表面的缺陷, 充填在孔隙内部的PLGA 泡沫体可以很好地承受外加载荷, 使复合支架材料具有较好的强度和韧性。
一种预测反应性树脂体系黏度随时间变化关系的新方法
2010, 27(3): 78-85.
摘要:
为了预测在固化度、温度和固化放热共同作用下, 树脂体系的黏度随时间的变化, 提出了一种确定反应性树脂体系黏度随时间变化关系的新方法。该方法从等温黏度-时间曲线和固化度-时间曲线出发, 分别得到黏度-固化度关系和黏度-温度关系, 从而将影响反应性流体黏度变化的两个主要因素温度和固化程度分离开来。基于反应性树脂体系的局部绝热假设, 将反应性树脂体系的固化放热引入到黏度变化关系中, 得到反应性树脂体系黏度在固化度、温度和固化放热共同作用下的黏度-时间关系。黏度预测值与用旋转黏度计测量值的黏度变化趋势具有高度的一致性, 可以应用此方法实现对实际环境中考虑固化反应热效应的反应性树脂体系黏度的预测。
真空渗透成型工艺制件厚度变化规律
2010, 27(3): 86-91.
摘要:
为了解决真空渗透成型(VIP) 工艺中凝胶时间与充摸时间难以匹配的问题, 通过对不同层数的VIP 制件厚度变化规律的研究, 得到了厚度与树脂流动距离和增强纤维层数之间的经验公式, 并验证了公式的可行性。分析了试验过程中存在的问题和样品出现的缺陷, 探讨了改进试验的方法, 以提高工程实际应用中成型工艺效率及最终产品质量。
GFRP厚板制件固化过程固化度分布
2010, 27(3): 92-98.
摘要:
采用真空导入模塑工艺(VIMP) 制备了85 mm 厚玻璃纤维增强环氧树脂层合板, 单面刚性模具加热固化, 沿铺层厚度方向设置热电偶, 进行了实时固化温度监测, 发现固化时厚度方向存在明显的温度差异。通过DSC方法得到等温环氧树脂固化度-时间实验数据, 建立了基于自催化反应模型的等温固化反应动力学方程, 模型计算值和实验值符合良好; 提出了时间离散分步计算法, 对非等温固化条件下, 厚度方向的固化度分布进行了计算。结果表明: 固化过程中厚度方向固化度存在差异, 短时间的后固化可以消除此差异。该方法可以模拟出由温度差异导致的固化度的不均匀分布, 用于指导优化固化工艺。
麦秸纤维增强聚丙烯复合材料的熔融流变性
2010, 27(3): 99-104.
摘要:
用挤塑模压的方法制备麦秸纤维增强聚丙烯复合材料, 研究了麦秸纤维添加量、尺寸及马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP) 添加量、温度对麦秸纤维增强聚丙烯复合材料熔融流变性的影响。麦秸纤维添加量从10 wt%增加至30 wt%时, 复合材料的熔融黏度增加。马来酸酐接枝聚丙烯的加入提高了体系的流动性, 熔融黏度降低。麦秸纤维以长纤维和纤维束作为增强材料时, 复合材料的熔融黏度降低, 以细小纤维作为增强材料时, 复合材料的熔融黏度增加。温度由170 ℃升高至190 ℃, 剪切速率由0. 01 s -1增加至0. 1 s -1 时, 麦秸纤维增强聚丙烯复合材料的黏度降低。
基于多重信号分类算法的复合材料冲击定位
2010, 27(3): 105-110.
摘要:
为了提高复合材料结构冲击定位的精度和实时性, 将阵列信号处理技术引入到结构健康监测领域, 提出了利用小波变换和多重信号分类算法实现复合材料结构冲击定位的新方法: 通过小波变换提取冲击响应信号某一窄带频率成分, 运用多重信号分类(MUSIC) 算法实现冲击源到达方向的估计; 根据Lamb 波传播特性, 用小波变换求出某一中心频率下的对称模式和反对称模式的Lamb 波到达同一传感器的时间差, 结合对称模式和反对称模式Lamb 的速度差就可以估计出冲击源到达传感器的距离, 实现冲击定位。对玻璃纤维/环氧树脂复合材料层合板和碳纤维/双马树脂基复合材料层合板2 种试件的实验均表明该方法能快速、精确地识别出冲击源位置。
树脂基搭接碳纤维智能层的力阻特性
2010, 27(3): 111-115.
摘要:
提出一种具有局部搭接结构的树脂基碳纤维智能层, 将其敷设于结构表面以检测结构受载时的变形, 实现对结构大范围监测。基于该智能层, 采用单轴拉伸和三点弯曲的加载方式, 对构件进行应变和位移检测。实验发现, 碳纤维局部搭接结构是引起力阻效应的主要因素, 其单位应变的电阻率变化的灵敏度达到104, 相当于非搭接连续碳纤维复合材料力阻效应灵敏度的34倍。实验结果还进一步表明, 树脂基搭接碳纤维智能层力阻曲线光滑稳定, 其传感极限约为8500 με。建立了树脂基搭接碳纤维复合材料的电学模型, 揭示了这种力阻效应主要来源于搭接界面处层间电阻的变化, 并从纤维轴向力、搭接面积和层间剪应变三个方面解释了这种层间电阻变化的机制。
界面对纤维增强陶瓷基复合材料拉伸性能的影响
2010, 27(3): 116-121.
摘要:
建立了桥联纤维细观力学模型, 研究了界面对纤维增强陶瓷基复合材料拉伸模量及强度的影响。分别引入纤维应力均匀系数和界面脱粘率作为界面完全脱粘和局部脱粘条件下界面性能的表征参数。研究表明, 应力均匀系数及界面脱粘率越大, 材料模量越低, 而断裂时纤维所承担的应力越高。基于混合率给出了拉伸强度表达式, 同时也分析了基体裂纹分布、界面脱粘和纤维拔出对强度的影响。计算结果表明, 本文强度模型给出的预测值与试验值吻合较好。
溶胶-凝胶法制备纳米TiO2-ZrO2/Poly(MMA-co-MSMA) 复合材料
2010, 27(3): 122-127.
摘要:
以钛酸异丙酯( Ti (OPri )4) 、锆酸正丁酯(Zr (OC4H9 )4) 为无机前驱物原料, γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MSMA) 为偶联剂, 通过原位溶胶-凝胶法成功制备了透明的纳米TiO2-ZrO2/Poly(MMA-co-MSMA) 复合材料。通过红外(FTIR)、紫外(UV)、椭圆偏振光谱仪、扫描电镜(SEM) 和热重分析仪( TGA) 等手段对纳米复合材料进行了表征。研究发现, 复合材料的折射率显著提高, 随着TiO2-ZrO2无机氧化物含量的增加, 633 nm处折射率从1. 491 升高到1. 579 。随着无机组分的增加, 紫外吸收增强, 复合材料中纳米粒子粒径增大, 从20~30nm增加到80~90 nm, 但复合材料块体始终保持透明。复合材料的热稳定性有明显提高, 800 ℃最高残炭率随着无机物含量的增加而增大, 最高达71 %。
颗粒性态的随机性对SiCP/6061Al 复合材料棘轮行为影响的有限元分析
2010, 27(3): 128-133.
摘要:
采用复合材料细观有限元分析方法, 并借助先进循环塑性本构模型的有限元实现, 对颗粒性态的随机性对SiC 颗粒增强6061Al 复合材料棘轮行为的影响进行了有限元数值模拟。采用随机序列吸附方法(RSA) 生成各种多颗粒随机分布的模型, 探讨了颗粒分布方式、数目、形状和大小以及各自的随机性对复合材料棘轮行为的影响。研究发现: 颗粒尺寸越小、数目越多、分布在基体表面的比例越大, 颗粒的增强效果越好; 颗粒的大小和空间位置分布越均匀, 复合材料抗循环变形的能力越强; 球形颗粒和均匀分布的假设可以得到很好的模拟结果。
NiO/Al体系绝热温度的数值计算与试验验证
2010, 27(3): 134-137.
摘要:
根据热力学基本原理, 通过计算机编程, 对NiO/Al体系的绝热温度进行了数值计算。结果表明, 预热温度低于2790 K时, 体系绝热温度即为产物Ni 的沸点温度(3156 K) , 对体系进行预热仅仅是提高产物Ni 的蒸发量; 同时, 研究表明, 稀释剂Al2O3粉末的添加量在一定的范围内对体系的绝热温度没有影响, 这些温度与生成物的相变温度相对应。
添加微量Ti 元素对Diamond/Cu复合材料组织及性能的影响
2010, 27(3): 138-143.
摘要:
分别采用在Cu基体添加0. 1 wt%的Ti 元素形成Cu2Ti合金和在Diamond 颗粒表面镀钛(DiamondTi) 的方法, 制备了含Diamond 体积分数为60 %的Diamond/Cu2Ti 复合材料和DiamondTi/Cu 复合材料。对比分析了Ti 元素对复合材料微观组织、界面结合及性能的影响规律。结果表明: 添加0. 1 wt%Ti 元素能改善Diamond与Cu 的界面结合, 在界面处观察到明显的碳化物反应层; 且以Cu2Ti合金的方式添加Ti 元素改善界面的效果优于在Diamond 颗粒表面镀Ti 的方式。所制备的Diamond/Cu2Ti 复合材料的热导率为621 W(m·K) - 1, 而DiamondTi/Cu复合材料的热导率仅为403. 5 W(m·K) -1, 但均高于未添加Ti 制备的Diamond/Cu 复合材料。
复合材料分层问题中界面层方法的数值研究
2010, 27(3): 144-149.
摘要:
通过对双悬臂梁(DCB) 开裂问题的数值模拟, 研究了使用界面层方法时所遇到的数值问题。重点讨论了静态方法和准静态方法对计算效率的影响以及界面层的应力应变函数对计算精度的影响。对模拟过程中所遇到的精度及收敛性问题进行了研究。研究表明, 准静态方法可有效模拟分层问题, 但界面层的本构关系应具有一个缓慢的退化过程。
复合材料飞机结构技术成熟度评价方法
2010, 27(3): 150-154.
摘要:
飞机设计人员在飞机总体方案论证阶段对主要结构件进行选材时, 需要对复合材料飞机结构的技术成熟度进行评估, 以确定是否选用复合材料。借鉴技术完备等级(TRL) 标准, 提出了一个复合材料飞机结构技术成熟度定量评价方法(TEMCAS)。TEMCAS 方法将复合材料飞机结构的技术成熟度分为 8 个等级, 涵盖了复合材料结构技术从设计需求到结构应用的整个过程, 通过对波音公司复合材料机身结构技术的技术成熟度评价实例证明了其有效性。在飞机总体方案论证阶段可以利用TEMCAS 方法, 对复合材料飞机结构技术的成熟度进行定量分析, 为初步选材复合材料结构应用的决策和风险评估提供依据。
直升机桨叶蒙皮大梁粘结面分层裂纹端部场分析
2010, 27(3): 155-161.
摘要:
针对直升机桨叶受离心力、挥舞和摆振弯曲、扭矩等载荷特性, 采用非线性桨叶结构模型, 推导了复合材料桨叶蒙皮的广义二维位移方程。在此基础上, 基于Stroh 理论, 应用各向异性界面断裂力学给出桨叶蒙皮大梁粘结面分层裂纹端部的应力与位移通解的渐近表达式。联合其特解, 采用边界配置法计算了离心力作用下桨叶蒙皮与大梁之间存在分层裂纹时裂尖的奇异应力及应力强度因子, 与采用界面元法计算的结果接近, 表明本文方法可有效地分析复合材料桨叶蒙皮大梁间的分层破坏, 为研究桨叶分层失效提供依据。
复合材料I形梁分层的光纤超声探测技术数值研究
2010, 27(3): 162-168.
摘要:
针对纤维增强塑料多界面、高阻尼以及体波模式多样性对超声无损检测的影响, 介绍了一种利用光纤超声探测技术结合小波信号分析检测I 形纤维增强塑料梁中分层的方法。该方法利用超声发射器在梁中产生超声应力波, 用表面粘贴的光纤干涉仪来探测梁中应力波的传播情况, 然后利用小波的多分辨率特性对此信号进行时频分析, 结合梁中超声波的传播特性即可确定分层的位置。理论分析和模拟结果都表明了此方法探测复合材料梁腹板/翼缘连接处分层的可行性。
一种基于复合材料加筋板结构效率的稳定性优化方法
2010, 27(3): 169-176.
摘要:
提出一种以承载效率最高作为目标的新设计方法, 对复合材料加筋板的承载能力进行优化。讨论了不同压缩与弯曲刚度的匹配模式与加筋板临界失稳载荷的关系。将全局失稳载荷、局部失稳载荷与静载荷的接近程度作为结构承载效率的量化标准, 通过静载荷的控制, 使结构的稳定性向着效率最高的方向优化。以宏观的加筋板压缩与弯曲刚度参数作为设计变量, 构建了一种可用于结构效率优化的代理模型, 避免了局部最优点的出现, 更便于数值寻优。通过有限元分析验证, 优化后壁板的临界失稳载荷与所施加的静载荷基本一致, 反映出较高的效率, 从而验证了该方法的可靠性。
超高韧性水泥基复合材料碳化与渗透性能试验研究
2010, 27(3): 177-183.
摘要:
对超高韧性水泥基复合材料(UHTCC) 进行了快速碳化、预裂后的快速碳化、渗透性、快速氯离子渗透试验及自由氯离子含量测定, 研究了不同龄期UHTCC 的抗碳化性能和渗透性能。试验结果表明, 在无裂缝状态下, UHTCC 的抗碳化性能与同强度普通混凝土相当, 但在相同荷载预裂后, UHTCC 裂缝处的碳化深度仅为对比混凝土的30 %~40 %; UHTCC 抗渗性能优于同强度普通混凝土, 且随着龄期增长优势更明显, 56 天龄期的渗透系数约为对比混凝土的35 %; 快速氯离子试验和自由氯离子含量测定得到的氯离子渗透系数均表明, UHTCC 具有明显优于普通混凝土的抵抗氯离子渗透性能。
复相导电混凝土应用于损伤诊断的试验研究
2010, 27(3): 184-189.
摘要:
为了研究含有纳米炭黑或碳纤维的导电混凝土梁受荷过程中电阻变化规律与混凝土损伤之间的关系, 通过比拟与试验数据回归分析方法, 先建立混凝土梁电阻变化率与梁几何中性轴处应变的曲线关系, 再结合损伤力学理论, 建立损伤度与电阻变化率的函数关系, 为导电混凝土材料或构件自身电阻诊断其内部损伤提供了新途径。研究表明: 开裂前, 混凝土梁的电阻变化率与梁几何中性轴处应变的关系用一次衰减指数函数方程拟合较好, 通过拟合曲线的斜率可以直接反映出导电混凝土用于检测损伤的灵敏度, 从而间接反映出混凝土损伤的程度。
管道翻衬修复技术用聚氨酯树脂体系配方的研究
2010, 27(3): 190-195.
摘要:
利用等当量粒子反应原理,对聚氨酯树脂体系的主剂与固化剂的配比进行了计算。计算结果表明,聚氨酯树脂体系的主剂与固化剂的配比在100 ∶(20~26) 范围内。通过DSC 分析、动态黏度、恒温黏度分析及25 ℃凝胶时间的测试,确定了固化工艺与黏度符合管道翻衬修复技术的树脂最佳配比为100 ∶20 。为了验证其使用性能,进行了树脂与管壁剥离强度的模拟测试。结果表明,配比为100 ∶20 的聚氨酯树脂粘结强度较高,可满足管道翻衬修复技术的要求。
管道修复用管状纺织复合材料的管径设计
2010, 27(3): 196-199.
摘要:
系统地介绍了管状纺织复合材料管径设计原理,提出了管状纺织复合材料的弹性与热缩性能是影响管径设计的关键因素。采用有限元方法分析了管状纺织复合材料翻衬时的环向应变。结果表明,应根据管状纺织复合材料弹性的大小, 调节管径设计值。采用SPSS 软件对管状纺织复合材料的热缩性能进行分析,建立了反映热缩时间、热缩温度与缩率之间关系的数学模型。