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力學(xué)性能論文:碳纖維超低溫力學(xué)性能試驗(yàn)方法簡(jiǎn)述

【摘 要】 本文主要介紹碳纖維超低溫力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)所選用的原材料，即碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂t700/tde-85 預(yù)浸料，及其它組成要素的特點(diǎn)；另外，本文著重介紹了在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)涉及的實(shí)驗(yàn)方法，例如：復(fù)合材料超低溫處理、復(fù)合材料微觀形貌觀察、復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度測(cè)試等。

【關(guān)鍵詞】 碳纖維 低溫力學(xué)性能 材料性能試驗(yàn)

碳纖維主要是由碳元素組成的一種纖維，其含碳量一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特質(zhì)，如耐高溫、耐磨擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。碳纖維比重小，因此有很高的比強(qiáng)度。

1 試驗(yàn)材料

環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)化合物。環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)是以分子鏈中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)為其特征，環(huán)氧基團(tuán)可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。由于分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)，使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶、不熔的具有三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物

碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)樹脂基復(fù)合材料中較高。在強(qiáng)度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料都具優(yōu)勢(shì)。

正因如此，本文采用的試驗(yàn)原材料是由碳纖維作為增強(qiáng)材料，以改性環(huán)氧樹脂作為基體組成的t700/tde-85預(yù)浸料，其纖維體積含量為58±2%。該預(yù)浸料性能優(yōu)異，由其制備復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)良，且有較好的韌性，適用于超低溫下使用。

本項(xiàng)工作針對(duì)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料進(jìn)行研究，增強(qiáng)纖維型號(hào)為12k的t700碳纖維。

2 試驗(yàn)材料

2.1 復(fù)合材料試樣切割

試驗(yàn)采用syjh-200型手動(dòng)快速切割機(jī)，本機(jī)適合各種復(fù)合材料、晶體、陶瓷、玻璃、巖石及金相試樣等材料的粗加工，該設(shè)備可使用金剛石鋸片、電鍍金剛石鋸片和樹脂鋸片，切割復(fù)合材料時(shí)采用的是電鍍金剛石鋸片。

2.2 復(fù)合材料超低溫處理方法

由于可重復(fù)使用復(fù)合材料超低溫液體燃料貯箱（包括液氧、液氮、液氫等燃料貯箱）在使用過(guò)程中，會(huì)長(zhǎng)期貯存超低溫液體燃料，還會(huì)經(jīng)常充卸超低溫液體燃料，即長(zhǎng)期在超低溫環(huán)境及多次超低溫/室溫環(huán)境循環(huán)使用，因此，研究用于超低溫液體燃料貯箱的復(fù)合材料，就需要模擬超低溫液體燃料貯箱的使用工況，研究復(fù)合材料在超低溫環(huán)境中浸漬及超低溫/室溫循環(huán)的力學(xué)性能。

將制備好的碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在經(jīng)過(guò)超低溫環(huán)境，即液氮中浸漬5天。其中，液氮使用真空罐盛裝。將實(shí)驗(yàn)材料放入事先注入足量液氮的容器內(nèi)，使其浸沒(méi)在液氮中，蓋緊容器蓋，密封好，記錄好開始實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。在隨后的5天內(nèi)，每天均需要進(jìn)行觀測(cè)，以保障液氮足量，保障復(fù)合材料始終處于超低溫環(huán)境中。

關(guān)于超低溫/室溫循環(huán)實(shí)驗(yàn)，我們所用到的實(shí)驗(yàn)裝置是步進(jìn)機(jī)，該儀器可以按照預(yù)先設(shè)置的時(shí)間間隔，將一端拉伸的實(shí)驗(yàn)樣本循環(huán)放入盛裝液氮的容器中，使得實(shí)驗(yàn)材料完成浸入—離開--浸入—離開這一循環(huán)，直至達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)（時(shí)間）。在這個(gè)試驗(yàn)中，需要注意根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定樣本置于常溫中和置于液氮狀態(tài)中的時(shí)間，這樣的目的是為了使復(fù)合材料充分完成熱量傳導(dǎo)：在常溫和超低溫環(huán)境中，均能使得復(fù)合材料各個(gè)部分溫度達(dá)到統(tǒng)一。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)在實(shí)際應(yīng)用中的工況體現(xiàn)在火箭中的液氧（液氫）貯箱。伴隨我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展，對(duì)于降低運(yùn)載火箭發(fā)射成本成為非常有實(shí)際價(jià)值的問(wèn)題。超低溫/室溫循環(huán)實(shí)驗(yàn)的目的是為了檢驗(yàn)復(fù)合材料在超低溫/室溫循環(huán)的狀態(tài)下，材料的力學(xué)性能變化。

2.3 復(fù)合材料微觀形貌研究方法

掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope），簡(jiǎn)稱掃描電鏡（sem）。是一種利用電子束掃描樣品表面從而獲得樣品信息的電子顯微鏡。掃描電子顯微鏡由三大部分組成：真空系統(tǒng)，電子束系統(tǒng)以及成像系統(tǒng)。

在針對(duì)復(fù)合材料的微觀形貌的研究中，我們將對(duì)式樣在超低溫環(huán)境下浸漬5天后及超低溫/室溫循環(huán)100次后微觀形貌通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察。通過(guò)文獻(xiàn)中的介紹，超低溫浸漬將會(huì)對(duì)復(fù)合材料（碳纖維增強(qiáng)材料和樹脂基材料界面間）產(chǎn)生微裂紋。該實(shí)驗(yàn)的目的是為了分析這樣微觀變化對(duì)材料整體強(qiáng)度的影響。

2.4 復(fù)合材料超低溫拉伸強(qiáng)度測(cè)試方法

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測(cè)試使用的儀器為100kn電液伺服動(dòng)靜試驗(yàn)機(jī)。主機(jī)單元主要由負(fù)荷機(jī)架、伺服作動(dòng)器、伺服閥、液壓夾頭、傳感器、以及橫梁等幾部分組成。儀器主要適用于金屬及非金屬材料的測(cè)試，如橡膠、塑料等；有色金屬金屬線材的拉伸、壓縮、彎曲、剪切等多種試驗(yàn)。

電液伺服試驗(yàn)機(jī)較大工作載荷為±100kn，作動(dòng)器行程為±50mm，函數(shù)發(fā)生器頻率為0.001～50hz，控制波形包括正弦波、三角波、方波、斜波、梯形波、組合波、外部輸入波等。試驗(yàn)凈空間600mm×1500mm。該機(jī)能夠完成金屬材料、非金屬材料的拉伸、壓縮、斷裂試驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷、位移、變形三種閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)為模擬控制和微機(jī)控制的綜合控制系統(tǒng)。

伺服拉力機(jī)主機(jī)的操作流程如下：

首先，操作計(jì)算機(jī)，使伺服作動(dòng)器移動(dòng)到中心“零”位。

再根據(jù)試驗(yàn)要求選擇好位移量程。松開上、下夾頭，此時(shí)上、下夾頭按鈕上的指示燈滅，上、下夾頭均處于松開狀態(tài)，然后按橫梁上升（下降）按鈕，使橫梁到達(dá)兩夾頭之間距離為試件長(zhǎng)度的1.5～2倍左右的位置，通過(guò)軟件調(diào)節(jié)，使伺服作動(dòng)器中心位置為試驗(yàn)所需位置。

調(diào)整完畢后，即可將試件一端送入上夾頭鉗口內(nèi)，深約30mm～50mm（具體尺寸取決于試樣），按住“下降”按鈕，“下降”按鈕指示燈亮，橫梁向下移動(dòng)，使試件另一端進(jìn)入下夾頭鉗口內(nèi)，深約30mm，此時(shí)應(yīng)檢查一下電箱的設(shè)置是否正確，如正確則按下“上夾頭”、“下夾頭”按鈕，使上、下夾頭夾緊試件，此時(shí)上、下夾頭指示燈亮，即可進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)束后卸下試樣時(shí)，首先將控制狀態(tài)轉(zhuǎn)到“位移”方式，將負(fù)荷值調(diào)到零附近，松開下夾頭，然后將橫梁升起至適當(dāng)?shù)奈恢茫賹⒃嚇尤∠?。關(guān)閉電源等。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂t700/tde-85預(yù)浸料組成要素的性質(zhì)；另外，著重介紹了在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)涉及的實(shí)驗(yàn)方法、器材、工藝，對(duì)一般碳纖維超低溫力學(xué)性能試驗(yàn)規(guī)程及其相關(guān)科研工作具有一定參考價(jià)值。

力學(xué)性能論文:關(guān)于凍區(qū)鹽漬土水熱耦合效應(yīng)及對(duì)力學(xué)性能的影響

論文關(guān)鍵詞　鹽漬土　水份遷移　溫度場(chǎng)　水熱耦合　凍結(jié)強(qiáng)度

論文摘要　水份遷移和溫度場(chǎng)變化是引起路基凍脹融沉的直接因素。針對(duì)凍區(qū)高氯鹽漬土,經(jīng)水熱場(chǎng)耦合作用后水份遷移和溫度場(chǎng)分布規(guī)律進(jìn)行了室內(nèi)動(dòng)態(tài)試驗(yàn),研究了水熱耦合作用對(duì)力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:單向凍結(jié)過(guò)程中,水份向溫度較低的地方遷移,遷移量隨土體深度的增加而增加;水熱耦合作用后的土體凍結(jié)強(qiáng)度有不同程度上升,提升后的強(qiáng)度隨土體深度增加而降低,遠(yuǎn)離凍區(qū)端因鹽晶析出導(dǎo)致土凍結(jié)強(qiáng)度有所回升。

土的凍結(jié),引起水份向正凍區(qū)運(yùn)動(dòng),并試圖以冰的形式充填這個(gè)區(qū)域。由于土體表面溫度的降低,未凍結(jié)之前的土體中的能量平衡被打破,除引起水分的遷移外,也引起土中溫度的重新分布[1]。在鹽漬土中,還伴隨產(chǎn)生土中鹽分的濃度梯度,同時(shí)鹽分也重新分布,從而導(dǎo)致空間全新的固、液、氣組合狀態(tài)。水熱耦合效應(yīng)變化是凍土工程中引起凍脹融沉最重要的因素之一。

近30年來(lái),國(guó)內(nèi)外凍土學(xué)者從單一場(chǎng)影響因素的研究發(fā)展到水、熱兩方面的綜合統(tǒng)一研究,去認(rèn)識(shí)凍脹機(jī)理。1973年, harlan r·l·提出了土體凍結(jié)過(guò)程中水-熱遷移耦合數(shù)學(xué)模型[2],從此進(jìn)入多場(chǎng)耦合問(wèn)題的研究階段。harlan ( 1973 )、sheppard(1978)[3]提出凍土中熱質(zhì)遷移與水分遷移相互作用的流體動(dòng)力學(xué)模型。苗天德等(1999 )[4], [5]在連續(xù)流體力學(xué)混合物理論框架下研究了凍土力學(xué)-熱學(xué)性質(zhì),建立起固、液兩相介質(zhì)伴有相變的水、熱二場(chǎng)耦合模型。毛雪松[6]對(duì)室內(nèi)小型試件進(jìn)行了水分遷移過(guò)程的水分場(chǎng)和溫度場(chǎng)動(dòng)態(tài)觀測(cè),并應(yīng)用水熱耦合模型對(duì)模型試件溫度場(chǎng)、水分場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。考慮到鹽漬土尤其是高氯鹽漬土土體本身的復(fù)雜性,本文通過(guò)室內(nèi)動(dòng)態(tài)試驗(yàn),分析高氯鹽漬土水熱耦合規(guī)律,并研究水熱變化對(duì)土體力學(xué)性能的影響。

1　試樣、試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法

(1)試樣取自青藏高原那曲河地區(qū),該區(qū)地基土系由洪積、湖積和湖泊化學(xué)沉積的鹽層及超氯鹽漬土組成。土樣天然含水量為10·61 %,易溶鹽含量為12·01%,主要成分為氯化鈉和氯化鉀。顆粒分析結(jié)果如表1。

(2)試驗(yàn)設(shè)備采用西南交大自行研制的封閉式單向凍結(jié)特性測(cè)試系統(tǒng)(見圖1、圖2),在土樣無(wú)破損的條件下,對(duì)土柱中的點(diǎn)位進(jìn)行溫度和含水量的動(dòng)態(tài)觀測(cè)。設(shè)備主要由三個(gè)系統(tǒng)組成:溫度、水份及變形檢測(cè)系統(tǒng)(溫度傳感器、水份傳感器和百分表等);環(huán)境溫度場(chǎng)建立系統(tǒng)(制冷壓縮機(jī)及控制系統(tǒng));絕熱樣品室系統(tǒng)(尼龍?jiān)嚇犹坠?、聚氨酯泡沫絕熱層和石棉保溫套)。土柱高25 cm,直徑10 cm。

(3)取適量土樣,測(cè)其初始含水量(10·61% ),按干密度(1·79 g/cm3)分層裝入套管中,將加熱器安裝在試樣套管底部,緊固并確保其表面與試樣表面緊密結(jié)合;將溫度水份傳感器插入設(shè)定好的測(cè)試孔中,在試樣上表面敷一層保鮮膜,防止水分散失。接好加熱電源及各測(cè)試電纜后關(guān)閉模擬環(huán)境試驗(yàn)箱蓋,調(diào)整好位移測(cè)量系統(tǒng)。開啟制冷系統(tǒng)及加熱器電源,調(diào)整制冷系統(tǒng)溫度和加熱器電源電壓以便得到研究所需的模擬環(huán)境溫度和溫度梯度。試驗(yàn)時(shí)間為72小時(shí),前12小時(shí)每1小時(shí)記錄一組數(shù)據(jù),其后每3小時(shí)記錄數(shù)據(jù)一次。

2　試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理后見圖3、圖4。

圖3中,在0 mm (表面至下0 mm,后略)處為模擬環(huán)境溫度,除開始(0~2小時(shí))由室溫轉(zhuǎn)變?yōu)槟M環(huán)境溫度外,其曲線一直保持平穩(wěn)(-10℃左右); 50 mm、100 mm、150 mm和200 mm曲線趨勢(shì)大致相同,前12小時(shí)溫度下降趨勢(shì)較明顯,其后曲線較平穩(wěn),達(dá)到穩(wěn)態(tài);由表面至底端同一時(shí)刻溫度變化量逐步減小,說(shuō)明試樣溫度梯度是隨深度增加而減小的。

圖4中,在25 mm處,含水量隨時(shí)間增加而增加, 12小時(shí)左右后,基本保持不變( 13·1 %~13·5% ),較初始含水量(10·61 % )升高23·47% ~27·24%;在75mm處開始階段(0~5小時(shí))含水量有迅速下降趨勢(shì),隨后(6~12小時(shí))含水量逐步增加, 12小時(shí)后基本穩(wěn)定(11·3 % ~11·6 % ),較初始含水量升高6·50 % ~9·33 %;在125 mm、175 mm和225 mm處曲線走勢(shì)比較接近,即開始階段(0~8小時(shí))含水量逐步減少, 10小時(shí)左右后又稍微升高, 15小時(shí)后一直保持在9·6 % ~10·5 %之間,較初始含水量降低1·04% ~9·52%。

以上現(xiàn)象初析為:因外界環(huán)境溫度迅速下降,接近外界環(huán)境一端(土樣上表面附近)溫度變化要先于遠(yuǎn)離外界環(huán)境端,試件會(huì)產(chǎn)生較大的溫度梯度從而破壞了土體中的水量平衡,使其水份場(chǎng)發(fā)生重新分布,水份從土樣的暖端向冷端遷移,進(jìn)而土柱上層的含水量較凍結(jié)前有所提高,即為25mm和75mm二曲線所表現(xiàn)。除25 mm曲線外,其他曲線都有先降后升現(xiàn)象,初析為凍結(jié)初始階段土樣各層水份要向上遷移同時(shí)接受下層水份移入補(bǔ)給,由于水份遷移量與溫度梯度有關(guān),隨梯度減小而減少[7], [8]。由圖3可知溫度梯度隨土樣深度增加而降低,從而導(dǎo)致某層土樣在初始時(shí)段或出現(xiàn)水份來(lái)不及補(bǔ)給的現(xiàn)象(75 mm曲線迅速下降),或遷移量大于補(bǔ)給量,含水量逐步減少的現(xiàn)象。當(dāng)溫度場(chǎng)(見圖3) 12小時(shí)左右穩(wěn)定后,水份場(chǎng)在15小時(shí)左右達(dá)到穩(wěn)定。

3　水熱耦合效應(yīng)對(duì)力學(xué)性能的影響

鹽漬土的三相與非鹽漬土不同,它的液相是鹽溶液,固相包括土顆粒和結(jié)晶鹽[9],凍區(qū)鹽漬土還會(huì)有冰晶產(chǎn)生,因此溫度場(chǎng)和水份場(chǎng)的變化鹽漬土的工程性質(zhì)有不確定性。本文以凍結(jié)強(qiáng)度為指標(biāo),將試驗(yàn)過(guò)后的土樣分層進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),研究水熱耦合效應(yīng)對(duì)土樣力學(xué)性能的影響。

3·1　試驗(yàn)方法

將水熱耦合試驗(yàn)的土樣分為5層,匯集幾次平行試驗(yàn)土樣,每層土樣放入保鮮袋中防止水份及鹽份散失;試樣為直徑40 mm、高80 mm的圓柱體,每層土樣的試樣套入保鮮膜并按相應(yīng)環(huán)境溫度進(jìn)行冷凍(見表2),時(shí)間24小時(shí),同時(shí)另取水熱耦合前土樣,以作對(duì)比;試驗(yàn)采用gb4540 -84應(yīng)變控制式靜三軸剪切儀,將保溫瓶?jī)?nèi)制備好的試樣迅速放在加壓板上進(jìn)行試驗(yàn)。

3·2　試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理后見圖5。

從圖5看出,經(jīng)水熱耦合作用后,土樣強(qiáng)度均有不同程度的提高(10·0% ~84·1% ),增加量隨土樣深度增加而減小,原因是由于凍結(jié)溫度對(duì)凍結(jié)強(qiáng)度影響較大,另外因水份遷移,土層上部含水量較大,會(huì)產(chǎn)生更多的冰晶,加強(qiáng)了土顆粒之間的聯(lián)結(jié);土樣最底端強(qiáng)度有所回升(5層較4層提高18·2% ),原因初析:土樣為高氯鹽漬土,由于水份遷移會(huì)伴隨產(chǎn)生鹽晶的析出,土樣內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而導(dǎo)致土強(qiáng)度增強(qiáng)[10]。

4　結(jié)語(yǔ)

(1)高氯鹽漬土在單向凍結(jié)條件下,產(chǎn)生的溫度梯度是隨土樣深度增加而減小。溫度梯度是水份遷移的重要原因,水份會(huì)向溫度降低的地方遷移,遷移量隨溫度梯度的增加而增加。

(2)高氯鹽漬土凍結(jié)后總體強(qiáng)度均有不同程度的提升(10% ~84% ),提升后的強(qiáng)度隨其深度增加而降低,其中在最底端因鹽晶析出導(dǎo)致土凍結(jié)強(qiáng)度有所回升。

(3)溫度場(chǎng)、水份場(chǎng)由瞬態(tài)轉(zhuǎn)向穩(wěn)態(tài)時(shí)間并不一致,本次試驗(yàn)分別為12、15小時(shí)。今后很有必要對(duì)此進(jìn)行更深入研究,這對(duì)季節(jié)性凍區(qū)凍土工程的施工有著重要意義。

力學(xué)性能論文:人工砂粉煤灰混凝土力學(xué)性能研究

【摘　要】本文通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)研究了人工砂粉煤灰混凝土的主要力學(xué)性能，主要是水灰比、粉煤灰摻量和養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)特征、劈裂抗拉強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度和彈性模量等性能的影響。

【關(guān)鍵詞】人工砂粉煤灰混凝土；力學(xué)性能

0.前言

人工砂粉煤灰混凝土是用人工砂替代天然砂并且用粉煤灰部分替代水泥的新型混凝土。開發(fā)人工砂粉煤灰混凝土從局部上，因地制宜，就地取材，還可以避免季節(jié)及市場(chǎng)供給波動(dòng)的影響，可以為建設(shè)單位節(jié)省大量建設(shè)資金；從整體上，即可為我國(guó)規(guī)模宏大的工程建設(shè)提供資源化的混凝土原材供應(yīng)，拓寬了我國(guó)基礎(chǔ)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的空間，又可以大量消化工業(yè)廢料，發(fā)揮其綠色環(huán)保效應(yīng)，促進(jìn)人類與大自然的協(xié)調(diào)發(fā)展；從技術(shù)上，可以通過(guò)等效替代獲得與基準(zhǔn)混凝土同等甚至優(yōu)越的性能，可以通過(guò)單摻或雙摻等方法研制更廉價(jià)更高性能的混凝土材料。

人工砂粉煤灰混凝土與普通混凝土的主要區(qū)別就是細(xì)集料不同和粉煤灰摻入的協(xié)同作用。細(xì)骨料的粒形、級(jí)配、表面特性、石粉等物理特性會(huì)顯著影響混凝土內(nèi)部過(guò)渡區(qū)的特征；而粉煤灰會(huì)發(fā)揮不同程度的形態(tài)效應(yīng)、微集料效應(yīng)和活性效應(yīng)，從而極大地影響混凝土的綜合特性，所以研究人工砂粉煤灰混凝土的力學(xué)性能是必要的，本文主要從宏觀的角度來(lái)研究水灰比、粉煤灰摻量和齡期對(duì)各項(xiàng)力學(xué)性能的影響。

1.立方體抗壓強(qiáng)度

本試驗(yàn)研究人工砂粉煤灰混凝土的立方體抗壓性能，目的是為了得出常用粉煤灰摻量和水灰比對(duì)各齡期強(qiáng)度的影響規(guī)律，以及與基準(zhǔn)混凝土的對(duì)比。減水劑取常用量，為膠凝材料用量的1％，新拌混凝土假定容重為2400kg/m3，將粉煤灰摻量取0％、20％、40％三個(gè)水平，水灰比變化考慮0.3（高強(qiáng)）、0.4（中強(qiáng)）、0.5（低強(qiáng)）三個(gè)等級(jí)，立方體抗壓強(qiáng)度測(cè)試齡期分別為1.5d、3d、7d、14d、28d、46d、56d、90d，試驗(yàn)配合比方案見表1：

按照上表中的配合比進(jìn)行試驗(yàn)可得表2：

上表中的試驗(yàn)結(jié)果，顯示出了通過(guò)雙摻配制的人工砂粉煤灰混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律，我們將1.5天至14天齡期的強(qiáng)度稱之為早期強(qiáng)度，將28天至90天之間的強(qiáng)度中期強(qiáng)度，則可以得到以下結(jié)論：

1、水灰比對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響（見下圖）

可以看出，直接根據(jù)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)做散點(diǎn)圖，由于試驗(yàn)誤差的作用，所得強(qiáng)度發(fā)展曲線并不十分平滑，但從強(qiáng)度隨齡期發(fā)展的趨勢(shì)可以看出：

（1）水膠比越小，則混凝土各齡期強(qiáng)度越大。對(duì)于未摻粉煤灰的基準(zhǔn)混凝土來(lái)說(shuō)，雖然水灰比不同，但各齡期強(qiáng)度的增長(zhǎng)函數(shù)從形態(tài)上來(lái)說(shuō)基本相似，可見人工砂混凝土各齡期強(qiáng)度可由齡期表示。而且，人工砂混凝土由于減水劑的作用，早期強(qiáng)度增長(zhǎng)地很快，3天強(qiáng)度即達(dá)28天強(qiáng)度的57％～75％，7天強(qiáng)度可達(dá)28天強(qiáng)度的80％以上，但是28天以后的增長(zhǎng)速度明顯放慢，到46天時(shí)僅增長(zhǎng)了2％～5％。而且，水膠比較小時(shí)，其3天強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，水灰比從0.3到0.5的r3/r28分別是75％、71％、57％，但7天強(qiáng)度增長(zhǎng)速度向差不多，r7/r28分別是83％、79.5％、77％。

（2）隨著粉煤灰摻量的提高，混凝土的3天、7天強(qiáng)度明顯比基準(zhǔn)混凝土降低，粉煤灰摻量20％時(shí)，3天強(qiáng)度平均下降了13％，7天強(qiáng)度平均下降了8.4％，28天強(qiáng)度達(dá)到或接近基準(zhǔn)混凝土的強(qiáng)度，56天強(qiáng)度基本上達(dá)到或超過(guò)基準(zhǔn)混凝土的28天強(qiáng)度。對(duì)于粉煤灰摻量為40％時(shí)，各齡期強(qiáng)度降低較多，3天強(qiáng)度平均下降了41％，7天強(qiáng)度平均下降37％，28天時(shí)強(qiáng)度平均下降了28％，可見強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度超過(guò)了基準(zhǔn)混凝土，但28天強(qiáng)度仍然降低很多。

由此可見，雖然可以通過(guò)雙摻法提高人工砂粉煤灰混凝土的早期強(qiáng)度，但如果粉煤灰等量取代水泥率較大（40％左右），強(qiáng)度降低也是很明顯的。不過(guò)隨著齡期的增長(zhǎng)，粉煤灰混凝土的后期強(qiáng)度有趕上基準(zhǔn)混凝土的趨勢(shì)，如果粉煤灰摻量不大（20％左右），甚至?xí)^(guò)基準(zhǔn)混凝土。這為我們?cè)O(shè)計(jì)人工砂粉煤灰混凝土的配和比提供了一種觀念：如果設(shè)計(jì)大摻量的人工砂粉煤灰混凝土，即使摻加減水劑也很難讓混凝土的28天強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土等效，這時(shí)應(yīng)該考慮將混凝土的設(shè)計(jì)齡期延長(zhǎng)；如果設(shè)計(jì)中等摻量的粉煤灰混凝土，摻減水劑是個(gè)提高強(qiáng)度很有效的方法，或者通過(guò)超量取代粉煤灰來(lái)設(shè)計(jì)配合比，都是可能達(dá)到28天強(qiáng)度等效的。

2.劈裂抗拉強(qiáng)度

根據(jù)《混凝土力學(xué)

能試驗(yàn)方法》采用劈裂抗拉試驗(yàn)進(jìn)行人工砂粉煤灰混凝土的抗拉性能試驗(yàn)，采用150mm*150mm*150mm的立方體作為標(biāo)準(zhǔn)試件，制作標(biāo)準(zhǔn)試件的較大粒徑不大于40mm，本試驗(yàn)滿足要求。

試驗(yàn)用配合比與立方體抗壓試驗(yàn)的相同，試驗(yàn)結(jié)果列于表3。

說(shuō)明：上表中fts7為7天劈拉強(qiáng)度，　fcu7為7天抗壓強(qiáng)度，fts28為28天劈拉強(qiáng)度，　fcu28為28天抗壓強(qiáng)度，單位均為mpa。試驗(yàn)編號(hào)pl-x對(duì)應(yīng)著立方體抗壓試驗(yàn)中的ky-x。

可見，從上表中我們可以得到以下結(jié)論：

（1）對(duì)于立方體抗壓強(qiáng)度從c20-c50的范圍內(nèi)，人工砂粉煤灰混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度和立方體抗壓強(qiáng)度之比大致在1/10到1/14之間，與普通混凝土相當(dāng)。其中，根據(jù)粉煤灰摻量的不同同強(qiáng)度等級(jí)下的拉壓比也有所不同，見表4和表5。

如果用式來(lái)預(yù)測(cè)28天劈裂抗拉強(qiáng)度的話，那么當(dāng)混凝土強(qiáng)度在c30到c50之間時(shí)，k值應(yīng)該取0.19-0.22之間，其平均取值為0.207。

當(dāng)混凝土強(qiáng)度在c25到c40之間時(shí)，k值應(yīng)該取0.22-0.23之間，其平均取值為0.227。

由k值的取值范圍可以看出，人工砂粉煤灰混凝土在立方體抗壓強(qiáng)度一樣時(shí)，粉煤灰摻量增加可能會(huì)提高混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度。

（2）對(duì)于人工砂粉煤灰混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度隨時(shí)間的變化，盡管28天劈裂抗拉強(qiáng)度值在7天劈裂值的基礎(chǔ)上有所增長(zhǎng)，但顯然沒(méi)有抗壓值增長(zhǎng)的快，同一配比7天時(shí)的拉壓比要比28天時(shí)大。所以，同普通混凝土一樣，人工砂粉煤灰混凝土的劈裂抗壓強(qiáng)度在早期增長(zhǎng)較快，后期增長(zhǎng)較慢。

由此可以看出，人工砂粉煤灰混凝土由于粉煤灰的摻入，拉壓比相比普通混凝土有所提高，抗拉性能可以得到改善，延性得以提高。

3.軸心抗壓強(qiáng)度

根據(jù)《混凝土力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》進(jìn)行，使用100mm*100mm*300mm試件，軸心抗壓試驗(yàn)結(jié)果列于表6。

注：表6中fc7代表7天軸心抗壓強(qiáng)度；fcu7代表7天150mm*150mm*150mm試件抗壓強(qiáng)度；f’cu7=　fcu7/0.95，代表由150mm*150mm*150mm抗壓強(qiáng)度換算而成的100mm*100mm*100mm7天抗壓值；fc28代表28天軸心抗壓強(qiáng)度，fcu28代表28天150mm*150mm*150mm試件抗壓強(qiáng)度；f’cu28=　fcu28/0.95，代表150mm*　150mm*150mm抗壓強(qiáng)度換算而成的100mm*100mm*100mm28天抗壓值；試驗(yàn)編號(hào)zy-x對(duì)應(yīng)著立方體抗壓試驗(yàn)中的ky-x。

雖然不管是7天還是28天的軸心抗壓值都比較離散，試驗(yàn)并沒(méi)有反映出粉煤灰摻量對(duì)軸心抗壓影響的規(guī)律，但可以看出，人工砂粉煤灰混凝土的軸心抗壓值與立方體抗壓值之比基本在0.70上下浮動(dòng)，大致在0.6-0.76之間，這也與普通混凝土相當(dāng)。

4.彈性模量

用100mm*100mm*300mm試件做人工砂粉煤灰混凝土的彈性模量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

注：表7中e/f的數(shù)量級(jí)為1×104。試驗(yàn)編號(hào)zy-x的配合比對(duì)應(yīng)著立方體抗壓試驗(yàn)中的ky-x。

可見，與普通混凝土相比，同等強(qiáng)度下人工砂粉煤灰混凝土的彈性模量較大；彈性模量值隨著粉煤灰摻量的增加而略有減小；28天的彈性模量值比7天值略高；但是彈模與抗壓強(qiáng)度比值隨著齡期增長(zhǎng)而降低，這是因?yàn)閺椖Ｖ饕橇蠌?qiáng)度、水泥漿基體強(qiáng)度有關(guān)，與養(yǎng)護(hù)時(shí)間關(guān)系不很大。

5.結(jié)論

本文通過(guò)試驗(yàn)研究了人工砂粉煤灰混凝土在水灰比和粉煤灰摻量變化影響下的主要力學(xué)性能。水灰比、齡期和粉煤灰替代水泥率對(duì)混凝土的力學(xué)性能都有較大影響，猶應(yīng)注意當(dāng)粉煤灰摻量過(guò)高時(shí)，混凝土立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和彈性膜量都會(huì)顯著降低。人工砂粉煤灰混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度之比、軸心抗壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度之比與普通混凝土類似，但彈性膜量要比普通混凝土略高。

力學(xué)性能論文:鋼渣粉混凝土力學(xué)性能研究

【摘要】本文進(jìn)行了鋼渣粉混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，研究了摻入鋼渣粉含量不同的鋼渣粉混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度。結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出：當(dāng)摻入量為0% 到10%時(shí)抗折抗壓強(qiáng)度呈明顯的上升趨勢(shì)，當(dāng)摻入量為10%到30%的時(shí)抗折抗壓強(qiáng)度卻呈下降趨勢(shì)，但也能滿足強(qiáng)度要求。

【關(guān)鍵詞】鋼渣粉；混凝土；抗壓強(qiáng)度；抗折強(qiáng)度

1.引言

鋼渣粉屬于工業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)物，是不可避免的，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)每年排放大量的固體廢渣，其中鋼渣粉的排放量達(dá)到3000 多萬(wàn)噸，鋼渣粉的資源化循環(huán)利用課題越來(lái)越受到重視，所以對(duì)其進(jìn)行回收再利用是好的的處理方法。鋼渣粉經(jīng)過(guò)磨細(xì)加工處理后用于水泥混凝土中可以提高混凝土的工作性、力學(xué)性能和耐久性能等，這些正是路用混凝土需要的性能。利用工業(yè)廢棄物來(lái)改善混凝土性能，達(dá)到變廢為寶，綠色環(huán)保的效果。

2. 試驗(yàn)研究

2.1試驗(yàn)用原材料。

（1）水泥：中聯(lián)p.0 42.5r硅酸鹽水泥。

（2）粗細(xì)集料：細(xì)度模數(shù)為2.45的天然中砂，5～20mm連續(xù)級(jí)配的碎石。

（3）鋼渣粉：ρ gz=2.83 g/cm3（哈爾濱鋼渣粉水泥廠）。

（4）水：自來(lái)水。

2.2試驗(yàn)方法。建筑用砂gb/t14684-2001，建筑用碎石gb/t14685-2001，水泥gb175-2007，混凝土中的鋼渣yb/t022。不同粉煤灰摻量混凝土分別做18個(gè)試件，分為兩組，一組養(yǎng)護(hù)7天，另一組養(yǎng)護(hù)28天，每組各有3個(gè)抗壓試件（150×150×150mm）和3個(gè)抗折試件（100×100×400mm）。

3. 試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果

本試驗(yàn)采用等量取代法進(jìn)行試驗(yàn)，取水膠比為0.5，鋼渣粉摻量分別為0、10%、20%、30%、40%、50%。試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果見表1和表2。

4. 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）7d齡期時(shí)，摻量為10%的鋼渣粉混凝土抗壓強(qiáng)度有很大程度的上升，當(dāng)摻量分別為20%，30%和40%時(shí)的鋼渣粉混凝土的抗壓強(qiáng)度有一定程度的下降，基本上呈線性降低。當(dāng)摻量為50%時(shí)的鋼渣粉混凝土的抗壓強(qiáng)度有一個(gè)突變，會(huì)降的比較多。摻量為10%的鋼渣粉混凝土抗折強(qiáng)度有很大程度的上升，當(dāng)摻量分別為20%，30%和40%時(shí)的鋼渣粉混凝土的抗折強(qiáng)度有一定程度的下降，基本上呈線性降低，不過(guò)摻20%和30%時(shí)仍然比普通的混凝土高，摻量為40%時(shí)比普通的混凝土抗折強(qiáng)度低。當(dāng)摻量為50%的粉煤灰混凝土有很大程度下降，相對(duì)與其他摻量值的強(qiáng)度比較小。

（2）28d齡期時(shí)，摻量為10%的鋼渣粉混凝土抗壓強(qiáng)度有很大程度的上升，當(dāng)摻量分別為20%，30%和40%時(shí)的鋼渣粉混凝土的抗壓強(qiáng)度有一定程度的下降，基本上呈線性降低。當(dāng)摻量為50%時(shí)的鋼渣粉混凝土的抗壓強(qiáng)度有一個(gè)突變，下降較多。摻量為10%的鋼渣粉混凝土抗折強(qiáng)度有很大程度的上升，當(dāng)摻量分別為20%，30%和40%時(shí)的鋼渣粉混凝土的抗折強(qiáng)度有一定程度的下降，基本上呈線性降低，不過(guò)摻20%和30%時(shí)依舊比普通的混凝土高，摻量為40%時(shí)比普通的混凝土抗折強(qiáng)度低，但是當(dāng)摻量為50%的鋼渣粉混凝土抗折強(qiáng)度有很大程度下降，相對(duì)與其他摻量值的強(qiáng)度比較小。

5. 結(jié)論

由以上分析結(jié)果我們可以看出，混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都隨著鋼渣粉摻量的增加，而逐漸的下降，但是鋼渣粉摻量在10%以后對(duì)混凝土的抗折強(qiáng)度影響逐漸減小，并且會(huì)在50%之后出現(xiàn)突變。

力學(xué)性能論文:汽車動(dòng)力學(xué)性能的計(jì)算機(jī)仿真探究

【摘要】每一批汽車在投入市場(chǎng)前，必須對(duì)所有車輛的動(dòng)力性能進(jìn)行檢測(cè)，這是對(duì)汽車用戶用車安全的負(fù)責(zé)，也是制造商制造工作的職業(yè)道德。和汽車車檢系統(tǒng)一樣，目前針對(duì)汽車動(dòng)力性能的檢測(cè)，主要以計(jì)算機(jī)仿真模擬檢測(cè)方式最為先進(jìn)。本文以汽車動(dòng)力性能的概念介紹入手，解釋了汽車動(dòng)力性能計(jì)算機(jī)仿真檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理，提出優(yōu)勢(shì)和展望。希望能對(duì)相關(guān)人員有所啟發(fā)。

【關(guān)鍵詞】汽車動(dòng)力學(xué)；計(jì)算機(jī)仿真；研究

引言

汽車本身就是一種動(dòng)力工具。一輛汽車的好壞，更多取決于該車的動(dòng)力性。檢測(cè)汽車的動(dòng)力性，不可能將車開上公路檢測(cè)，同一批出廠的汽車數(shù)量也不允許使用這種檢測(cè)方式。早在20世紀(jì)50年代，西方先進(jìn)國(guó)家就發(fā)明了汽車動(dòng)力性能仿真檢測(cè)模型，70年代借助工程學(xué)的知識(shí)，提出了系統(tǒng)的檢測(cè)方法論。但是傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，必須要等到一批汽車生產(chǎn)出來(lái)后，才能選用實(shí)體樣本檢測(cè)。簡(jiǎn)而言之，就是抽查。實(shí)際上還是采用使用汽車的檢測(cè)辦法，只不過(guò)檢測(cè)地點(diǎn)是在汽車建造工廠內(nèi)部而不是實(shí)際行駛公路。新型的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，并不需要等到汽車實(shí)體制造出來(lái)才能進(jìn)行檢測(cè)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)檢測(cè)，是在建立了特定的檢測(cè)程序基礎(chǔ)上，通過(guò)錄入汽車各種組件的具體數(shù)值，在電腦上建立汽車模型。然后利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓一堆數(shù)據(jù)組成的虛擬的“數(shù)字車”，在同樣是電腦模擬出的虛擬行駛環(huán)境下，完成動(dòng)力系統(tǒng)的檢測(cè)，其實(shí)質(zhì)就是一種計(jì)算機(jī)模擬程序。檢測(cè)工作的重點(diǎn)是計(jì)算機(jī)虛擬檢測(cè)環(huán)境的建構(gòu)。

1汽車動(dòng)力性能的內(nèi)容

汽車動(dòng)能簡(jiǎn)而言之就是汽車作為動(dòng)力工具的使用效果，也是判斷一輛汽車市值的重要參考標(biāo)準(zhǔn)。汽車動(dòng)力性能組成內(nèi)容如下：1.1較高車速較高車速，是在水平地面行駛的狀態(tài)下，汽車能達(dá)到的行駛速度的較大值。該數(shù)值僅僅代表了汽車的行駛極限，并不能說(shuō)明汽車本身的質(zhì)量好壞。因?yàn)槲覀儗?shí)際的生活場(chǎng)景，并不是電影《速度與激情》中描繪的頻頻飆車，汽車的較高車速一般是用不到的。1.2加速性能加速性能，一般按照歐美國(guó)家的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢測(cè)。汽車的加速性能，和汽車加速行駛的距離以及行駛耗時(shí)有關(guān)，一般情況下，同樣的加速距離，所用時(shí)間越短，說(shuō)明汽車的加速性能更好。但是因?yàn)閷?shí)際使用中汽車的加速情況復(fù)雜多變，所以汽車加速性能的檢測(cè)分為多種形式。油門全開時(shí)的加速情況以及油門半開狀態(tài)下的加速情況是不同的，并且汽車的行駛速度處于何種檔位也會(huì)對(duì)加速效果產(chǎn)生影響。1.3爬坡性能爬坡性能也是汽車動(dòng)能的檢測(cè)內(nèi)容之一。在汽車承載力處于飽和狀態(tài)的情況下，測(cè)試汽車能行駛過(guò)去的較大坡度。此時(shí)汽車的行駛速度一般以一檔為標(biāo)準(zhǔn)。和汽車的加速性能一樣，爬坡性能也和發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量，汽車輪胎的摩擦度以及駕駛員自身的駕駛技術(shù)有關(guān)，所以檢測(cè)程序較為復(fù)雜。上述三種性能是汽車動(dòng)力性能主要的檢測(cè)項(xiàng)目。但是檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)并不一定，隨汽車品牌、用途、發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、汽車車身質(zhì)量變化而改變具體參考標(biāo)準(zhǔn)。例如軍用越野車，其對(duì)于爬坡性能的要求特別高，但是對(duì)于加速性能，就會(huì)相對(duì)低一點(diǎn)。利用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)能夠在汽車模型設(shè)計(jì)出來(lái)之后就進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)不合格可以繼續(xù)修改。避免了傳統(tǒng)檢測(cè)方式中，會(huì)出現(xiàn)生產(chǎn)了一批汽車但是由于檢測(cè)不合格造成資源浪費(fèi)的情況。

2仿真軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前國(guó)內(nèi)的計(jì)算機(jī)檢測(cè)汽車動(dòng)力性能的仿真系統(tǒng)，主要借助M語(yǔ)言和Simulink模塊建立。利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，加入一定的檢測(cè)程序代碼，設(shè)計(jì)出實(shí)用的仿真系統(tǒng)。

2.1檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)容

仿真系統(tǒng)包括四部分。①輸入汽車各種參數(shù)，從而建立一個(gè)仿真的電子汽車模型的部分。②計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)定的具體的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，檢測(cè)單元包括較高車速，加速項(xiàng)目以及爬坡性能三個(gè)單元，根據(jù)不同的車型不同的發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值會(huì)做相應(yīng)改變。③汽車行駛環(huán)境的模擬部分，包括發(fā)動(dòng)，加速，爬坡三種具體的行駛動(dòng)態(tài)的承載環(huán)境，這種環(huán)境能夠代表汽車在具體行駛中會(huì)遇到的實(shí)地環(huán)境，即“虛擬行駛環(huán)境”。④針對(duì)模擬汽車在模擬環(huán)境中行駛狀態(tài)的分析部分，這個(gè)部分借助于強(qiáng)大的算法結(jié)構(gòu)，是計(jì)算機(jī)仿真檢測(cè)系統(tǒng)最主要設(shè)計(jì)復(fù)雜度較高的部分。

2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和要求

仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則有以下幾點(diǎn)。①高度還原汽車實(shí)地行駛環(huán)境，“虛擬環(huán)境”之所以具有真實(shí)行駛環(huán)境的代表性，就是因?yàn)槠渑c真實(shí)的行駛環(huán)境在坡度、風(fēng)速、地表等方面相差無(wú)幾，是對(duì)真實(shí)環(huán)境“鏡子”式的反映。②在具體單元中，應(yīng)當(dāng)涵蓋多種行駛可能，例如，實(shí)際使用中汽車的加速情況復(fù)雜多變，油門全開時(shí)的加速情況以及油門半開狀態(tài)下的加速情況是不同的，并且汽車的行駛速度處于何種檔位也會(huì)對(duì)加速效果產(chǎn)生影響。所以汽車加速性能檢測(cè)單元，應(yīng)當(dāng)具體細(xì)分為不同的加速情況。將行駛中可能出現(xiàn)的各種情況，反映到計(jì)算機(jī)仿真模型系統(tǒng)中，才能使檢測(cè)結(jié)果更加接近實(shí)地操作結(jié)果，更具說(shuō)服力。③檢測(cè)人員，必須具備良好的職業(yè)道德，能夠認(rèn)真細(xì)致地完成檢測(cè)工作。目前的汽車行業(yè)發(fā)展的如火如荼，一批汽車的生產(chǎn)量會(huì)多達(dá)萬(wàn)輛，如果生產(chǎn)前的檢測(cè)結(jié)果有失誤，那么造成的資源浪費(fèi)會(huì)是傳統(tǒng)檢測(cè)失誤的數(shù)萬(wàn)倍。并且動(dòng)力性能不過(guò)關(guān)的汽車流入市場(chǎng)后，產(chǎn)生的危害是不可估計(jì)的。汽車動(dòng)力性能計(jì)算機(jī)仿真檢測(cè)系統(tǒng)，雖然比傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)先進(jìn)，但是也背負(fù)了更多的風(fēng)險(xiǎn)和責(zé)任。

3汽車動(dòng)力性能計(jì)算機(jī)仿真檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)

（1）計(jì)算機(jī)新型的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，并不需要等到汽車實(shí)體制造出來(lái)才能進(jìn)行檢測(cè)，這是計(jì)算機(jī)仿真檢測(cè)系統(tǒng)和傳統(tǒng)汽車動(dòng)力性能檢測(cè)方式的較大區(qū)別也是較大優(yōu)勢(shì)。對(duì)汽車模型的檢測(cè)，由于借助了強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)檢測(cè)算法，檢測(cè)人員只需要在檢測(cè)程序中輸入汽車各部分組件的具體數(shù)值即可，計(jì)算機(jī)能自動(dòng)計(jì)算出該款汽車在不同路況下的動(dòng)力性能的表現(xiàn)。省去了傳統(tǒng)檢測(cè)中人力手動(dòng)模擬各種路況的麻煩，節(jié)約了檢測(cè)時(shí)間的同時(shí)，也避免了傳統(tǒng)檢測(cè)有可能出現(xiàn)的人身安全問(wèn)題。（2）節(jié)約汽車制造資源。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，必須要等到一批汽車生產(chǎn)出來(lái)后，才能選用實(shí)體樣本檢測(cè)。生產(chǎn)汽車檢測(cè)樣本肯定不會(huì)只生產(chǎn)一輛，如果實(shí)體汽車檢測(cè)樣本合格，那么等待這批汽車樣品的只能是廢物回收的命運(yùn)。汽車組件可以被回收，但是生產(chǎn)汽車檢測(cè)樣品所花費(fèi)的人力物力財(cái)力，卻是白白浪費(fèi)。（3）在電子信息技術(shù)發(fā)展的大社會(huì)背景下，人力必然要被機(jī)器取代。信息化、智能化是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展不可更改的方向。建立汽車動(dòng)能計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，只是機(jī)器取代人力的滾滾浪潮中一朵小小的浪花。

4對(duì)汽車動(dòng)能計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的展望

計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)，依然是借助于龐大的計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的一種特殊程序，難以再現(xiàn)實(shí)際生活中的汽車行駛過(guò)程，所以并不能百分百代表汽車實(shí)際使用過(guò)程中的動(dòng)力性能。筆者對(duì)此提出幾點(diǎn)展望，希望能對(duì)該系統(tǒng)開發(fā)人員有所啟發(fā)。（1）完善現(xiàn)有的仿真系統(tǒng)，加入更多的模擬行駛場(chǎng)景，并在具體場(chǎng)景中對(duì)坡度，馬力、地表形態(tài)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能、燃油效率等具體指標(biāo)拆分組合，建立強(qiáng)大的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。（2）將動(dòng)能仿真系統(tǒng)和汽車的導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，在每一輛汽車的制造中，就加入計(jì)算機(jī)動(dòng)能仿真系統(tǒng)。設(shè)想一個(gè)場(chǎng)景，野外行駛中，駕駛?cè)瞬淮_定汽車能否順利通過(guò)眼前的高坡，在冒險(xiǎn)和人身安全之間猶豫時(shí)，可以啟動(dòng)計(jì)算機(jī)動(dòng)能仿真系統(tǒng)，在汽車顯示儀上實(shí)時(shí)模擬出爬坡的場(chǎng)景。從而使司機(jī)對(duì)接下來(lái)的具體行駛情況有所了解，提前做好應(yīng)對(duì)措施。

5結(jié)束語(yǔ)

目前我國(guó)并沒(méi)有成熟的自我研發(fā)的汽車動(dòng)力性能計(jì)算機(jī)仿真檢測(cè)系統(tǒng)。希望中國(guó)該行業(yè)的技術(shù)人員能夠?qū)W習(xí)西方先進(jìn)技術(shù)，嚴(yán)格按照汽車動(dòng)力性能檢測(cè)要求，研發(fā)出中國(guó)的更安全的汽車動(dòng)能計(jì)算機(jī)仿真檢測(cè)系統(tǒng)。

力學(xué)性能論文:工程力學(xué)性能課改分析

一、“工程材料力學(xué)性能”課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

1“.工程材料力學(xué)性能”課程特點(diǎn)

材料的力學(xué)性能是指材料在外加載荷作用下或外加載荷與環(huán)境因素共同作用下所表現(xiàn)出來(lái)的力學(xué)行為與機(jī)理，是各類材料在實(shí)際應(yīng)用中必須涉及的共性問(wèn)題。[1]“工程材料力學(xué)性能”課程最早是“金屬材料力學(xué)性能”，后來(lái)改名為“材料力學(xué)性能”，現(xiàn)在部分教材又改名為“工程材料力學(xué)性能”，是許多工程類本科生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)效果好壞對(duì)學(xué)生能否打下一個(gè)良好的專業(yè)基礎(chǔ)起著重要的作用。該課程內(nèi)容涉及面廣、工程應(yīng)用背景強(qiáng)，在材料科學(xué)與工程、土木工程、機(jī)械工程等專業(yè)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。本課程的學(xué)習(xí)，對(duì)提高工程類專業(yè)學(xué)生整體素質(zhì)及工程實(shí)踐能力起著至關(guān)重要的作用，使得學(xué)生能夠從各種機(jī)器零件或構(gòu)件在常溫、高溫以及腐蝕環(huán)境的服役條件下的失效現(xiàn)象出發(fā)，了解失效現(xiàn)象的機(jī)理，從而為他們畢業(yè)后從事材料的檢測(cè)和性能評(píng)定、材料的正確選用和安全應(yīng)用，以及對(duì)機(jī)械零件的失效分析等工作奠定良好的基礎(chǔ)，為企業(yè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供有力的后備軍。

2“.工程材料力學(xué)性能”課程教學(xué)現(xiàn)狀

安徽工業(yè)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我校”）材料學(xué)院共分金屬材料工程、材料成型及控制、無(wú)機(jī)非金屬材料、材料物理四個(gè)本科專業(yè)，目前，四個(gè)專業(yè)使用的《工程材料力學(xué)性能》是合肥工業(yè)大學(xué)主編的同一本教材，該教材的內(nèi)容包含金屬材料的力學(xué)性能和新型材料的力學(xué)性能兩大部分，側(cè)重點(diǎn)是金屬材料的力學(xué)性能部分，主要包含“高分子材料的力學(xué)性能”、“陶瓷材料的力學(xué)性能”和“復(fù)合材料的力學(xué)性能”三章的內(nèi)容。[2]金屬材料力學(xué)性能的研究時(shí)間較長(zhǎng)，主要的原理、定律和結(jié)論已比較成熟，新型材料力學(xué)性能的內(nèi)容相對(duì)較少，它的研究主要借鑒于金屬材料力學(xué)性能的研究經(jīng)驗(yàn)和方法。本教材比較適合金屬材料工程、材料成型及控制兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生，對(duì)其他專業(yè)的學(xué)生則顯得內(nèi)容相對(duì)較少，不太適合。而且，本課程的內(nèi)容多、涉及面廣，課程學(xué)時(shí)有限，書中許多抽象的內(nèi)容很難通過(guò)語(yǔ)言的表述來(lái)講清楚，在課堂上教師生硬的照本宣科會(huì)使學(xué)生感到枯燥乏味，課堂的氣氛很難被充分地調(diào)動(dòng)起來(lái)，教學(xué)效果不佳。針對(duì)目前的教學(xué)現(xiàn)狀，如果不對(duì)課程的教學(xué)進(jìn)行改革，授課教師很難在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)保質(zhì)保量地完成本課程的教學(xué)任務(wù)。筆者在“工程材料力學(xué)性能”課程的教學(xué)實(shí)踐中體會(huì)到：授課教師需要根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)來(lái)組織教學(xué)內(nèi)容，才能在規(guī)定的學(xué)時(shí)內(nèi)完成課程的教學(xué)任務(wù)。根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)來(lái)組織教學(xué)內(nèi)容，使得學(xué)生學(xué)習(xí)和教師授課的側(cè)重點(diǎn)都突出，學(xué)生能在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)提煉出與專業(yè)學(xué)習(xí)有密切聯(lián)系的知識(shí)，加以掌握和應(yīng)用。[3]本課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生能運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)分析材料實(shí)際的使用情況，對(duì)材料的失效現(xiàn)象的機(jī)理進(jìn)行分析。

二、依據(jù)材料物理專業(yè)特點(diǎn)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

在“工程材料力學(xué)性能”課程教學(xué)實(shí)踐中，筆者結(jié)合材料物理專業(yè)特點(diǎn)，在保障課程基本內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的前提下，對(duì)整本教材進(jìn)行整合，提煉出一般了解和必須掌握的內(nèi)容，使學(xué)生能在規(guī)定的學(xué)時(shí)內(nèi)有效地掌握最基本的教學(xué)內(nèi)容。[3]近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料的種類越來(lái)越多，新型材料應(yīng)用日新月異，納米材料、薄膜材料和微機(jī)電材料快速發(fā)展，材料的特征尺寸越來(lái)越小，傳統(tǒng)的材料力學(xué)性能測(cè)試手段已無(wú)法實(shí)施，微區(qū)材料的力學(xué)性能測(cè)試手段應(yīng)運(yùn)而生。新材料力學(xué)性能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)不斷頒布，已有材料的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)需與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌而不斷修改，迫切需要材料力學(xué)性能的教學(xué)與生產(chǎn)力發(fā)展水平一致。鑒于以上幾個(gè)方面內(nèi)容，該課程講授內(nèi)容主要從以下四個(gè)部分來(lái)展開：及時(shí)部分（及時(shí)至第四章）闡述材料在一次加載條件下的形變和斷裂過(guò)程，所測(cè)定的力學(xué)性能指標(biāo)用于評(píng)價(jià)零件在服役過(guò)程中抗過(guò)載失效的能力或安全性；第二部分（第五至第八章）論述疲勞、蠕變、磨損和環(huán)境效應(yīng)四種常見的與時(shí)間相關(guān)的失效形式，材料對(duì)這四種形式失效的抗力將決定零件的壽命；第三部分（第九至第十一章）（納米材料/復(fù)合納米材料）依據(jù)材料物理專業(yè)的特點(diǎn)，重點(diǎn)講解納米材料的力學(xué)性能，這其中包括納米金屬材料的力學(xué)性能、納米非金屬材料的力學(xué)性能、碳納米材料的力學(xué)性能、納米復(fù)合材料的力學(xué)性能等；第四部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)。

三、優(yōu)化教學(xué)方法與手段，鍛煉學(xué)生能力

任何教學(xué)過(guò)程的開展都離不開一定的方式或方法。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是以教師講授為主，學(xué)生處于被動(dòng)的接受地位。教學(xué)方法的優(yōu)化倡導(dǎo)以學(xué)生為主，強(qiáng)調(diào)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主人，培養(yǎng)他們自己查閱資料，自己釋疑，自己總結(jié)，最終具備自我學(xué)習(xí)的能力。[4]在這個(gè)過(guò)程中，教師要充分發(fā)揮引導(dǎo)作用，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性。下面以“納米材料的力學(xué)性能”為例來(lái)說(shuō)明教學(xué)方法的優(yōu)化，筆者采用“三步式”教學(xué)方法，取得了良好的教學(xué)效果。及時(shí)步：教師指導(dǎo)學(xué)生上網(wǎng)查閱“納米發(fā)動(dòng)機(jī)”的相關(guān)資料，并就“納米發(fā)動(dòng)機(jī)”的提出、原理及當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀寫一篇綜述性報(bào)告，在下一堂課讓學(xué)生講解；第二步：根據(jù)自己的備課內(nèi)容及結(jié)合自身的科研經(jīng)歷，進(jìn)一步給學(xué)生講解“納米發(fā)動(dòng)機(jī)”相關(guān)材料的制備方法及工藝技術(shù)特點(diǎn)；第三步：學(xué)生根據(jù)教師授課內(nèi)容和自己查閱的相關(guān)資料，完善自己的綜述報(bào)告?！叭绞健苯虒W(xué)法組織實(shí)施教學(xué)，不但可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的積極性，使學(xué)生掌握的知識(shí)更加牢固，而且有利于拓展學(xué)生的視野，培養(yǎng)了學(xué)生的科研興趣，進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生自我獲取知識(shí)的能力。教學(xué)手段是指教師用以運(yùn)載知識(shí)、傳遞教學(xué)信息的物質(zhì)媒體或物質(zhì)條件，是現(xiàn)代的教師進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)必不可少的輔助用具。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的普及，學(xué)校和教師越來(lái)越關(guān)注用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。[4]“工程材料力學(xué)性能”課程特點(diǎn)是內(nèi)容多、知識(shí)點(diǎn)零散、概念定義多，書中許多抽象的內(nèi)容很難通過(guò)語(yǔ)言的表述來(lái)講清楚，理解起來(lái)相對(duì)困難。教師在教學(xué)過(guò)程中運(yùn)用現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段，自己動(dòng)手制作多媒體課件，針對(duì)專業(yè)特點(diǎn)選擇教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法；另外，通過(guò)演示一些動(dòng)畫圖片和視頻，使得原來(lái)抽象的、枯燥的知識(shí)形象化，使學(xué)生易于理解和掌握，同時(shí)還增大了教學(xué)信息量，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)給學(xué)生盡可能多地傳達(dá)了信息量。

四、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

工科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論聯(lián)系實(shí)際的重要環(huán)節(jié)，與課程體系、學(xué)科結(jié)構(gòu)和教學(xué)改革等有著密切的關(guān)系，對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新思維，以及動(dòng)手能力和分析解決問(wèn)題能力具有十分重要的意義。我?！肮こ滩牧狭W(xué)性能”課程基本實(shí)驗(yàn)包括碳鋼靜拉伸，不同成分、熱處理工藝對(duì)鋼材力學(xué)性能的影響，金屬的沖擊韌性，金屬的硬度，金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌性KIC的測(cè)定五個(gè)實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)比較適合金屬材料、材料加工專業(yè)的學(xué)生，對(duì)于材料物理專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，難以感受本專業(yè)特點(diǎn)。[2]因此，結(jié)合不同的專業(yè)特點(diǎn)，將“工程材料力學(xué)性能”課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋多個(gè)專業(yè)，分為必修、選修兩部分。優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不但可以增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，還可以使不同專業(yè)的學(xué)生加深對(duì)自身專業(yè)的理解。比如，針對(duì)材料物理專業(yè)的本科生，可以開設(shè)納米材料力學(xué)性能測(cè)試綜合選修實(shí)驗(yàn)課。筆者結(jié)合自身的科研內(nèi)容，制備一系列的納米線及納米薄膜材料，同時(shí)，材料科學(xué)與工程學(xué)院新引進(jìn)的AgilentG200納米壓痕儀，可用來(lái)測(cè)量納米材料的硬度、模量、應(yīng)力—應(yīng)變曲線等傳統(tǒng)力學(xué)儀器不能測(cè)量的納米材料的力學(xué)性能。該試驗(yàn)的開設(shè)，既使學(xué)生鞏固了前期所修的“工程材料力學(xué)性能”課程，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，又拓寬了學(xué)生的視野，對(duì)納米材料的力學(xué)性能有了更深層次的理解，為其后續(xù)的工作和科研奠定了良好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方法大都有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師除了傳授最基本的操作方法外，還指導(dǎo)學(xué)生如何查找相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行閱讀，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文件設(shè)計(jì)、實(shí)施相關(guān)實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)操作真正做到有據(jù)可依，以期培養(yǎng)學(xué)生的工程規(guī)范意識(shí)。另外，針對(duì)教材標(biāo)準(zhǔn)滯后實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，還介紹目前國(guó)內(nèi)外近期標(biāo)準(zhǔn)，以其讓學(xué)生了解近期的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)信息，同時(shí)還使學(xué)生對(duì)相關(guān)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展有完整的認(rèn)識(shí)，這對(duì)于他們將來(lái)的事業(yè)發(fā)展是非常有利的。[5]

五、優(yōu)化考核方法，評(píng)價(jià)學(xué)生素質(zhì)

傳統(tǒng)的一張?jiān)嚲矶ńK身的考試形式早已不能滿足現(xiàn)代素質(zhì)教育、創(chuàng)新教育的需要。對(duì)此，老師采取了綜合考核方法，從終結(jié)性教學(xué)評(píng)價(jià)模式向形成性教學(xué)評(píng)價(jià)方式轉(zhuǎn)變。[6]綜合考核方法中除了學(xué)生的期末筆試成績(jī)外，還包括課堂提問(wèn)、課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、小論文等多種評(píng)價(jià)手段。新的考核方式既鍛煉了學(xué)生自主創(chuàng)新、知識(shí)綜合運(yùn)用的能力，又培養(yǎng)了學(xué)生查閱分析信息資料、收集分析數(shù)據(jù)和撰寫科技論文的能力。此外，為了提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，卷面考試有必要增加一些主觀題。比如筆者在出考卷時(shí)，增加了一道綜合應(yīng)用題，內(nèi)容是結(jié)合具體技術(shù)和方法，論述材料磨損的控制和防磨措施，從而要求學(xué)生將材料磨損的相關(guān)知識(shí)融會(huì)貫通，靈活運(yùn)用。通過(guò)考核方式的改革，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性都大大提高。上述幾個(gè)方面的改革探索，使學(xué)生能有效地掌握本門課程的知識(shí)，為后續(xù)課程和科研工作奠定良好的理論基礎(chǔ)，同時(shí)為大學(xué)畢業(yè)生在將來(lái)實(shí)際工程中正確地選擇和使用材料、改進(jìn)材料性能以及分析材料失效行為等問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

力學(xué)性能論文:工程材料力學(xué)性能教育革新

一、“工程材料力學(xué)性能”課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

1“.工程材料力學(xué)性能”課程特點(diǎn)材料的力學(xué)性能是指材料在外加載荷作用下或外加載荷與環(huán)境因素共同作用下所表現(xiàn)出來(lái)的力學(xué)行為與機(jī)理，是各類材料在實(shí)際應(yīng)用中必須涉及的共性問(wèn)題。[1]“工程材料力學(xué)性能”課程最早是“金屬材料力學(xué)性能”，后來(lái)改名為“材料力學(xué)性能”，現(xiàn)在部分教材又改名為“工程材料力學(xué)性能”，是許多工程類本科生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其教學(xué)效果好壞對(duì)學(xué)生能否打下一個(gè)良好的專業(yè)基礎(chǔ)起著重要的作用。該課程內(nèi)容涉及面廣、工程應(yīng)用背景強(qiáng)，在材料科學(xué)與工程、土木工程、機(jī)械工程等專業(yè)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。本課程的學(xué)習(xí)，對(duì)提高工程類專業(yè)學(xué)生整體素質(zhì)及工程實(shí)踐能力起著至關(guān)重要的作用，使得學(xué)生能夠從各種機(jī)器零件或構(gòu)件在常溫、高溫以及腐蝕環(huán)境的服役條件下的失效現(xiàn)象出發(fā)，了解失效現(xiàn)象的機(jī)理，從而為他們畢業(yè)后從事材料的檢測(cè)和性能評(píng)定、材料的正確選用和安全應(yīng)用，以及對(duì)機(jī)械零件的失效分析等工作奠定良好的基礎(chǔ)，為企業(yè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供有力的后備軍。

2“.工程材料力學(xué)性能”課程教學(xué)現(xiàn)狀安徽工業(yè)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我?！保┎牧蠈W(xué)院共分金屬材料工程、材料成型及控制、無(wú)機(jī)非金屬材料、材料物理四個(gè)本科專業(yè)，目前，四個(gè)專業(yè)使用的《工程材料力學(xué)性能》是合肥工業(yè)大學(xué)主編的同一本教材，該教材的內(nèi)容包含金屬材料的力學(xué)性能和新型材料的力學(xué)性能兩大部分，側(cè)重點(diǎn)是金屬材料的力學(xué)性能部分，主要包含“高分子材料的力學(xué)性能”、“陶瓷材料的力學(xué)性能”和“復(fù)合材料的力學(xué)性能”三章的內(nèi)容。[2]金屬材料力學(xué)性能的研究時(shí)間較長(zhǎng)，主要的原理、定律和結(jié)論已比較成熟，新型材料力學(xué)性能的內(nèi)容相對(duì)較少，它的研究主要借鑒于金屬材料力學(xué)性能的研究經(jīng)驗(yàn)和方法。本教材比較適合金屬材料工程、材料成型及控制兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生，對(duì)其他專業(yè)的學(xué)生則顯得內(nèi)容相對(duì)較少，不太適合。而且，本課程的內(nèi)容多、涉及面廣，課程學(xué)時(shí)有限，書中許多抽象的內(nèi)容很難通過(guò)語(yǔ)言的表述來(lái)講清楚，在課堂上教師生硬的照本宣科會(huì)使學(xué)生感到枯燥乏味，課堂的氣氛很難被充分地調(diào)動(dòng)起來(lái)，教學(xué)效果不佳。針對(duì)目前的教學(xué)現(xiàn)狀，如果不對(duì)課程的教學(xué)進(jìn)行改革，授課教師很難在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)保質(zhì)保量地完成本課程的教學(xué)任務(wù)。筆者在“工程材料力學(xué)性能”課程的教學(xué)實(shí)踐中體會(huì)到：授課教師需要根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)來(lái)組織教學(xué)內(nèi)容，才能在規(guī)定的學(xué)時(shí)內(nèi)完成課程的教學(xué)任務(wù)。根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)來(lái)組織教學(xué)內(nèi)容，使得學(xué)生學(xué)習(xí)和教師授課的側(cè)重點(diǎn)都突出，學(xué)生能在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)提煉出與專業(yè)學(xué)習(xí)有密切聯(lián)系的知識(shí)，加以掌握和應(yīng)用。[3]本課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生能運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)分析材料實(shí)際的使用情況，對(duì)材料的失效現(xiàn)象的機(jī)理進(jìn)行分析。

二、依據(jù)材料物理專業(yè)特點(diǎn)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

在“工程材料力學(xué)性能”課程教學(xué)實(shí)踐中，筆者結(jié)合材料物理專業(yè)特點(diǎn)，在保障課程基本內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的前提下，對(duì)整本教材進(jìn)行整合，提煉出一般了解和必須掌握的內(nèi)容，使學(xué)生能在規(guī)定的學(xué)時(shí)內(nèi)有效地掌握最基本的教學(xué)內(nèi)容。[3]近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料的種類越來(lái)越多，新型材料應(yīng)用日新月異，納米材料、薄膜材料和微機(jī)電材料快速發(fā)展，材料的特征尺寸越來(lái)越小，傳統(tǒng)的材料力學(xué)性能測(cè)試手段已無(wú)法實(shí)施，微區(qū)材料的力學(xué)性能測(cè)試手段應(yīng)運(yùn)而生。新材料力學(xué)性能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)不斷頒布，已有材料的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)需與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌而不斷修改，迫切需要材料力學(xué)性能的教學(xué)與生產(chǎn)力發(fā)展水平一致。鑒于以上幾個(gè)方面內(nèi)容，該課程講授內(nèi)容主要從以下四個(gè)部分來(lái)展開：及時(shí)部分（及時(shí)至第四章）闡述材料在一次加載條件下的形變和斷裂過(guò)程，所測(cè)定的力學(xué)性能指標(biāo)用于評(píng)價(jià)零件在服役過(guò)程中抗過(guò)載失效的能力或安全性；第二部分（第五至第八章）論述疲勞、蠕變、磨損和環(huán)境效應(yīng)四種常見的與時(shí)間相關(guān)的失效形式，材料對(duì)這四種形式失效的抗力將決定零件的壽命；第三部分（第九至第十一章）（納米材料/復(fù)合納米材料）依據(jù)材料物理專業(yè)的特點(diǎn)，重點(diǎn)講解納米材料的力學(xué)性能，這其中包括納米金屬材料的力學(xué)性能、納米非金屬材料的力學(xué)性能、碳納米材料的力學(xué)性能、納米復(fù)合材料的力學(xué)性能等；第四部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)。

三、優(yōu)化教學(xué)方法與手段，鍛煉學(xué)生能力

任何教學(xué)過(guò)程的開展都離不開一定的方式或方法。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是以教師講授為主，學(xué)生處于被動(dòng)的接受地位。教學(xué)方法的優(yōu)化倡導(dǎo)以學(xué)生為主，強(qiáng)調(diào)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主人，培養(yǎng)他們自己查閱資料，自己釋疑，自己總結(jié)，最終具備自我學(xué)習(xí)的能力。[4]在這個(gè)過(guò)程中，教師要充分發(fā)揮引導(dǎo)作用，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性。下面以“納米材料的力學(xué)性能”為例來(lái)說(shuō)明教學(xué)方法的優(yōu)化，筆者采用“三步式”教學(xué)方法，取得了良好的教學(xué)效果。及時(shí)步：教師指導(dǎo)學(xué)生上網(wǎng)查閱“納米發(fā)動(dòng)機(jī)”的相關(guān)資料，并就“納米發(fā)動(dòng)機(jī)”的提出、原理及當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀寫一篇綜述性報(bào)告，在下一堂課讓學(xué)生講解；第二步：根據(jù)自己的備課內(nèi)容及結(jié)合自身的科研經(jīng)歷，進(jìn)一步給學(xué)生講解“納米發(fā)動(dòng)機(jī)”相關(guān)材料的制備方法及工藝技術(shù)特點(diǎn)；第三步：學(xué)生根據(jù)教師授課內(nèi)容和自己查閱的相關(guān)資料，完善自己的綜述報(bào)告?！叭绞健苯虒W(xué)法組織實(shí)施教學(xué)，不但可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的積極性，使學(xué)生掌握的知識(shí)更加牢固，而且有利于拓展學(xué)生的視野，培養(yǎng)了學(xué)生的科研興趣，進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生自我獲取知識(shí)的能力。教學(xué)手段是指教師用以運(yùn)載知識(shí)、傳遞教學(xué)信息的物質(zhì)媒體或物質(zhì)條件，是現(xiàn)代的教師進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)必不可少的輔助用具。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的普及，學(xué)校和教師越來(lái)越關(guān)注用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。[4]“工程材料力學(xué)性能”課程特點(diǎn)是內(nèi)容多、知識(shí)點(diǎn)零散、概念定義多，書中許多抽象的內(nèi)容很難通過(guò)語(yǔ)言的表述來(lái)講清楚，理解起來(lái)相對(duì)困難。教師在教學(xué)過(guò)程中運(yùn)用現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段，自己動(dòng)手制作多媒體課件，針對(duì)專業(yè)特點(diǎn)選擇教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法；另外，通過(guò)演示一些動(dòng)畫圖片和視頻，使得原來(lái)抽象的、枯燥的知識(shí)形象化，使學(xué)生易于理解和掌握，同時(shí)還增大了教學(xué)信息量，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)給學(xué)生盡可能多地傳達(dá)了信息量。

四、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

工科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論聯(lián)系實(shí)際的重要環(huán)節(jié)，與課程體系、學(xué)科結(jié)構(gòu)和教學(xué)改革等有著密切的關(guān)系，對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新思維，以及動(dòng)手能力和分析解決問(wèn)題能力具有十分重要的意義。我?！肮こ滩牧狭W(xué)性能”課程基本實(shí)驗(yàn)包括碳鋼靜拉伸，不同成分、熱處理工藝對(duì)鋼材力學(xué)性能的影響，金屬的沖擊韌性，金屬的硬度，金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌性KIC的測(cè)定五個(gè)實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)比較適合金屬材料、材料加工專業(yè)的學(xué)生，對(duì)于材料物理專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，難以感受本專業(yè)特點(diǎn)。[2]因此，結(jié)合不同的專業(yè)特點(diǎn)，將“工程材料力學(xué)性能”課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋多個(gè)專業(yè)，分為必修、選修兩部分。優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不但可以增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，還可以使不同專業(yè)的學(xué)生加深對(duì)自身專業(yè)的理解。比如，針對(duì)材料物理專業(yè)的本科生，可以開設(shè)納米材料力學(xué)性能測(cè)試綜合選修實(shí)驗(yàn)課。筆者結(jié)合自身的科研內(nèi)容，制備一系列的納米線及納米薄膜材料，同時(shí)，材料科學(xué)與工程學(xué)院新引進(jìn)的AgilentG200納米壓痕儀，可用來(lái)測(cè)量納米材料的硬度、模量、應(yīng)力—應(yīng)變曲線等傳統(tǒng)力學(xué)儀器不能測(cè)量的納米材料的力學(xué)性能。該試驗(yàn)的開設(shè)，既使學(xué)生鞏固了前期所修的“工程材料力學(xué)性能”課程，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，又拓寬了學(xué)生的視野，對(duì)納米材料的力學(xué)性能有了更深層次的理解，為其后續(xù)的工作和科研奠定了良好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方法大都有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師除了傳授最基本的操作方法外，還指導(dǎo)學(xué)生如何查找相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行閱讀，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文件設(shè)計(jì)、實(shí)施相關(guān)實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)操作真正做到有據(jù)可依，以期培養(yǎng)學(xué)生的工程規(guī)范意識(shí)。另外，針對(duì)教材標(biāo)準(zhǔn)滯后實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，還介紹目前國(guó)內(nèi)外近期標(biāo)準(zhǔn)，以其讓學(xué)生了解近期的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)信息，同時(shí)還使學(xué)生對(duì)相關(guān)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展有完整的認(rèn)識(shí)，這對(duì)于他們將來(lái)的事業(yè)發(fā)展是非常有利的。[5]

五、優(yōu)化考核方法，評(píng)價(jià)學(xué)生素質(zhì)

傳統(tǒng)的一張?jiān)嚲矶ńK身的考試形式早已不能滿足現(xiàn)代素質(zhì)教育、創(chuàng)新教育的需要。對(duì)此，老師采取了綜合考核方法，從終結(jié)性教學(xué)評(píng)價(jià)模式向形成性教學(xué)評(píng)價(jià)方式轉(zhuǎn)變。[6]綜合考核方法中除了學(xué)生的期末筆試成績(jī)外，還包括課堂提問(wèn)、課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、小論文等多種評(píng)價(jià)手段。新的考核方式既鍛煉了學(xué)生自主創(chuàng)新、知識(shí)綜合運(yùn)用的能力，又培養(yǎng)了學(xué)生查閱分析信息資料、收集分析數(shù)據(jù)和撰寫科技論文的能力。此外，為了提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，卷面考試有必要增加一些主觀題。比如筆者在出考卷時(shí)，增加了一道綜合應(yīng)用題，內(nèi)容是結(jié)合具體技術(shù)和方法，論述材料磨損的控制和防磨措施，從而要求學(xué)生將材料磨損的相關(guān)知識(shí)融會(huì)貫通，靈活運(yùn)用。通過(guò)考核方式的改革，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性都大大提高。上述幾個(gè)方面的改革探索，使學(xué)生能有效地掌握本門課程的知識(shí)，為后續(xù)課程和科研工作奠定良好的理論基礎(chǔ)，同時(shí)為大學(xué)畢業(yè)生在將來(lái)實(shí)際工程中正確地選擇和使用材料、改進(jìn)材料性能以及分析材料失效行為等問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

力學(xué)性能論文:秸稈纖維在干混砂漿力學(xué)性能的影響

摘要：本文首先總結(jié)了秸稈和干混砂漿的應(yīng)用現(xiàn)狀和基本特點(diǎn)，提出在干混砂漿中使用秸稈纖維可以提高砂漿的力學(xué)性能，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了分析驗(yàn)證，得出了在試驗(yàn)范圍內(nèi)干混砂漿的抗壓、抗拉、拉伸粘接強(qiáng)度會(huì)隨著秸稈纖維含量的增加而增強(qiáng)的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：秸稈纖維；干混砂漿；力學(xué)性能

1秸稈應(yīng)用的現(xiàn)狀及基本特點(diǎn)

我國(guó)作為世界人口大國(guó)，糧食產(chǎn)量為世界及時(shí)，相應(yīng)農(nóng)作物秸稈量也居于世界首位。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示：近年，每年我國(guó)的秸稈產(chǎn)量已經(jīng)突破9億t，并以每年0.12億t的數(shù)量逐步增加。很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)的秸稈資源的利用效率不高，處理相對(duì)簡(jiǎn)單：用于農(nóng)村生活中的燒火做飯，飼料喂養(yǎng)家畜等。近年，隨著科學(xué)水平的提高，秸稈還田施肥，秸稈氣化制成沼氣等技術(shù)正在被推廣開來(lái)。但是，作為此類用途的秸稈的使用量?jī)H僅為其總量的50%左右，大量秸稈資源被浪費(fèi)，特別是在我國(guó)一些相對(duì)落后的地區(qū)，秸稈焚燒現(xiàn)象仍然十分普遍。如何提高秸稈的使用效率，利用其優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值越來(lái)越收到人們的重視。秸稈密度為0.316g/cm3。秸稈和大多數(shù)植物細(xì)胞一樣是由細(xì)胞壁和細(xì)胞內(nèi)部的各種物質(zhì)組成的，其細(xì)胞壁占到細(xì)胞總量的80%以上。秸稈細(xì)胞壁的主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其中纖維素主要起骨架作用，支撐起整個(gè)細(xì)胞，木質(zhì)素起硬化固化作用，而半纖維素則起到內(nèi)部粘接作用。秸稈纖維抵抗破壞斷裂的性能和抵抗拉伸變形的能力很高。

2干混砂漿的現(xiàn)狀及基本特點(diǎn)

總理在2016年9月的國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議中表示：我國(guó)將深化政府改革，大力發(fā)展裝配式建筑，從而調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)。所謂裝配式建筑是指在建筑材料工廠預(yù)制建筑構(gòu)件，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配而得到的建筑物。現(xiàn)場(chǎng)裝配建筑物構(gòu)件離不開干混砂漿的粘合作用，近年來(lái)，我國(guó)干混砂漿產(chǎn)量已成為世界及時(shí)，每年已超過(guò)1億t，預(yù)計(jì)到2020年全國(guó)范圍內(nèi)，干混砂漿使用率將超過(guò)50%相對(duì)于普通的濕拌砂漿，干混砂漿具備和易性好，干縮變形小，質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)。在干混砂漿中加入秸稈纖維，不僅可以提高干混砂漿的理化性能，更能提高秸稈的利用效率是農(nóng)業(yè)和建筑的結(jié)合，本文將通過(guò)試驗(yàn)，對(duì)秸稈纖維對(duì)干混砂漿的力學(xué)性能的影響進(jìn)行研究。

3試驗(yàn)部分

3.1試驗(yàn)?zāi)康?

檢驗(yàn)秸稈纖維對(duì)干混砂漿力學(xué)性能的基本影響，希望找出秸稈纖維摻量對(duì)干混砂漿抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、拉伸粘接強(qiáng)度的一般規(guī)律。

3.2試驗(yàn)材料

水泥：采用天水P?O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；砂：采用細(xì)度為70目的水洗河砂；纖維素醚HPMC：采用赫達(dá)15萬(wàn)粘度值；粉煤灰：上海石洞口發(fā)電廠，一級(jí)粉煤灰；礦粉：山東康晶S95；秸稈纖維：本試驗(yàn)室自制，纖維長(zhǎng)度為8mm。

3.3試驗(yàn)設(shè)備

本試驗(yàn)所使用的儀器設(shè)備主要包括：砂漿攪拌機(jī)：采用無(wú)錫建儀JJ-5型水泥砂漿攪拌機(jī)；抗折試驗(yàn)機(jī)：隆輝KZJ-500型水泥電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)；壓力試驗(yàn)機(jī)：無(wú)錫建儀TYE-2000B壓力試驗(yàn)機(jī)；其他器材：燒杯、天平、攪拌棒、三聯(lián)模、養(yǎng)護(hù)箱，振實(shí)臺(tái)等。

3.4試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本干混砂漿采用的灰砂比，即膠凝材料摻量與砂質(zhì)量比為1：2.5，水灰比采用固定值0.5，用一級(jí)粉煤灰和礦粉分別代替10%的水泥作為膠凝材料，外摻羥丙基甲基纖維素HPMC的量也固定為膠凝材料的0.5%，秸稈纖維摻量占膠凝材料總質(zhì)量的百分比用P表示，若膠凝材料總質(zhì)量為300g，則得試驗(yàn)用砂漿各成分比例如表1所示。P=0%，0.05%，0.1%，0.15%，0.2%。本試驗(yàn)中，為保障試驗(yàn)結(jié)果的說(shuō)服力，除秸稈纖維摻量為變量外，其他成分均為定值，根據(jù)加入不同質(zhì)量比例的秸稈纖維，判斷秸稈纖維與干混砂漿力學(xué)性能之間的基本聯(lián)系。

3.5試驗(yàn)過(guò)程概述

試驗(yàn)過(guò)程結(jié)合《干混砂漿物理性能試驗(yàn)方法》（GB/T29756-2013）、《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（GB/T17671-1999）及《建筑砂漿基性能試驗(yàn)方法》（JGJ70-2009）的規(guī)定。按照上表配比分別進(jìn)行攪拌，攪拌完成后將拌制好的砂漿澆筑在三聯(lián)模中，表面刮平，經(jīng)24h后脫模，標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)28d，使用抗折試驗(yàn)機(jī)和壓力試驗(yàn)機(jī)檢查28d抗折、抗壓強(qiáng)度拉伸粘接強(qiáng)度。

3.6試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.6.128d抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果顯示秸稈纖維摻量比例P分別為0%；0.05%；0.1%；0.15%；0.2%時(shí)，28抗折強(qiáng)分別為6.5MPa；7.1MPa；7.6MPa；8.2MPa；8.7MPa。不同比例秸稈纖維摻量下的砂漿抗折強(qiáng)度值，可見，相對(duì)于P=0%時(shí)，含有秸稈纖維的砂漿試塊的28d抗折強(qiáng)度均有所提高，且隨著P值的增加，砂漿的28d抗折強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，當(dāng)P取本試驗(yàn)較大值0.2%時(shí)，砂漿28d的抗折強(qiáng)度也達(dá)到峰值8.7MPa，總量約增加了34%。3.6.228d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果顯示秸稈纖維摻量比例P分別為0%；0.05%；0.1%；0.15%；0.2%時(shí)，28抗壓強(qiáng)分別為24.2MPa；24.7MPa；25.3MPa；26.5MPa；27.2MPa。不同比例秸稈纖維摻量下的砂漿抗壓強(qiáng)度值，可見，相對(duì)于P=0%時(shí)，含有秸稈纖維的砂漿試塊的28d抗壓強(qiáng)度均有所提高，且隨著P值的增加，砂漿的28d抗壓強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，當(dāng)P取本試驗(yàn)較大值0.2%時(shí)，砂漿28d的抗壓強(qiáng)度也達(dá)到峰值27.2MPa，總量約增加了12%。3.6.328d拉伸粘接強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果顯示秸稈纖維摻量比例P分別為0%；0.05%；0.1%；0.15%；0.2%時(shí)，28抗壓強(qiáng)分別為0.66MPa；0.71MPa；0.74MPa；0.79MPa；0.85MPa。不同比例秸稈纖維摻量下的砂漿拉伸粘接強(qiáng)度值，可見，相對(duì)于P=0%時(shí)，含有秸稈纖維的砂漿試塊的28d拉伸粘接強(qiáng)度均有所提高，且隨著P值的增加，砂漿的28d拉伸粘接強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，當(dāng)P取本試驗(yàn)較大值0.2%時(shí)，砂漿28d的拉伸粘接強(qiáng)度也達(dá)到峰值0.85MPa，總量約增加了29%。

4結(jié)語(yǔ)

綜上可見在干混砂漿此類水泥基脆性材料中加入一定量的秸稈纖維，可起到纖維增強(qiáng)作用。秸稈纖維在砂漿試塊中均勻分散，形成了微小的“細(xì)筋”結(jié)構(gòu)，在試塊受外力作用時(shí)，減少了砂漿試塊中微裂紋的產(chǎn)生。同時(shí)，通過(guò)對(duì)比觀察，隨著秸稈纖維的摻量增加，砂漿試塊的抗折抗壓強(qiáng)度均有所提高，但抗折強(qiáng)度增幅更大，壓折比減小，韌性增加。

作者：韓曉冬 單位：天津城市建設(shè)管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院

力學(xué)性能論文:膠?；炷亮W(xué)性能與耐久性性能研究

［摘要］混凝土中加入膠粒，可有效改善混凝土的某些性能。文中采用三因素三水平的正交試驗(yàn)，分析了膠粒混凝土的力學(xué)性及耐久性能發(fā)展規(guī)律，并與基準(zhǔn)混凝土進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果表明：摻入膠粒后，混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度均降低，彈性模量降低，但抗?jié)B性、抗凍性和抗沖磨性顯著提高?？紤]膠粒混凝土的力學(xué)性能與耐久性，膠粒混凝土的膠粒摻入量應(yīng)控制在15±5%左右。

［關(guān)鍵詞］膠?；炷粒涣W(xué)性能；耐久性能

引言

根據(jù)國(guó)內(nèi)大量學(xué)者的研究，將橡膠粉摻入混凝土中，可顯著改善混凝土的某些性能[1，2]。王琦[3]采用正交試驗(yàn)法得出：膠粒粒徑是膠?；炷量?jié)B性能的顯著影響因素，相對(duì)于基準(zhǔn)混凝土來(lái)說(shuō)，加入膠粒后明顯降低了其質(zhì)量損失率。高鳳[4]采用正交試驗(yàn)得出：膠?；炷恋膹椥阅Ａ颗c膠粒摻量、膠粒粒徑、水灰比三因素之間存在良好的線性關(guān)系。張迎雪[5]采用混合正交試驗(yàn)?zāi)z粒混凝土的抗沖磨性能，結(jié)果表明，膠粒混凝土的磨損率降低。以上關(guān)于膠粒混凝土性能的研究已較為成熟，但并未給出膠?；炷亮W(xué)性能與耐久性能的綜合研究。本研究在其基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了膠?；炷亮W(xué)性能與耐久性能受膠粒摻量、膠粒粒徑、水灰比的影響。

1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1試驗(yàn)原材料

水泥為42.5R型硅酸鹽水泥；粗骨料為卵石，粒徑為5~31.5mm，表觀密度為2650kg/m3，為連續(xù)級(jí)配；細(xì)骨料為河砂，表觀密度為2700kg/m3，細(xì)度模數(shù)為2.43，級(jí)配合格；膠粒為橡膠顆粒，粒徑在0.6~4.75mm之間；水為試驗(yàn)室自來(lái)水。原材料各種指標(biāo)均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)三因素三水平正交組合設(shè)計(jì)，安排9組試驗(yàn)點(diǎn)用于測(cè)定膠?；炷恋牧W(xué)性能和耐久性，每組3個(gè)試件，共162個(gè)試件。試驗(yàn)因素水平見表1。膠粒的摻入選用等體積代砂法。

1.3試驗(yàn)方法

試驗(yàn)按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定，采用水下鋼球法進(jìn)行膠粒混凝土的抗沖磨性試驗(yàn)；抗?jié)B性采用一次性加壓法；抗凍性采用凍融循環(huán)法；抗折強(qiáng)度采用劈裂法；彈性模量采用千分表法。

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

表2所示膠?；炷恋牧W(xué)性能和耐久性試驗(yàn)結(jié)果。

2.1膠?；炷亮W(xué)性能

2.1.1抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度表3所示為膠?；炷量拐蹚?qiáng)度及抗壓強(qiáng)度的極差分析結(jié)果。表3膠?；炷量拐蹚?qiáng)度及抗壓強(qiáng)度的極差分析1）實(shí)驗(yàn)中所選三個(gè)因素對(duì)膠?；炷量箟簭?qiáng)度及抗折強(qiáng)度影響的主次順序依次為：膠粒摻量、水灰比、膠粒粒徑。2）灰比在0.4~0.6之間變化時(shí)，抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度都在降低。水灰比平均每增加0.1，抗壓強(qiáng)度降低13%，抗折強(qiáng)度降低15%。3）與基準(zhǔn)混凝土相比，平均每增加15%的膠粒摻量，抗壓強(qiáng)度降低22%。膠粒摻量在0~15%之間變化時(shí)，混凝土的抗折強(qiáng)度降低25%，隨著膠粒摻量的繼續(xù)增加，抗折強(qiáng)度的降幅減小。2.1.2彈性模量參考相關(guān)文獻(xiàn)［4］關(guān)于膠?；炷翉椥阅Ａ康难芯靠芍号c基準(zhǔn)混凝土相比，膠?；炷恋膹椥阅Ａ拷档图s60%~70%；影響膠?；炷翉椥阅Ａ康闹鞔雾樞蛞来螢槟z粒摻量、膠粒粒徑、水灰比；膠粒平均每增加15%，彈性模量降低21%。并且膠?；炷恋膹椥阅Ａ颗c膠粒摻量、膠粒粒徑、水灰比之間存在良好的線性關(guān)系。

2.2膠?；炷聊途眯?

2.2.1抗沖磨性圖3為抗沖磨強(qiáng)度單因素分析圖，由圖可得：1）摻入膠粒從0增加到15%時(shí)，抗沖磨強(qiáng)度由5.08h/（g/cm2）增加到12.58h/（g/cm2），是基準(zhǔn)試件2.47倍。但隨著膠粒從15%增加到30%，抗沖磨強(qiáng)度由12.58降低到1.85h/（g/cm2），降低幅度較大。2）從圖（c）中可以看出：抗沖磨強(qiáng)度隨膠粒粒徑的變化基本為一條直線，即抗沖磨強(qiáng)度基本不受膠粒粒徑的影響。2.2.2抗?jié)B性與抗凍性參考相關(guān)文獻(xiàn)［3］膠?；炷量?jié)B性、抗凍性的分析，繪制相關(guān)曲線圖4、圖5，得：數(shù)先降低后升高。受摻入膠粒的影響，相對(duì)滲透系數(shù)先增大后減小，但膠粒摻量在0%~30%變化時(shí)，相對(duì)滲透系數(shù)受膠粒摻入的影響比較小。膠粒粒徑在1.18~2.36mm變化時(shí)，相對(duì)滲透系數(shù)低，即抗?jié)B性好。2）膠?；炷恋目箖鲂允苣z粒摻量的影響最為顯著，摻入膠粒后，混凝土的抗凍性明顯升高。摻入膠粒15%的混凝土質(zhì)量損失率僅為0.6%，相對(duì)于普通混凝土的6.6%，降低了90%。但膠粒摻量增加到30%以后，出現(xiàn)了反彈。

3結(jié)論

1）受摻入膠粒的影響，膠?；炷恋目箟嚎拐蹚?qiáng)度降低，彈性模量降低。2）膠粒摻量是影響膠?；炷聊途眯缘闹饕蛩?，相比于基準(zhǔn)混凝土，膠?；炷恋目?jié)B性、抗凍性和抗沖磨性都有所提高。3）綜合考慮膠?；炷恋牧W(xué)性能及耐久性性能，摻入膠粒應(yīng)當(dāng)在15±5%左右，此時(shí)，混凝土的各項(xiàng)性能均較為良好。

力學(xué)性能論文:碳纖維如何增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能

摘要：碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，不難看出，這種材料因其較好的綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了單一組合的材料模式。本文試圖對(duì)碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行深入的研究。本文使用了簡(jiǎn)單概述，也采用了重點(diǎn)分析的研究策略，梳理了對(duì)研究對(duì)象的概述和主要的性能特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：碳纖維；復(fù)合材料；力學(xué)性能

本文以碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料為研究對(duì)象，對(duì)相關(guān)的概念和內(nèi)容進(jìn)行了梳理和總結(jié)。其中概括了碳纖維的性質(zhì)性能，對(duì)復(fù)合材料的概念進(jìn)行了闡述，對(duì)碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能作了詳盡的分析說(shuō)明。

1.關(guān)于碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料的概述

⑴復(fù)合材料的概念：面對(duì)傳統(tǒng)、單一組分的材料已經(jīng)難以滿足現(xiàn)在應(yīng)用需要的現(xiàn)實(shí)狀況，開發(fā)研制新材料，是解決這個(gè)問(wèn)題的根本途徑。運(yùn)用對(duì)材料改性的方法，來(lái)改善材料的性能是可取的。而材料改性的方法中，復(fù)合是最為常見的一種。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)于復(fù)合材料的概念有明確的界定：復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的物質(zhì)組成的混合固體材料。它的突出之處在于此復(fù)合材料的特定性能優(yōu)于任一單獨(dú)組分的性能。⑵復(fù)合材料的分類簡(jiǎn)介：復(fù)合材料的有幾種分類，這里不作一一介紹。只介紹兩種與本論文相關(guān)的類別劃分。如果以基體材料分類，復(fù)合材料有金屬基復(fù)合材料；陶瓷基復(fù)合材料；碳基復(fù)合材料；高分子基復(fù)合材料。本文討論的是一種高分子基復(fù)合材料，它是以有機(jī)化合物包括熱塑性樹脂、熱固性樹脂、橡膠為基體制備的復(fù)合材料。第二，如果按增強(qiáng)纖維的類別劃分，就存在有機(jī)纖維復(fù)合材料、無(wú)機(jī)纖維復(fù)合材料、其他纖維復(fù)合材料。其中本文討論的對(duì)象屬于無(wú)機(jī)纖維復(fù)合材料這一類別，因?yàn)樘祭w維就是無(wú)機(jī)纖維復(fù)合材料的其中一種。特別值得注意的是，當(dāng)兩種或兩種以上的纖維同時(shí)增強(qiáng)一個(gè)基體，制備成的復(fù)合材料叫做混雜纖維復(fù)合材料。實(shí)質(zhì)上是兩種或兩種以上的單一纖維材料的互相復(fù)合，就成了復(fù)合材料的“復(fù)合材料”。

2.纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的性能特點(diǎn)

纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料是指以高分子聚合物為基體材料，用纖維作增強(qiáng)材料復(fù)合制備而成的。基體材料和增強(qiáng)材料必然各自發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)作用。之所以用纖維作增強(qiáng)材料是因?yàn)槔w維具有高強(qiáng)度和高模量的優(yōu)點(diǎn)，所以是承載體的“不二人選”。而采用高分子聚合物作基體材料，是考慮其良好的粘接性能，可以將纖維和基體牢固的粘連起來(lái)。不僅僅如此，基體還需發(fā)揮均勻分散載荷的作用，通過(guò)界面層，將載荷傳遞到纖維，從而使纖維承受剪切和壓縮的載荷。當(dāng)兩者存在良好的復(fù)合狀態(tài)，并且使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趨于化，就能較大程度上發(fā)揮復(fù)合材料的綜合性能。⑴抗疲勞性能好：所謂疲勞破壞指的是材料在承受交變負(fù)荷時(shí)，形成裂縫繼續(xù)擴(kuò)大而引起的低應(yīng)力破壞。纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的疲勞破壞的發(fā)生過(guò)程是，首先出現(xiàn)裂縫，繼而裂紋向進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)發(fā)展，直到被基體和纖維的界面攔阻。在此過(guò)程中，纖維的薄弱部位被破壞，隨之逐漸擴(kuò)延到結(jié)合面。因此，纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料在疲勞破壞前存在明顯的征兆，這與金屬材料的疲勞發(fā)生截然不同。這也是它的抗疲勞性能好的具體表現(xiàn)。⑵高溫性能好：纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有很好的耐熱性能。將材料置于高溫中，表面分解、氣化，在吸熱的同時(shí)又冷卻下來(lái)。材料在高溫下逐漸消失的同時(shí)，表面又有很高的吸熱效率。這些都是材料高溫性能的物理特征。⑶高比強(qiáng)度和比模量：纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度和高比模量的特征。甚至在和鋼、鋁、鈦等金屬材料相比，它的力學(xué)性能也十分出色。這種材料在宇航工業(yè)中，受到極大的應(yīng)用。⑷安全性能好：纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中分布的纖維數(shù)量巨大，并且密度強(qiáng)，用數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明的話，每平方厘米的復(fù)合材料上的纖維數(shù)量少則幾千根，多則達(dá)到上萬(wàn)根。即便材料超負(fù)荷，發(fā)生少量纖維的斷裂情況，載荷也會(huì)進(jìn)行重新分配，著力在尚未斷裂的纖維部分。因此，短時(shí)間內(nèi)，不會(huì)影響到整個(gè)構(gòu)件的承載能力。⑸設(shè)計(jì)的可操作性強(qiáng)：當(dāng)復(fù)合材料需要符合性能和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需求時(shí)，可以通過(guò)很多方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。包括改變基體和纖維的品種，調(diào)整它們的含量比例，也可以通過(guò)調(diào)整纖維的層鋪結(jié)構(gòu)和排列方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，可以說(shuō)，纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料有很強(qiáng)的設(shè)計(jì)可操作性。⑹成型工藝簡(jiǎn)單易成：成型工藝過(guò)程十分簡(jiǎn)單易成，因其制品大多都是整體成型，無(wú)需使用到焊接、切割等二次加工，工藝流程簡(jiǎn)單好操作。一次性成型不僅可以減少加工的時(shí)間，同時(shí)減少了零部件、緊固件、接頭的損耗，使結(jié)構(gòu)更趨于輕量化。⑺減震性能好：高的自振頻率可以對(duì)工作狀態(tài)下的早期破壞起到規(guī)避和防范的作用。自振頻率和材料比模量的平方根成正比，和材料結(jié)構(gòu)也息息相關(guān)。纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的基體界面和纖維因?yàn)榫哂形衲芰?，所以能夠起到很好的減震效果。

3.碳纖維增強(qiáng)熱塑料樹脂基復(fù)合材料中碳纖維的性質(zhì)

⑴對(duì)纖維的分類：纖維存在有機(jī)纖維和無(wú)機(jī)纖維之分。增強(qiáng)纖維共有五大類別，分別是：硼纖維、碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維以及芳綸纖維。除一種芳綸纖維以外，其他四種都屬于無(wú)機(jī)纖維。碳纖維是五大纖維之冠，是增強(qiáng)纖維中最有活力的一種。碳纖維復(fù)合材料種類很多，但是應(yīng)用最廣泛的還要屬碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料。⑵碳纖維的性質(zhì)和性能：碳纖維是纖維狀的碳素材料，它的性質(zhì)包括導(dǎo)熱、導(dǎo)電、耐溫、耐磨、比重小且耐腐蝕性等。除此之外，它的性能也相當(dāng)突出，具有熱膨脹系數(shù)小、抗震動(dòng)衰減、自潤(rùn)滑性以及防原子輻射等。因?yàn)樘祭w維的纖維屬性，因此可以對(duì)其編制加工，纏繞成型。利用纖維狀直徑細(xì)的特點(diǎn)，是制成復(fù)合材料雜曲面構(gòu)件部件的絕佳材料。碳纖維能夠成為最有活力的增強(qiáng)纖維，它密度低，抗拉伸強(qiáng)度可以和玻璃纖維比肩，而碳纖維的彈性模量卻是后者的4到5倍。在惰性氣氛中，碳纖維的抗拉強(qiáng)度隨溫度的升高而攀升，表現(xiàn)出極佳的性能。因此，不得不說(shuō)碳纖維是復(fù)合材料增強(qiáng)纖維的。⑶碳纖維的力學(xué)性質(zhì)：碳纖維的力學(xué)性質(zhì)主要通過(guò)軸向抗拉模量來(lái)體現(xiàn)。當(dāng)熱處理溫度上升，碳纖維的模量隨之攀升。細(xì)直徑纖維在預(yù)氧化過(guò)程中，發(fā)生碳化，產(chǎn)生很多排列整齊的餓表皮結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)對(duì)碳纖維模量的增加又起到推波助瀾的作用，促使它的模量進(jìn)一步提高。碳纖維模量的變化趨勢(shì)以施加負(fù)荷的方式作為判別標(biāo)準(zhǔn)，不是隨應(yīng)變的增加而增加，就是隨應(yīng)變的增加而下降，無(wú)非是這兩種情況。

4.纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能研究

⑴纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能①拉伸性能：?jiǎn)蜗蛟鰪?qiáng)樹脂基復(fù)合材料，沿纖維方向的拉伸模量跟纖維體積含量的增大成正比增加。但是如果采用的是短切纖維和玻璃布增強(qiáng)的材料層合板，拉升強(qiáng)度和拉升模量就不與纖維體積成正比增加，但是仍然保持隨纖維體積增加而提升。通常情況下，復(fù)合材料的纖維方向的主彈性模量，雙向是單向的0.5-0.55倍。而混雜纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的彈性模量是拉伸模量的0.35-0.4倍。②壓縮性能：樹脂基復(fù)合材料的壓縮性能由基體材料的質(zhì)量決定，拉伸性能由纖維增強(qiáng)材料的質(zhì)量決定。因此，要想提高樹脂基復(fù)合材料的壓縮性能，就得立足于選用抗壓強(qiáng)度較高的樹脂基體。纖維樹脂基復(fù)合材料的壓縮特性和拉伸特性存在相似性，在應(yīng)力小，纖維未壓彎的條件下，壓縮彈性的模量接近。③彎曲性能：增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的彎曲性能受幾個(gè)因素的影響，具體包括纖維增強(qiáng)材料的種類、鋪層方式和纖維織物種類。如果這三點(diǎn)不同，彎曲性能就不盡相同。當(dāng)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的破壞發(fā)生時(shí)，破壞首先出現(xiàn)在增強(qiáng)纖維與基體材料的界面上，其次是基體材料的破壞，出現(xiàn)在增強(qiáng)材料。④剪切性能：纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度主要和三個(gè)因素密切相關(guān)。其中包括：及時(shí)，纖維樹脂界面粘接強(qiáng)度；第二，基體樹脂強(qiáng)度；第三，纖維的含量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以證明，復(fù)合材料的剪切彈性模量隨著纖維含量的增大而呈上升趨勢(shì)。⑵纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能的特點(diǎn)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能特點(diǎn)可以簡(jiǎn)單歸納為四點(diǎn)。及時(shí)，比強(qiáng)度高；第二，其力學(xué)性能呈現(xiàn)明顯的方向差異性；第三，彈性模量和層間剪切強(qiáng)度低；第四，性能分散性大。⑶界面對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)影響界面將基體和纖維連接成一個(gè)整體，并成為應(yīng)力傳遞的橋梁。纖維與基體的相容性會(huì)影響到界面的完整性。如果相容不好，形成界面不完整，就會(huì)影響到應(yīng)力的傳遞。因此，完整的界面層是保障復(fù)合材料界面層均勻應(yīng)力傳遞，凸顯優(yōu)異性能的前提。對(duì)于復(fù)合材料的性能呈現(xiàn)，界面發(fā)揮著不可替代的作用，直接影響著復(fù)合材料的力學(xué)性能。牢固而完好的界面結(jié)合層，是可以大大提高復(fù)合材料橫向拉伸程度和層間拉伸程度的。同樣的，它也可以恰如其分地提高復(fù)合材料的橫向及層間拉剪切模量和伸模量。碳纖維實(shí)際上是一種韌性較差的纖維，當(dāng)連接基體和纖維的界面是脆性的，斷裂應(yīng)變小，強(qiáng)度大的情況下，纖維很脆，斷裂了，就直接導(dǎo)致裂紋順著纖維的方向持續(xù)擴(kuò)展，周邊的纖維受到影響也相繼斷裂。由此可以推斷，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的韌性不好。如果在此情況下，如果界面的結(jié)合強(qiáng)度不高，那么纖維斷裂就會(huì)引起裂紋斷裂的走向，沿界面擴(kuò)展，在擴(kuò)展路徑中，凡是遇到纖維的缺陷部位和薄弱地段，裂紋自然的越過(guò)纖維，仍然沿界面擴(kuò)展，就形成了曲曲折折的斷裂途徑。通過(guò)以上分析，不難看出，如果遇到基體、界面的斷裂應(yīng)變低值的情況，采取改善斷裂韌性的措施，減弱界面強(qiáng)度，提高纖維延伸率是十分有效的辦法。關(guān)于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究目前主要集中在幾點(diǎn)上。包括有：不同基體的成型工藝、碳纖維、力學(xué)性能、界面層設(shè)計(jì)、界面層性能等。由于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料有很高的綜合性能優(yōu)勢(shì)，因此，目前該課題的研究仍然是活躍而興興向榮的。它吸引了很多對(duì)該課題感興趣的學(xué)者的目光，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者也投入其中，作了大量的研究，其中不乏有一些值得借鑒的思路和火花。就現(xiàn)在的情況而言，碳纖維增強(qiáng)熱塑料樹脂基復(fù)合材料的研究大多指向電性能，而在成型工藝、力學(xué)性能的關(guān)注和研究頗少。探索是永無(wú)止境的，而探索精神永遠(yuǎn)引領(lǐng)人們尋找真理。

作者：張?jiān)ダ?牛宏校 鄧晨興 單位：遼寧科技大學(xué)

力學(xué)性能論文:混凝土基本力學(xué)性能試驗(yàn)研究

摘要：本文針對(duì)混凝土在硫酸鹽與荷載耦合作用下，對(duì)相對(duì)動(dòng)彈性模量、抗壓強(qiáng)度與侵蝕齡期的關(guān)系進(jìn)行研究。分別測(cè)出侵蝕90天、180天、360天、540天，混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量、抗壓強(qiáng)度。在matlab中依據(jù)所得數(shù)據(jù)繪制圖像分析。結(jié)果表明，硫酸鹽腐蝕與荷載作用都會(huì)損傷混凝土的力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：混凝土；硫酸鹽腐蝕；長(zhǎng)期荷載作用；擬合

引言

硫酸根離子廣泛存在于各種環(huán)境，通過(guò)擴(kuò)散、滲透等作用侵入到混凝土內(nèi)部，并與混凝土中水泥水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成膨脹產(chǎn)物，使混凝土開裂，強(qiáng)度出現(xiàn)大幅度縮減。與此同時(shí)，考慮到混凝土自重較大，特別是道路、橋梁等結(jié)構(gòu)還要承受一定的交通荷載，所以混凝土在實(shí)際使用期間需要承受荷載和硫酸鹽腐蝕的雙重作用。以往的混凝土硫酸鹽侵蝕研究基本是集于在硫酸鹽單一因素環(huán)境下開展的，忽視了混凝土在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中需要承受荷載這一要素。最近幾年間，已有部分學(xué)者開始關(guān)注這個(gè)問(wèn)題，并通過(guò)大量試驗(yàn)來(lái)分析混凝土長(zhǎng)期承受荷載和硫酸鹽腐蝕的過(guò)程中性能的變化趨勢(shì)。本文主要研究荷載-硫酸鹽侵蝕雙因素耦合作用對(duì)混凝土材料力學(xué)性能的影響，以及混凝土的損傷演化規(guī)律。

1試驗(yàn)方法

本文的試驗(yàn)是將受軸向壓應(yīng)力的混凝土構(gòu)件放置于硫酸鹽溶液中。也就是在硫酸鹽溶液侵蝕混凝土的同時(shí)，加載軸向壓應(yīng)力。加載裝置利用預(yù)應(yīng)力后張法原理，通過(guò)擰緊螺母壓縮彈簧對(duì)混凝土施加荷載。測(cè)出90天、180天、360天、540天，混凝土的動(dòng)彈性相對(duì)模量、抗壓強(qiáng)度。

2硫酸鹽侵蝕與載荷作用后混凝土基本力學(xué)性能

2.1相對(duì)動(dòng)彈性模量

隨著侵蝕齡期的變化情況混凝土在1%濃度的硫酸鹽溶液，在0%與15%的應(yīng)力水平下相對(duì)動(dòng)彈性模量隨著侵蝕齡期的增加而增加，而在30%的應(yīng)力水平下，相對(duì)動(dòng)彈性模量隨著侵蝕齡期的增加先增加后減小?；炷猎?%和10%濃度的硫酸鹽溶液，在0%與15%的應(yīng)力水平下相對(duì)動(dòng)彈性模量隨著侵蝕齡期的增加先增加后減小，在30%的應(yīng)力水平下直接減小?；炷猎?%的應(yīng)力水平下侵蝕至540天時(shí)所有濃度下的混凝土的動(dòng)彈性模量都沒(méi)有小于初始值；在15%的應(yīng)力水平下，侵蝕至540天時(shí)只有10%濃度的硫酸鹽溶液中混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量小于初始值；在30%應(yīng)力水平下，侵蝕至540天時(shí)，所有濃度的硫酸鹽溶液中混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量都小于初始值。（圖1-3）

2.2不同硫酸鹽溶液濃度下，抗壓強(qiáng)度隨著侵蝕齡期的變化

混凝土在1%濃度的硫酸鹽溶液中，在0%和30%的應(yīng)力水平下抗壓強(qiáng)度隨著侵蝕齡期的增加，先增加后減小，而在15%應(yīng)力水平下抗壓強(qiáng)度隨著侵蝕齡期的增加而增加。混凝土在5%濃度的硫酸鹽溶液中，抗壓強(qiáng)度均隨著侵蝕齡期的增加先增加后減小?；炷猎?0%濃度的硫酸鹽溶液中，在0%和15%應(yīng)力水平下，抗壓強(qiáng)度隨著侵蝕齡期的增加先增加后減小，在30%的應(yīng)力水平下，抗壓強(qiáng)度隨著侵蝕齡期的增加不斷減小。

3結(jié)論

本文針對(duì)硫酸鹽侵蝕與荷載共同作用下，混凝土的基本力學(xué)性能進(jìn)行了研究，主要結(jié)論如下：①硫酸鹽侵蝕對(duì)混凝土的動(dòng)彈性模量與抗壓強(qiáng)度有削弱作用，并且硫酸鹽濃度越大削弱作用越明顯。②低荷載作用下，混凝土的動(dòng)彈性模量與抗壓強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)一段加強(qiáng)階段但是隨著荷載的逐步增加，加強(qiáng)階段逐漸變短當(dāng)荷載達(dá)到30%應(yīng)力水平加強(qiáng)階段開始消失。

作者：任逸飛 左志遠(yuǎn) 姜孟杰 王中原 單位：徐州工程學(xué)院

力學(xué)性能論文:高強(qiáng)混凝土短柱力學(xué)性能試驗(yàn)研究

【摘要】在隨著科技的不斷發(fā)展，混凝土的強(qiáng)度不斷提高，此外建筑方案的復(fù)雜化也使得在許多建筑當(dāng)中必須要設(shè)置短柱。而短柱的抗震性能相對(duì)較低，利用高強(qiáng)混凝土澆筑的短柱的力學(xué)性能一直以來(lái)都沒(méi)有引起學(xué)術(shù)界的關(guān)注，在本文當(dāng)中，筆者利用12根高強(qiáng)混凝土短柱進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，研究了高強(qiáng)混凝土短柱在反復(fù)荷載作用下的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，主要研究了高強(qiáng)混凝土的延性以及抗剪強(qiáng)度等力學(xué)能力。

【關(guān)鍵詞】高強(qiáng)混凝土短柱；力學(xué)能力；實(shí)驗(yàn)研究

1前言

自從改革開放之后，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，許多高層以及超高層建筑不斷出現(xiàn)，這部分建筑由于底層軸壓比的限制，必須要采用強(qiáng)度較高的混凝土，特別是在超高層建筑當(dāng)中，往往底層豎向構(gòu)建的混凝土強(qiáng)度等級(jí)都需要達(dá)到C60。同時(shí)由于建筑抗側(cè)移剛度的影響，許多底層的柱子都必須要加大截面才能保障建筑的整體穩(wěn)定，這就必然導(dǎo)致短柱的產(chǎn)生。我國(guó)現(xiàn)階段使用的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《高層建筑混凝土設(shè)計(jì)規(guī)程》以及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范與規(guī)程往往都是基于低等級(jí)的混凝土研究而得出的結(jié)果，因此，這些規(guī)范對(duì)于高強(qiáng)度的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在著一定的缺陷，采用高強(qiáng)混凝土建造的框架柱，其延性以及抗剪強(qiáng)度能否得到有效的保障對(duì)于建筑的抗震性能具有非常嚴(yán)重的影響。在本文當(dāng)中筆者對(duì)不同軸壓比以及配箍率的高強(qiáng)混凝土短柱的延性以及抗剪性能進(jìn)行了必要的研究。

2實(shí)驗(yàn)概況

2．1加載裝置及加載制度在本文的實(shí)驗(yàn)研究當(dāng)中，筆者采用的是一種搭接了混凝土簡(jiǎn)支梁的框架柱，荷載的加載模式如圖1中所示。首先用電液伺服作動(dòng)器施加軸向荷載并保持為定值，之后再反復(fù)施加橫向荷載，加載制度采用變幅變位移制度，每一控制位移下橫向荷載循環(huán)2次，加載制度如圖2所示。在屈服位移以前先在一個(gè)方向施加橫向荷載至試件產(chǎn)生橫向裂縫，爾后再向另一方向加載至開裂。2．2相關(guān)的試驗(yàn)參數(shù)在本文的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，柱截面尺寸為200mm×200mm，柱子的剪跨比分別為1．65、1．5與1．35，柱子的縱向配筋率為1．78%。柱子的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，軸壓比分別為0．8、0．7、0．6、0．5、0.4，柱子的箍筋采用直徑為6和8的一級(jí)鋼。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3．1破壞特征在實(shí)驗(yàn)開始的最初階段，短柱還是處于彈性變形階段，在卸載之后幾乎沒(méi)有殘余變形，隨著荷載的不斷增加，最初在柱子的底端出現(xiàn)了斜裂縫，斜裂縫不斷增加，最終形成較大的斜裂縫，大斜裂縫出現(xiàn)之后，與斜裂縫斜交的箍筋的應(yīng)力不斷增長(zhǎng)，與混凝土共同承擔(dān)剪力，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中箍筋逐漸屈服，發(fā)生突然性的剪切破壞。3．2影響高強(qiáng)混凝土短柱延性的因素在本次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，采用能量等效法求解屈服位移Δy，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)所觀察到的極限位移Δu，將延性比定義為:uΔ=Δu/Δy軸壓比對(duì)高強(qiáng)混凝土短柱延性的影響:如圖3中所示為不同試件在相同的體積配箍率下的位移延性比，從中我們可以看出，隨著軸壓比的增加，剛開始柱子的延性會(huì)不斷增加，但是在增加到一定程度之后，柱子的延性明顯降低，柱子出出現(xiàn)明顯的脆性破壞特征。3．3影響高強(qiáng)混凝土短柱抗剪性能的因素(1)混凝土的強(qiáng)度根據(jù)近期的研究表明，隨著混凝土強(qiáng)度的不斷提高，混凝土柱子的抗剪性能會(huì)不斷提高，但是二者之間并不是完成成正比提高。(2)剪跨比高強(qiáng)混凝土柱在軸壓比與混凝土強(qiáng)度相同的情況下，構(gòu)件的抗剪強(qiáng)度隨剪跨比增大而降低。

4結(jié)語(yǔ)

隨著高強(qiáng)混凝土在工程當(dāng)中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，對(duì)高強(qiáng)混凝土柱的力學(xué)性能進(jìn)行研究對(duì)于提高結(jié)構(gòu)的抗震性能具有非常重要的意義，在本文當(dāng)中，筆者設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)對(duì)高強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行了研究。

作者：馮兆奇 單位：成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院

力學(xué)性能論文:鋁鋰合金自沖鉚接頭靜力學(xué)性能研究

文摘以1420鋁鋰合金(AL1420)為載體制備其同質(zhì)及其與H62銅合金(H62)、Q215鍍鋅鋼(Q215)和TA1工業(yè)純鈦(TA1)異質(zhì)單搭自沖鉚接頭。通過(guò)靜力學(xué)試驗(yàn)分析各種接頭的靜失效載荷及能量吸收性能;就其失效模式分析推斷其宏觀失效機(jī)理。結(jié)果表明:TA1－AL1420接頭靜失效載荷較高，Q215－AL1420接頭能量吸收性能最強(qiáng);除TA1－AL1420接頭外，其余各組接頭失效位移呈現(xiàn)出的大小規(guī)律與能量吸收值的高低規(guī)律一致。當(dāng)上下板材屈服強(qiáng)度相差不大時(shí)，接頭的失效模式均為下板與鉚釘分離;相差較大時(shí)，主要以屈服強(qiáng)度較低板斷裂失效。

關(guān)鍵詞自沖鉚，鋁鋰合金，靜失效載荷，能量吸收

引言

近年來(lái)，對(duì)結(jié)構(gòu)輕量化的需求日益提高，鋁鋰合金等新輕型材料逐漸被應(yīng)用于汽車、船舶及航空等工業(yè)中。鋁鋰合金是高比強(qiáng)度及比模量的合金;采用鋁鋰合金替代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料，可使構(gòu)件結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕15%，剛度提高15%～20%［1］。且較先進(jìn)復(fù)合材料而言，鋁鋰合金有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。但是采用傳統(tǒng)電阻電焊等技術(shù)很難甚至不能對(duì)其實(shí)現(xiàn)連接;而攪拌摩擦焊、激光焊接、自沖鉚接、壓印連接及結(jié)構(gòu)粘接等薄板材料連接新技術(shù)可以對(duì)其實(shí)現(xiàn)有效連接［2－3］。作為其中之一的自沖鉚接是一種快速機(jī)械冷連接技術(shù)，其連接主要依靠鉚接過(guò)程中上下板材及鉚釘?shù)乃苄宰冃魏突貜椝纬傻臋C(jī)械內(nèi)鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)［4］。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)自沖鉚接技術(shù)進(jìn)行了一系列研究。FU等［5］研究了鉚接參數(shù)變化對(duì)鋁合金自沖鉚接頭機(jī)械性能的影響及其疲勞失效機(jī)理，發(fā)現(xiàn)疲勞循環(huán)至總數(shù)的75%時(shí)，接頭強(qiáng)度逐漸降低，而至90%時(shí)強(qiáng)度突然下降，此外還指出刺穿力在一定范圍內(nèi)變化會(huì)影響接頭靜失效載荷，而對(duì)疲勞性能幾乎沒(méi)有影響。ATZENI等［6］通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法分析了不同鉚接壓力對(duì)接頭成形性的影響。王醫(yī)峰等［7－8］利用自沖鉚連接系統(tǒng)、材料試驗(yàn)機(jī)和電子掃描顯微鏡等設(shè)備研究了TA1鈦合金、8090鋁鋰合金及5052鋁合金自沖鉚接接頭的力學(xué)性能和靜態(tài)失效機(jī)理。LI等［9－10］研究了鉚釘?shù)桨宀倪吘壘嚯x對(duì)鋁合金自沖鉚接頭機(jī)械性能的影響;發(fā)現(xiàn)在板寬一定的情況下，邊緣距離在一定范圍內(nèi)增加，接頭的剪切和剝離強(qiáng)度也隨之增加，且采用11．5mm的邊緣距離可獲得機(jī)械性能。然而自沖鉚領(lǐng)域?qū)︿X鋰合金自沖鉚接頭的研究還相對(duì)較少。本文以1420鋁鋰合金為載體制備其同質(zhì)及其與H62銅合金、Q215鍍鋅鋼和TA1工業(yè)純鈦異質(zhì)單搭自沖鉚接頭;以靜力學(xué)試驗(yàn)為基礎(chǔ)分析接頭靜失效載荷、能量吸收性能及宏觀失效機(jī)理。以期為后續(xù)對(duì)鋁鋰合金自沖鉚接頭的研究及鋁鋰合金應(yīng)用于工程實(shí)際提供相關(guān)數(shù)據(jù)支撐。

1實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1．1自沖鉚接試驗(yàn)

被鉚接板材為1420鋁鋰合金板(AL1420)、銅合金板(H62)、鍍鋅鋼板(Q215)和工業(yè)純鈦板(TA1)，尺寸均為110mm×20mm×1．5mm，其力學(xué)性能參數(shù)如表1所示。鉚接試驗(yàn)在德國(guó)Bllhoff公司生產(chǎn)的自沖鉚接設(shè)備［RIVSETVARIO－FC(MTF)］上進(jìn)行。本研究采用接頭剖面直觀檢測(cè)法［11］來(lái)評(píng)價(jià)鋁鋰合金自沖鉚接頭的成形質(zhì)量，接頭剖面示意圖及其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如圖1所示。通過(guò)多次對(duì)比試驗(yàn)獲得剖面鉚接參數(shù)，并以之制備AL1420－AL1420(AA)、H62－AL1420(HA)、AL1420－H62(AH)、Q215－AL1420(QA)、AL1420－Q215(AQ)、TA1－AL1420(TA)和AL1420－TA1(AT)單搭接頭各10個(gè)。

1．2靜力學(xué)試驗(yàn)

靜力學(xué)試驗(yàn)在美國(guó)MTS公司生產(chǎn)的Land-mark100電液伺服材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。具體方法如下:在試件兩端分別夾持尺寸為25mm×20mm×1．5mm的墊片，以減小試件受力不對(duì)中附加扭矩導(dǎo)致的影響;拉伸速率設(shè)定為5mm/min，失效判據(jù)為99%，對(duì)各組接頭分別進(jìn)行10次重復(fù)拉伸—剪切試驗(yàn)。

2結(jié)果及分析

2．1靜失效載荷及能量吸收

經(jīng)過(guò)靜力學(xué)試驗(yàn)，獲得各組接頭的載荷位移曲線，以便比較從中各選取一條典型載荷位移曲線繪制圖2。對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果，依據(jù)GB/T4883—2008選用格拉布斯(Grubbs)檢驗(yàn)法剔除離群值。經(jīng)檢驗(yàn)，所有靜失效載荷數(shù)據(jù)中無(wú)離群值，數(shù)據(jù)有效;而失效位移數(shù)據(jù)中，AQ接頭的第7個(gè)數(shù)據(jù)、TA接頭的第3和第4個(gè)數(shù)據(jù)以及AT接頭的第3個(gè)數(shù)據(jù)均為離群值，故將其剔除。以其余有效數(shù)據(jù)計(jì)算靜失效載荷均值和能量吸收均值并繪制圖3?？梢?，AA接頭的靜失效載荷為6．02kN，明顯低于TA接頭，但也明顯高于其余5組接頭;其能量吸收值為16．8J。TA接頭的靜失效載荷為6．434kN，是7組接頭中的較高值，其能量吸收值為17．5J，僅次于QA接頭;而AT接頭的靜失效載荷為4．818kN，明顯低于其余接頭，同時(shí)AT接頭的能量吸收值也低，僅有12．3J。對(duì)于HA、AH、QA及AQ接頭，其靜失效載荷相差不大，分別為5．304、5．229、5．386和5．448kN;但就能量吸收值而言，QA接頭(21．6J)較高，AH接頭(16．8J)次之，AQ接頭(15．3J)稍高于HA接頭(15．1J)，QA接頭明顯優(yōu)于其余接頭。圖3接頭靜失效載荷及能量吸收Fig．3Staticfailureloadsandenergyabsorptionsofdifferentjoints結(jié)合圖2可發(fā)現(xiàn)，除TA接頭外，其余各組接頭失效位移呈現(xiàn)出的大小規(guī)律與能量吸收值的高低規(guī)律一致;因?yàn)槟芰课罩低瑫r(shí)受載荷與失效位移的影響，TA接頭載荷上的優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)了其失效位移的劣勢(shì)。接頭能量吸收值的大小直接反映接頭緩沖吸震性能的優(yōu)劣，結(jié)合以上分析便可依據(jù)工程實(shí)際需求選取相應(yīng)接頭。綜上所述可知，就靜失效載荷與能量吸收而言，對(duì)于上下板屈服強(qiáng)度相差較大的接頭，以屈服強(qiáng)度較低板作為下板的接頭綜合性能明顯優(yōu)于以其作為上板的接頭;而對(duì)于上下板屈服強(qiáng)度差距相對(duì)較小的接頭(如HA、AH、QA及AQ接頭)，并未呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性;且由AA接頭可以推斷，板材的延展性對(duì)接頭性能存在一定的影響。

2．2失效模式

各組接頭的失效模式見圖4?？傮w來(lái)講，除TA和AT接頭外，其余5組接頭的失效模式均為下板與鉚釘分離;然而由于板材性能的差距以及搭接方式的不同，該5組接頭的失效模式也存在一定的差異。圖4中AA與AH接頭上板靠近鉚釘附近均出現(xiàn)撕裂;這是因?yàn)锳L1420延展性較差，在拉伸失效過(guò)程中，板材通過(guò)塑性變形無(wú)法承受持續(xù)增加的載荷，故出現(xiàn)板材撕裂。而對(duì)于同樣以AL1420作為上板的AQ接頭，由于下板Q215延展性較好且表面鍍鋅，降低了鉚釘與板間的摩擦力，拉伸失效過(guò)程中，下板內(nèi)鎖區(qū)域的損壞變形相對(duì)于AA和AH接頭更為嚴(yán)重。HA接頭由于上板延展性較好且材質(zhì)較硬，失效過(guò)程中并沒(méi)有出現(xiàn)嚴(yán)重的損傷;然而QA接頭因上板延展性較好且材質(zhì)偏軟，上板鉚釘孔區(qū)域出現(xiàn)了嚴(yán)重的變形。對(duì)于TA和AT接頭，多數(shù)試樣因AL1420斷裂而失效;僅有3個(gè)TA接頭試樣由于下板與鉚釘分離而失效，且該3個(gè)接頭下板內(nèi)鎖區(qū)域變形均非常嚴(yán)重(如圖4f左圖);這是由TA1強(qiáng)度遠(yuǎn)高于AL1420且其材質(zhì)硬度很高所致。結(jié)合表1可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)上下板材屈服強(qiáng)度相差不大時(shí)，接頭的失效模式均為下板與鉚釘分離;而相差較大時(shí)，接頭的失效模式主要為屈服強(qiáng)度較低的板斷裂失效。

3結(jié)論

(1)TA接頭的靜失效載荷較高，AA接頭次之，AT接頭低，其余4組試樣差距不大;對(duì)于能量吸收值，QA接頭較高，TA接頭次之，AA與AH接頭優(yōu)于AQ和HA接頭，AT接頭明顯低于其余6組接頭。(2)除TA接頭外，其余各組接頭失效位移呈現(xiàn)出的大小規(guī)律與能量吸收值的高低規(guī)律一致;對(duì)于上下板屈服強(qiáng)度相差較大的接頭，以屈服強(qiáng)度較低板作為下板的接頭綜合性能明顯優(yōu)于以其作為上板的接頭;由AA接頭可以推斷，板材的延展性對(duì)接頭性能存在一定的影響。(3)多數(shù)TA和AT接頭試樣因AL1420斷裂而失效，僅有3個(gè)TA接頭試樣由于下板與鉚釘分離而失效;其余5組接頭的失效模式均為下板與鉚釘分離。當(dāng)上下板材屈服強(qiáng)度相差不大時(shí)，接頭的失效模式均為下板與鉚釘分離;而相差較大時(shí)，接頭主要以屈服強(qiáng)度較低板斷裂失效。

作者：張先煉 何曉聰 程強(qiáng) 盧毅 單位：昆明理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院

力學(xué)性能論文:冷軋板力學(xué)性能研究

1實(shí)驗(yàn)材料與方法

以厚度為1mm的08Al冷軋薄板為實(shí)驗(yàn)材料，在實(shí)驗(yàn)室箱式電阻爐中進(jìn)行真空退火。具體的工藝制度為將實(shí)驗(yàn)樣品從室溫加熱到不同的退火溫度:600、640、680和720℃，保溫1h，然后隨爐冷卻到室溫。采用光學(xué)顯微鏡(ZeissAcovert40MAT，OM)和掃描電子顯微鏡(SHIMADZUSSX-550，SEM)進(jìn)行顯微組織觀察。采用維氏顯微硬度計(jì)對(duì)試樣進(jìn)行硬度測(cè)試，測(cè)定載荷為50g，加載時(shí)間為10s，每個(gè)試樣測(cè)試5個(gè)硬度值，然后求取平均值。冷軋板切割成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣(L0=25mm)，在每個(gè)測(cè)試溫度下進(jìn)行3組拉伸實(shí)驗(yàn)。拉伸速率為6mm/min。常溫單向拉伸試驗(yàn)在微型控制電子實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。

2結(jié)果與討論

2.1退火溫度對(duì)顯微組織的影響

圖1為不同退火溫度下的顯微組織照片。由圖1可知，退火溫度為600℃時(shí)，晶粒較細(xì)(圖1a)。隨退火溫度升高，晶粒尺寸逐漸增大(圖1b～1d)。當(dāng)退火溫度達(dá)到720℃時(shí)，出現(xiàn)了比較明顯的大晶粒(圖1d)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是退火溫度過(guò)高導(dǎo)致了部分晶粒的異常長(zhǎng)大。對(duì)不同退火溫度下對(duì)08Al冷軋板的晶粒面積進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，隨退火溫度升高，晶粒逐漸長(zhǎng)大，在680℃以下時(shí)，增大速率較小，當(dāng)退火溫度超過(guò)680℃時(shí)，晶粒急劇長(zhǎng)大。通過(guò)各退火溫度下晶粒面積的誤差棒長(zhǎng)短可以知道，晶粒均勻度先降低在升高，在680℃時(shí)，晶粒更加均勻，而在720℃時(shí)晶粒尺寸分布變得非常不均勻。潘欣等［10］發(fā)現(xiàn)08Al鋼板的再結(jié)晶溫度范圍在520～580℃，因此在本實(shí)驗(yàn)的退火溫度下，08Al冷軋板需要經(jīng)歷再結(jié)晶形核以及長(zhǎng)大過(guò)程。在退火溫度為600～680℃時(shí)，退火溫度越高，再結(jié)晶越充分，小晶粒有條件長(zhǎng)大，組織也越均勻。而在720℃時(shí)，局部超過(guò)共析相變點(diǎn)，再結(jié)晶長(zhǎng)大速率變大，導(dǎo)致部分晶粒急劇長(zhǎng)大。圖3為不同退火溫度下08Al冷軋板的掃描電鏡照片。由圖3可知，退火組織均由鐵素體和滲碳體組成。在600、640和680℃等退火溫度下的滲碳體為游離滲碳體(圖3a～3c)。在720℃的退火組織中出現(xiàn)了明顯的半網(wǎng)狀和網(wǎng)狀的滲碳體(圖3d中箭頭位置)。在退火溫度為720℃的樣品中，由于退火溫度的不均勻，導(dǎo)致樣品局部溫度過(guò)高，超過(guò)共析相變點(diǎn)，析出少量奧氏體，緩慢冷卻時(shí)導(dǎo)致網(wǎng)狀滲碳體離異析出。

2.2退火溫度對(duì)力學(xué)性能的影響

2.2.1退火溫度對(duì)硬度的影響

圖4為08Al冷軋板在不同退火溫度下的維氏硬度。由圖4可知，隨退火溫度升高，08Al冷軋板維氏硬度逐漸降低。當(dāng)退火溫度從600℃升高到640℃時(shí)，硬度值下降幅度不大;當(dāng)退火溫度從640℃升高到720℃時(shí)，硬度值下降的幅度明顯增大。其原因可能為:(1)隨退火溫度升高，滲碳體析出增多，而在晶粒內(nèi)部的滲碳體逐漸減少。滲碳體的硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鐵素體，因此硬度逐漸降低［11］。(2)隨退火溫度升高，晶粒逐漸長(zhǎng)大，晶界密度降低，晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起到阻礙作用，所以晶粒越大，位錯(cuò)被阻滯的部位越少，因而硬度下降［12］。

2.2.2退火溫度對(duì)拉伸性能的影響

為不同退火溫度下08Al冷軋板力學(xué)性能的變化關(guān)系。由圖5可知，隨退火溫度升高，08Al冷軋板的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均有不同程度降低。當(dāng)退火溫度從600℃升高到640℃時(shí)，08Al冷軋板的斷裂伸長(zhǎng)率升高;當(dāng)退火溫度從640℃升高到680℃時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率出現(xiàn)降低趨勢(shì)，但640℃和680℃的數(shù)據(jù)相差不大。屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨溫度升高而降低的原因主要是退火消除了冷軋后的加工硬化現(xiàn)象，冷軋鋼的性能得到明顯改善。從晶粒尺寸方面分析屈服強(qiáng)度隨退火溫度的變化情況，當(dāng)退火溫度上升時(shí)，試樣的晶粒尺寸逐漸變大。斷裂伸長(zhǎng)率變化的原因可能為隨退火溫度的升高晶粒逐漸均勻化，出現(xiàn)升高的現(xiàn)象，但隨溫度的升高晶粒也逐漸變大，伸長(zhǎng)率出現(xiàn)短暫下降，在720℃退火溫度時(shí)，組織中出現(xiàn)網(wǎng)狀和半網(wǎng)狀滲碳體，使試驗(yàn)樣品的力學(xué)性能降低。圖5(b)為08Al冷軋板的屈強(qiáng)比與退火溫度的關(guān)系曲線。由圖5(b)可知，屈強(qiáng)比隨退火溫度升高表現(xiàn)出先降低后升高的變化趨勢(shì)，在680℃時(shí)達(dá)到低值。屈強(qiáng)比是表征材料由塑性變形到斷裂過(guò)程的形變?nèi)萘浚饬坷滠埌宓闹匾笜?biāo)［5］。為保障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性，要求鋼材在斷裂之前具有足夠的塑性變形，所以要求鋼材具有低的屈強(qiáng)比。

3結(jié)論

1)08Al冷軋板在退火溫度為680℃時(shí)獲得較為均勻的組織結(jié)構(gòu)，當(dāng)退火溫度超過(guò)720℃時(shí)會(huì)出現(xiàn)晶粒異常長(zhǎng)大和半網(wǎng)狀、網(wǎng)狀滲碳體;2)隨退火溫度升高，08Al冷軋板的硬度逐漸下降。08Al冷軋板的屈強(qiáng)比呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢(shì)，在680℃時(shí)相對(duì)較低。

作者：王鳴 單位：遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

力學(xué)性能論文:點(diǎn)焊焊接力學(xué)性能探析

1實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)材料為Si-Mn系超高強(qiáng)度淬火鋼和DC04低碳鋼板，鋼板厚度均為1.5mm。Si-Mn淬火鋼的化學(xué)成分w(%)為：0.28C、1.71Si、1.02Mn、0.012P、0.006S、1.01Cr、0.02Al，余量為Fe。DC04鋼的化學(xué)成分w(%)為：0.09C、0.36Mn、0.020P、0.003S、0.020Al，余量為Fe。采用線切割將Si-Mn淬火鋼加工為200mm×300mm的試樣，并在熱成形模具(U型)上進(jìn)行淬火試驗(yàn)，沿長(zhǎng)度方向?qū)⒋慊鸷蟮脑嚇蛹庸こ牲c(diǎn)焊樣品，且要求點(diǎn)焊接頭適合進(jìn)行拉伸疲勞試驗(yàn)。拉伸試樣如圖1所示，其中，L=160mm，B=H=40mm，δ1=δ2=1.5mm。表1為不同點(diǎn)焊試驗(yàn)工藝參數(shù)。球面平頭電極直徑為16.0mm，電極頭平面直徑為5.0mm。兩異種鋼板進(jìn)行雙面單點(diǎn)焊，在拉伸試驗(yàn)機(jī)上對(duì)焊接后樣品進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)，獲得焊接接頭的抗剪強(qiáng)度。采用線沿焊接厚度方向切割對(duì)點(diǎn)焊壓痕中心處刨切，經(jīng)過(guò)研磨和拋光后進(jìn)行腐蝕處理，對(duì)腐蝕后試件的宏觀和微觀組織進(jìn)行觀察。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1焊接接頭力學(xué)性能

抗剪強(qiáng)度是衡量焊接接頭力學(xué)性能的重要指標(biāo)，而影響焊接接頭抗剪強(qiáng)度的重要因素為焊點(diǎn)處的熔核直徑[4]。圖2為熔核直徑和抗剪強(qiáng)度與焊接電流、焊接時(shí)間的關(guān)系。表2為熔核直徑與抗剪強(qiáng)度的RWMA標(biāo)準(zhǔn)(美國(guó))?？梢钥闯觯酆酥睆诫S著焊接電流的增大逐漸增大，同時(shí)焊接接頭處抗剪強(qiáng)度也逐漸增大，且抗剪強(qiáng)度與熔核直徑呈線性關(guān)系。焊接電流過(guò)大，會(huì)引起飛濺使得抗剪強(qiáng)度減小。依據(jù)RWMA標(biāo)準(zhǔn)可以計(jì)算厚度為1.5mm時(shí)的熔核直徑和焊接接頭抗剪強(qiáng)度?？梢?，焊接電流超過(guò)12kA時(shí)，熔核直徑達(dá)到C類標(biāo)準(zhǔn)，若繼續(xù)增加焊接電流至13.5kA，達(dá)到B類標(biāo)準(zhǔn)，但是未能達(dá)到A類標(biāo)準(zhǔn)。這是因?yàn)榇慊鸷蟪邚?qiáng)度鋼組織中存在馬氏體，屈服強(qiáng)度較高，進(jìn)行點(diǎn)焊時(shí)塑性變形較為困難，容易出現(xiàn)飛濺，使熔核直徑變小。此外，焊接時(shí)間對(duì)焊接接頭的熔核直徑和抗剪強(qiáng)度也有一定的影響。熔核直徑與抗剪強(qiáng)度隨著焊接時(shí)間的增大而逐漸增大。但是焊接時(shí)間過(guò)久，焊接接頭的抗剪強(qiáng)度反而下降，這是因?yàn)檠娱L(zhǎng)焊接時(shí)間，熱輸入量增大，會(huì)使鋼板熱影響區(qū)的組織變粗大，降低焊接接頭的力學(xué)性能。

2.2焊接接頭微觀組織

可以看出，焊接接頭中無(wú)裂紋、縮孔等缺陷，內(nèi)部質(zhì)量較好，且熔核區(qū)域內(nèi)金屬和超高強(qiáng)度淬火鋼板相近。此外，熔核和熱影響區(qū)域存在明顯界限。超強(qiáng)度淬火鋼與普通低碳鋼板進(jìn)行焊接時(shí)，低碳鋼板減薄明顯，且隨焊接電流增大而愈發(fā)明顯。由于超強(qiáng)度淬火鋼的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于DC04鋼，故拉伸試驗(yàn)時(shí)點(diǎn)焊接頭從DC04側(cè)破裂。圖4為焊接接頭不同部位的金相組織。Si-Mn系鋼板冷軋并經(jīng)球化退火后，主要為球化滲碳體和鐵素體，經(jīng)淬火處理后的組織主要為馬氏體，還存在少量貝氏體和鐵素體。DC04低碳鋼板含碳量較低，冷軋組織主要為鐵素體。熔核部分組織主要為馬氏體，呈柱狀枝晶[5]。這主要是由于點(diǎn)焊過(guò)程中，熔核中心的加熱溫度過(guò)高，超過(guò)熔化溫度，冷卻時(shí)形成粗大馬氏體。超高強(qiáng)度淬火鋼板熱影響區(qū)HAZ-1靠近母材一側(cè)為回火馬氏體，而靠近熔核部分為細(xì)化馬氏體。熱影響區(qū)HAZ-2處為粗大的鐵素體，且沿熔核方向逐漸伸長(zhǎng)。

2.3焊接接頭硬度分布

可以看出，焊接接頭熔核處硬度明顯低于母材-超高強(qiáng)度淬火鋼板硬度，高于母材-DC04低碳鋼板硬度。同時(shí)，熔核區(qū)域硬度隨著焊接時(shí)間、焊接電流的增加而逐漸降低，且焊接電流影響較為明顯。在超高強(qiáng)度淬火鋼板的熱影響區(qū)域HAZ-1具有明顯的硬度波峰和硬度波谷，在靠近母材區(qū)域軟化現(xiàn)象明顯，硬度約為360HV，靠近熔核部位硬化明顯，硬度為530~570HV。進(jìn)行淬火處理時(shí)，受到模具的冷卻速率影響，除獲得淬火馬氏體之外，還獲得少許的鐵素體和貝氏體，使得母材-超高強(qiáng)度淬火鋼板硬度較低；因?yàn)槿酆诉吘壧幍臒嵊绊憛^(qū)進(jìn)行點(diǎn)焊時(shí)處于高溫環(huán)境，同時(shí)冷卻速率較快易獲得細(xì)小的馬氏體，故而提高了材料硬度，而高于母材。

3結(jié)論

（1）焊接接頭處抗剪強(qiáng)度隨焊接電流和焊接時(shí)間的增大而逐漸增大，且焊接電流的影響較為明顯。但是，焊接電流過(guò)大或焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)引起飛濺，從而導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度降低。（2）超高強(qiáng)度淬火鋼板處的熱影響區(qū)存在硬度波峰和波谷，波峰處為細(xì)小馬氏體組織，波谷處為回火馬氏體。在普通低碳鋼板處熱影響區(qū)存在粗大的鐵素體組織。焊接接頭熔核處為粗大的馬氏體。

作者：劉鷹 單位：廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系

力學(xué)性能論文:監(jiān)測(cè)設(shè)備穩(wěn)定性力學(xué)性能研究

1標(biāo)樣應(yīng)用情況和效果

1.1硬度標(biāo)樣的應(yīng)用情況和效果

冷軋板硬度標(biāo)樣自2003年8月投入使用，有這些測(cè)量項(xiàng)目的各子試驗(yàn)室每月測(cè)量比對(duì)1次。連續(xù)10多年多個(gè)試驗(yàn)室每月測(cè)量的洛氏硬度平均值趨勢(shì)如圖1所示：這種標(biāo)樣經(jīng)過(guò)一段時(shí)間自然時(shí)效后，硬度指標(biāo)不會(huì)隨著年份發(fā)生規(guī)律性的上升或下降，呈現(xiàn)沒(méi)有時(shí)效性的特征。冷軋薄板硬度標(biāo)樣的一個(gè)特殊作用：能夠反映出硬度計(jì)砧座的狀況。普通硬度標(biāo)樣因?yàn)楹穸却笥?mm，通常不能有效反映硬度計(jì)砧座的狀況，而硬度計(jì)砧座可能是影響薄板試樣測(cè)量結(jié)果的一個(gè)重要因素。根據(jù)這個(gè)發(fā)現(xiàn)可以推論：要想保障測(cè)量薄板試樣硬度的性，試驗(yàn)室必須用厚度接近或小于待測(cè)試樣厚度的硬度標(biāo)樣監(jiān)測(cè)硬度計(jì)，而常規(guī)的硬度標(biāo)樣不能滿足監(jiān)測(cè)用于測(cè)量薄板的硬度計(jì)砧座的需要。統(tǒng)計(jì)多個(gè)子試驗(yàn)室多年的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)這種標(biāo)樣經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的時(shí)效后，不同標(biāo)準(zhǔn)塊之間的硬度值相差很小，可以采用相同的標(biāo)稱值，用來(lái)比較分析不同硬度計(jì)及不同年月測(cè)量值之間的系統(tǒng)偏差和變化趨勢(shì)。采用這種有相同標(biāo)稱值的硬度標(biāo)樣，可以很方便地進(jìn)行不同子試驗(yàn)室不同硬度計(jì)的日常數(shù)據(jù)分析和質(zhì)量控制。借鑒冷軋硬度標(biāo)樣的經(jīng)驗(yàn)，寶鋼檢化驗(yàn)中心采用與無(wú)時(shí)效冷軋硬度標(biāo)樣相同的材料制作了無(wú)時(shí)效的熱軋硬度標(biāo)樣，用這種標(biāo)樣可以測(cè)量HRB、HV10、HV1、HBW2.5/187.5、HBW10/1000等不同的硬度指標(biāo)，不同的子試驗(yàn)室根據(jù)實(shí)際需要測(cè)量的項(xiàng)目，在測(cè)量試樣前先用這種標(biāo)樣確認(rèn)硬度計(jì)測(cè)量結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)沒(méi)有發(fā)生異常變化。多個(gè)子試驗(yàn)室采用這種標(biāo)樣監(jiān)測(cè)硬度計(jì)后，反映出不同硬度計(jì)存在的系統(tǒng)偏差，而在采用這種標(biāo)樣之前各個(gè)子試驗(yàn)室采用不同標(biāo)稱值的標(biāo)樣，難以利用日常的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析評(píng)估系統(tǒng)偏差。

1.2拉伸標(biāo)樣的應(yīng)用情況和效果

冷軋板無(wú)時(shí)效拉伸標(biāo)樣自2004年1月投入使用，2009年獲得了國(guó)家標(biāo)樣證書（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)樣品編號(hào)和批號(hào)：GSB03―2526―2009），寶鋼廠內(nèi)5個(gè)做拉伸項(xiàng)目的子試驗(yàn)室每月測(cè)量比對(duì)1次。連續(xù)10多年多個(gè)試驗(yàn)室每月測(cè)量屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和均勻延伸率趨勢(shì)如圖2所示：這種拉伸標(biāo)樣沒(méi)有時(shí)效性，屈服強(qiáng)度Rp0.2、抗拉強(qiáng)度Rm、均勻延伸率Agt、斷后伸長(zhǎng)率A、r值（塑性應(yīng)變比）、n值（應(yīng)變硬化指數(shù)）等指標(biāo)不會(huì)隨著年份發(fā)生規(guī)律性的上升或下降。拉伸試驗(yàn)是最常用也是最重要的力學(xué)試驗(yàn)方法。雖然對(duì)于拉伸機(jī)測(cè)力系統(tǒng)、引伸儀和測(cè)量試樣橫截面積的量具有直接校驗(yàn)方法，由于拉伸試驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果受拉伸試驗(yàn)的控制方式、速率、試樣對(duì)中精度、試驗(yàn)機(jī)軟件等多種因素影響，直接計(jì)量都合格的拉伸機(jī)測(cè)量屈服強(qiáng)度、r值的結(jié)果常會(huì)存在顯著差異。這種現(xiàn)象顯示在出現(xiàn)這種矛盾的結(jié)果時(shí)，需要借助拉伸標(biāo)樣驗(yàn)證相應(yīng)的拉伸機(jī)整機(jī)系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果的性。自從寶鋼檢化驗(yàn)中心多個(gè)子試驗(yàn)室每月進(jìn)行拉伸比對(duì)工作并結(jié)合各子試驗(yàn)室每天采用控樣進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量后，有效提高了拉伸試驗(yàn)結(jié)果的性。也多次發(fā)現(xiàn)了參加比對(duì)子試驗(yàn)室測(cè)量出現(xiàn)的異常偏差并查明了原因。另一方面，拉伸標(biāo)樣也是查明拉伸試驗(yàn)質(zhì)量異議中哪個(gè)試驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果偏差大的有效工具。近幾年為了驗(yàn)證GB/T228.1―2010中存在的問(wèn)題，采用無(wú)時(shí)效拉伸標(biāo)樣和有上下屈服點(diǎn)的拉伸標(biāo)樣進(jìn)行各種驗(yàn)證試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了歐盟資助的TEN-STAND研究報(bào)告和GB/T228.1―2010標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)施該標(biāo)準(zhǔn)的指南、對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解讀的文章等材料中存在諸多錯(cuò)誤[9-11]。為了監(jiān)測(cè)大噸位的拉伸機(jī)，借鑒冷軋無(wú)時(shí)效拉伸標(biāo)樣的方法，寶鋼檢化驗(yàn)中心采用與無(wú)時(shí)效冷軋拉伸標(biāo)樣相同的材料制作了無(wú)時(shí)效的熱軋拉伸標(biāo)樣。這種標(biāo)樣除了不測(cè)量r值外，可以提供屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、均勻延伸率、斷后伸長(zhǎng)率、n值（應(yīng)變硬化指數(shù)）等指標(biāo)。用這種標(biāo)樣可以監(jiān)測(cè)大噸位拉伸機(jī)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，也可在發(fā)生質(zhì)量異議時(shí)用來(lái)驗(yàn)證相關(guān)拉伸機(jī)測(cè)量結(jié)果的偏差程度。

1.3V形缺口沖擊標(biāo)樣的應(yīng)用情況

寶鋼檢化驗(yàn)中心自20世紀(jì)90年代開始研制V形缺口沖擊標(biāo)樣用于監(jiān)測(cè)不同沖擊機(jī)測(cè)量結(jié)果系統(tǒng)偏差。2000年中國(guó)試驗(yàn)室國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)金屬專業(yè)能力驗(yàn)證工作組籌劃開展中國(guó)首次沖擊試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證工作，調(diào)查了解到中國(guó)批量制作V形缺口沖擊標(biāo)樣的只有寶鋼檢化驗(yàn)中心，故決定采用寶鋼檢化驗(yàn)中心提供的兩種能量等級(jí)的V形缺口沖擊標(biāo)樣開展第1次沖擊試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證。根據(jù)能力驗(yàn)證的數(shù)據(jù)[12]分析發(fā)現(xiàn)，按照ISO148―2（等同GB/T3808）中規(guī)定的與標(biāo)稱值偏差超出10%判斷為不合格，無(wú)論以中位數(shù)還是平均值作為標(biāo)稱值（相對(duì)真值），都有將近1/3的校驗(yàn)結(jié)果不合格，以中位值為標(biāo)稱值，90組數(shù)據(jù)中27組不合格；以平均值為標(biāo)稱值，90組數(shù)據(jù)中有29組不合格。對(duì)比第2次沖擊試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證的數(shù)據(jù)（216組校驗(yàn)數(shù)據(jù)只有1組不合格）[13]，第1次中國(guó)沖擊試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證的不合格率比第2次中國(guó)沖擊試驗(yàn)?zāi)芰︱?yàn)證不合格率高出幾十倍。對(duì)比結(jié)果顯示出V形缺口沖擊標(biāo)樣與“弧形缺口”沖擊標(biāo)樣校驗(yàn)沖擊機(jī)的有效性存在顯著性差異，文獻(xiàn)[14]也表明了“弧形缺口”沖擊標(biāo)樣不能反映沖擊機(jī)剛度和對(duì)中性等方面存在的問(wèn)題，同一臺(tái)沖擊機(jī)用NIST標(biāo)樣校驗(yàn)嚴(yán)重不合格而用“弧形缺口”沖擊標(biāo)樣校驗(yàn)卻得出“很好”（偏差小于2%）的錯(cuò)誤結(jié)論。2000年中國(guó)第1次夏比沖擊能力驗(yàn)證所用的V形缺口沖擊標(biāo)樣雖然可以有效反映沖擊機(jī)的測(cè)量偏差，但是存在輕微時(shí)效的缺陷。為了解決沖擊標(biāo)樣輕微時(shí)效的缺陷，寶鋼檢化驗(yàn)中心2006年用與熱軋無(wú)時(shí)效拉伸標(biāo)樣相同的材料制作無(wú)時(shí)效V形缺口沖擊標(biāo)樣，分析2007至2014年的測(cè)量數(shù)據(jù)，證明用這種材料制作的V形缺口沖擊標(biāo)樣確實(shí)沒(méi)有時(shí)效的傾向。

2分析與討論

力學(xué)試驗(yàn)是破壞性試驗(yàn)，如何監(jiān)測(cè)力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備整機(jī)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性是困擾力學(xué)試驗(yàn)室的一個(gè)難題。研制系列無(wú)時(shí)效力學(xué)標(biāo)樣，尤其是制作出大批量有相同標(biāo)稱值的無(wú)時(shí)效力學(xué)標(biāo)樣，為破解此難題提供了一個(gè)有效工具。校驗(yàn)1臺(tái)設(shè)備采用1種標(biāo)樣是否能反映設(shè)備的狀況也是長(zhǎng)期存在爭(zhēng)論的問(wèn)題。如果按照與實(shí)測(cè)試樣相似性的角度去看，因?yàn)閷?shí)際測(cè)量的試樣千差萬(wàn)別，1種標(biāo)樣似乎不夠。但是需要多少種標(biāo)樣，依據(jù)什么理論或數(shù)據(jù)來(lái)判斷等問(wèn)題都難以給出有說(shuō)服力的回答。如果不是按照與實(shí)測(cè)試樣相似性的角度去看，而從監(jiān)測(cè)力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備整機(jī)測(cè)量系統(tǒng)影響測(cè)量結(jié)果的相關(guān)因素思考，可以得出合理的結(jié)論。以校驗(yàn)硬度計(jì)為例，影響硬度計(jì)測(cè)量結(jié)果的有硬度計(jì)砧座、載荷、壓頭、壓痕尺寸測(cè)量系統(tǒng)、保荷時(shí)間及加載與卸載速率、計(jì)算和顯示軟件諸因素，用一種合適的標(biāo)準(zhǔn)硬度塊能夠反映測(cè)量過(guò)程中涉及到的各種因素。過(guò)去拉伸機(jī)測(cè)量不同載荷范圍不是用同一個(gè)傳感器而是用不同的砝碼，如果說(shuō)這種拉伸機(jī)需要采用不同的標(biāo)樣校驗(yàn)似乎有道理；現(xiàn)在拉伸機(jī)不同載荷采用同一個(gè)傳感器，這種設(shè)備在一種設(shè)定載荷下能正確測(cè)控載荷而在另一種設(shè)定載荷下不能正確測(cè)控載荷的可能性很小，從工業(yè)試驗(yàn)室實(shí)際應(yīng)用的角度看采用一種標(biāo)樣監(jiān)測(cè)設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定性基本能滿足實(shí)際需要。按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求，沖擊機(jī)應(yīng)該采用2個(gè)能量等級(jí)或3個(gè)能量等級(jí)的V形缺口沖擊標(biāo)樣校驗(yàn)，但是從文獻(xiàn)[14]報(bào)道的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)看，高能量和超高能量V形缺口沖擊標(biāo)樣校驗(yàn)嚴(yán)重不合格的沖擊機(jī)，測(cè)低能量V形缺口沖擊標(biāo)樣卻沒(méi)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，由此看來(lái)似乎沒(méi)必要采用低能量V形缺口沖擊標(biāo)樣校驗(yàn)（過(guò)去沖擊機(jī)采用指針顯示結(jié)果，測(cè)量分辨力低，可能需要校驗(yàn)低能量以驗(yàn)證分辨力；現(xiàn)在沖擊機(jī)采用角度傳感器分辨力大幅度提高，能夠保障沖擊機(jī)的分辨力）；從文獻(xiàn)[6]報(bào)道的兩種能量等級(jí)V形缺口沖擊標(biāo)樣測(cè)量結(jié)果的相關(guān)性看，高能量和超高能量?jī)煞NV形缺口沖擊標(biāo)樣校驗(yàn)結(jié)果基本一致，采用一種高能量或超高能量等級(jí)的V形缺口沖擊標(biāo)樣校驗(yàn)，應(yīng)該能夠基本反映沖擊機(jī)的問(wèn)題，也就是說(shuō)采用一種高能量或超高能量的V形缺口沖擊標(biāo)樣校驗(yàn)沖擊機(jī)是經(jīng)濟(jì)有效的方法。目前涉及力學(xué)標(biāo)樣的標(biāo)準(zhǔn)，如洛氏硬度標(biāo)樣、維氏硬度標(biāo)樣、布氏硬度標(biāo)樣和V形缺口沖擊標(biāo)樣的標(biāo)準(zhǔn)都強(qiáng)調(diào)標(biāo)樣定值的溯源性。專業(yè)校驗(yàn)機(jī)構(gòu)用來(lái)對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行間接校驗(yàn)的標(biāo)樣，溯源性確實(shí)是至關(guān)重要的；而一般工業(yè)試驗(yàn)室每年都會(huì)請(qǐng)專業(yè)計(jì)量機(jī)構(gòu)對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行一次校驗(yàn)保障溯源性，除此之外，試驗(yàn)室如果能夠用有相同標(biāo)稱值無(wú)時(shí)效的力學(xué)標(biāo)樣監(jiān)測(cè)設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，即使這種無(wú)時(shí)效標(biāo)樣定值過(guò)程沒(méi)有嚴(yán)格符合有證標(biāo)樣定值溯源性的要求，實(shí)際上只要監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)包含了至少1次專業(yè)計(jì)量機(jī)構(gòu)的保障溯源性的校驗(yàn)，設(shè)備狀態(tài)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性也就間接地保障了設(shè)備的溯源性。采用大批量制作的并有相同標(biāo)稱值的無(wú)時(shí)效力學(xué)標(biāo)樣，不僅便于監(jiān)測(cè)設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定性，還便于測(cè)算不同設(shè)備的系統(tǒng)偏差，尤其有利于測(cè)算大量設(shè)備的系統(tǒng)偏差并監(jiān)測(cè)它們的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

3結(jié)語(yǔ)

大批量有相同標(biāo)稱值的無(wú)時(shí)效力學(xué)標(biāo)樣的研制成功，不僅可用于測(cè)算力學(xué)測(cè)量設(shè)備的系統(tǒng)偏差，監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)的穩(wěn)定性，而且為力學(xué)檢測(cè)試驗(yàn)室的質(zhì)量控制提供了一個(gè)有效工具。已制作出大批量有相同標(biāo)稱值的無(wú)時(shí)效力學(xué)標(biāo)樣，可用于測(cè)算大量力學(xué)測(cè)量設(shè)備的系統(tǒng)偏差，監(jiān)測(cè)設(shè)備的穩(wěn)定性，可用于解決有效進(jìn)行質(zhì)量控制的難題，彌補(bǔ)了直接校驗(yàn)方法的不足。

作者：李和平 單位：上海寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司檢化驗(yàn)中心技術(shù)室

力學(xué)性能論文:負(fù)壓泵工作下泵膜片力學(xué)性能綜述

1負(fù)壓泵工作時(shí)相應(yīng)數(shù)學(xué)模型

1.1泵容器壓強(qiáng)計(jì)算數(shù)學(xué)模型

假定初始狀態(tài)時(shí)進(jìn)出氣口和泵膜片空腔處于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓P0下，且連桿上軸承的軸線與電機(jī)回轉(zhuǎn)線重合。設(shè)泵膜片與底板所圍成的空間為V1，進(jìn)氣口相連的容器容積為V2，假定泵膜片的等效橫截面為s，偏心軸的小端圓柱的偏心量為h。根據(jù)氣體的特性，壓強(qiáng)與密度成正比關(guān)系，質(zhì)量一定時(shí)，壓強(qiáng)與體積的乘積恒定。在從進(jìn)氣口抽氣開始到結(jié)束的過(guò)程中，泵膜片所在空腔內(nèi)與抽氣口空腔內(nèi)氣體的總質(zhì)量恒定，按照質(zhì)量守恒定律，計(jì)算出及時(shí)次抽氣后的容器V2、壓強(qiáng)P1如下式：（V1＋V2＋hs）×P1=（V1+V2）×P0。

1.2泵真空度數(shù)學(xué)模型

真空度的計(jì)算可以通過(guò)兩種方式進(jìn)行，一種是按照進(jìn)氣口兩端壓強(qiáng)差；另一種是按照給泵膜片提供的驅(qū)動(dòng)來(lái)計(jì)算真空度。（1）抽氣口的真空度取決于泵膜片體積空間的壓強(qiáng)，在泵膜片空間抽氣過(guò)程中，若該空間體積較大時(shí)的壓強(qiáng)等于V2內(nèi)壓強(qiáng)時(shí)，停止抽氣，該狀態(tài)下即達(dá)到真空值。（V1-hs）×P0+V2Pn-1≤（V1+V2+hs）×Pm。（2）根據(jù)給泵膜片提供動(dòng)力的電機(jī)來(lái)計(jì)算，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，泵膜片的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)膜片擋板來(lái)傳遞的，而膜片擋板的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)連桿繞心軸回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，所以泵膜片運(yùn)動(dòng)由膜片擋板驅(qū)動(dòng)。整個(gè)膜片擋板和連桿的運(yùn)動(dòng)則由電機(jī)提供，很顯然，根據(jù)力學(xué)原理有：Pm×S*×h×K＝M×η。式中，S*為泵膜片當(dāng)量橫截面面積，Pm為達(dá)到真空度時(shí)變動(dòng)空間的壓強(qiáng)，h為偏心量，M為電機(jī)輸出軸承受的負(fù)載，K為與摩擦、密封性阻尼等相關(guān)的系數(shù)，η為傳遞效率?？紤]到在V2內(nèi)達(dá)到真空值時(shí)，V2+hs空間內(nèi)的壓強(qiáng)和V2內(nèi)一致，否則V2還沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定的真空度值。因此上式Pm就是真空度值，體現(xiàn)了電機(jī)承載能力與真空度之間的關(guān)系。從上兩種分析真空度值來(lái)看，及時(shí)種分析方式計(jì)算麻煩。即必須要把每一次V2內(nèi)壓強(qiáng)計(jì)算出來(lái)與V1+hs內(nèi)的壓強(qiáng)做一個(gè)比較。這不僅會(huì)增加很多的工作量，而且還存在計(jì)算誤差問(wèn)題，通過(guò)多級(jí)迭代后誤差會(huì)被放大，很可能嚴(yán)重影響到結(jié)果的性。采用第二種方式計(jì)算比較，只需要計(jì)量膜片擋板的面積與芯軸的偏心量。本產(chǎn)品的泵膜片在實(shí)際工作過(guò)程中由于存在彈性和塑性的變形，以至于其當(dāng)量橫截面面積無(wú)法計(jì)算，因此只能通過(guò)試驗(yàn)得到其真空度的值。通過(guò)對(duì)該產(chǎn)品試驗(yàn)考核，得到本批次產(chǎn)品在當(dāng)前工況下的真空度滿足用戶指定的指標(biāo)30kPa。后續(xù)仿真計(jì)算所使用的真空度都是用該試驗(yàn)值進(jìn)行。

1.3泵力學(xué)本構(gòu)方程模型

由于泵體除閥膜片和泵膜片外都是各向同性材料，泵膜片和閥膜片屬超彈塑性材料，因而屬于瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)計(jì)算范疇。由彈塑性力學(xué)有限元法，分析在笛卡爾坐標(biāo)系下的力學(xué)平衡方程：［M］｛u咬｝+［K］｛u｝=｛F｝。式中，［M］為系統(tǒng)質(zhì)量矩陣，［K］為系統(tǒng)剛度矩陣，｛u咬｝為各節(jié)點(diǎn)加速度向量，｛u｝為各節(jié)點(diǎn)位移向量，F(xiàn)為載荷向量。由于該負(fù)壓泵的材料除泵膜片外皆為彈塑性各向同性，它的本構(gòu)方程在線彈性條件滿足下疊加原理，在彈性區(qū)內(nèi)應(yīng)用經(jīng)典彈性理論的廣義Hooke定律有［1］：

2負(fù)壓泵物理模型及計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述分析的工作原理，電機(jī)給偏心軸A提供旋轉(zhuǎn)速度與一定的力矩，本文關(guān)心的是泵膜片在工作時(shí)的承載情況，因此只需將電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速和負(fù)載作為負(fù)壓泵與電機(jī)接口處偏心軸的輸入即可，要分析的模型如圖3所示。泵體工作時(shí)體積變化關(guān)鍵在泵膜片（紅色）的形狀改變，泵膜片的A、B平面被泵膜片壓板D和底板B固定，C、D平面固定在泵膜片擋板與連桿E上，隨著連桿的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)泵膜片和底板之間空腔的體積變化。按照上述分析，在有限元計(jì)算強(qiáng)度過(guò)程中需將軸承G內(nèi)部建立動(dòng)摩擦接觸對(duì)，對(duì)通過(guò)緊固件連接的地方設(shè)置為綁定接觸，以簡(jiǎn)化過(guò)程和降低計(jì)算時(shí)間。對(duì)軸承和連桿的軸承室接觸處，由于其處間隙配合公差不到一道，故可以簡(jiǎn)化計(jì)算成綁定接觸。對(duì)減震墊施加全約束，偏心軸施加電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，然后計(jì)算出該狀態(tài)下的泵膜片應(yīng)力與位移的分布情況。根據(jù)實(shí)際工作情況，對(duì)泵膜片單獨(dú)分析，對(duì)泵膜片的A、B、D共3個(gè)面及4個(gè)圓孔內(nèi)表面進(jìn)行固定，計(jì)算其前6階振型，如圖5～圖10所示。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該泵膜片的前6階振型與如上仿真振型趨勢(shì)是一致的，因此模態(tài)仿真結(jié)果是可信的。當(dāng)前狀況下，初始位置時(shí)泵膜片不受到內(nèi)腔和表面所處的氣壓差，電機(jī)輸出端的偏心軸偏心量為3mm，經(jīng)Workbench仿真計(jì)算，得到泵膜片在不考慮腔體內(nèi)真空度的影響時(shí)，該膜片的位移大小分布和應(yīng)力分布分別如圖11與圖12所示。在不考慮真空度影響條件下，泵膜片的較大位移為3.0096mm，泵與偏心量3.0mm，因此，從位移角度來(lái)分析，變形是合理的，泵膜片的位移比偏心量略大一些（0.01mm），這是由于泵膜片在拉伸壓縮后會(huì)產(chǎn)生微小的擠壓變形且存在一個(gè)離心作用，使得泵膜片的位移量略大于偏心量。膜片運(yùn)動(dòng)到垂向較大位置時(shí)應(yīng)力分布極值為30.2kPa，處于泵膜片與膜片底板凸臺(tái)結(jié)合處。而泵膜片材質(zhì)為氟橡膠，其用于壓縮空氣的橡膠材料能承載不小于60MPa的工作壓力，因此，當(dāng)前工況下膜片承載能力能滿足使用。在當(dāng)前工況條件下，泵膜片的外表面承受一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，內(nèi)表面受到30kPa的真空度壓力作用，泵膜片凹槽在氣壓和拉伸變形共同作用下受到垂直向下的位移為2.8mm，較大應(yīng)力為0.08MPa。由于泵膜片幾何尺寸相對(duì)偏心量比較大，泵膜片產(chǎn)生的變形范圍很小，幾乎處于彈性變形區(qū)。因此，當(dāng)偏心量為較大值3mm時(shí)，槽內(nèi)的較大變形為真空度環(huán)境下的位移與偏心時(shí)的位移進(jìn)行矢量疊加。按照等比計(jì)算，偏心量為3mm時(shí)其較大應(yīng)力為0.28MPa，其值也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該材料的較大工作壓力60MPa。

3結(jié)論

通過(guò)上述計(jì)算結(jié)果可知，材料為氟橡膠的泵膜片在偏心量為3mm的偏心軸帶動(dòng)下，使得氣體經(jīng)過(guò)單向閥指定空間產(chǎn)生預(yù)定的真空度。其泵膜片承受的較大應(yīng)力為280kPa，彈性足夠，不會(huì)出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，能滿足實(shí)際工作需求，泵膜片設(shè)計(jì)尺寸。

作者：楊勝林 張露 楊濤 趙三星 單位：林泉航天電機(jī)有限公司 中鐵五局集團(tuán)建筑公司 武漢科技大學(xué)

力學(xué)性能論文:彈性氣凝膠的制備及力學(xué)性能研究

1宏觀形貌及微觀結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)制備的MTMS氣凝膠為圓片狀,透明度較好。對(duì)于厚度為1cm的樣品,其可見光透過(guò)率較高可達(dá)到58.2%,比Kanamori等[5]制備的彈性氣凝膠略低(其好透過(guò)率在40%~85%之間)。究其原因是由于在第二步中直接加入氨水導(dǎo)致MTMS分子質(zhì)量的原位增長(zhǎng)與結(jié)構(gòu)的不均勻性,縮聚物分子質(zhì)量分布較寬,從而使氣凝膠的透明度下降。此外,高溫酒精超臨界干燥會(huì)在干燥過(guò)程中發(fā)生表面活性基團(tuán)的反應(yīng)而改變其微結(jié)構(gòu),這同樣會(huì)引起透明度下降。因?yàn)镸TMS三官能團(tuán)結(jié)構(gòu),氣凝膠骨架表面具有更少的OH和更多的CH3,所以制備的MTMS彈性氣凝膠具有良好的疏水性能,樣品MTMS4與水的接觸角為154°。彈性氣凝膠密度在101~226mg/cm3之間,直徑在3.5~5.6cm之間。制備的傳統(tǒng)SiO2氣凝膠透明度稍低。圖1為樣品的實(shí)物照片。表2為樣品的部分物理性能。由SEM照片(圖2a)可以看到,樣品MTMS4具有較均勻的纖維狀納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),孔徑大多在50nm以下。而TMOS4為球狀聚合結(jié)構(gòu)(圖2(b))[5]。由比表面積與孔徑分析儀測(cè)量樣品的比表面積、孔徑分布和N2吸附脫附曲線,得到樣品MTMS4的比表面積為609m2/g,比樣品TMOS4稍低(樣品TMOS4的比表面積為673m2/g)。圖3(a)為樣品MTMS4的N2吸附脫附等溫線,圖中吸附回線與C類回線較吻合。此類回線表明,氣凝膠孔結(jié)構(gòu)主要是錐形或雙錐形管狀毛細(xì)孔?？讖椒植紙D(圖3(b))顯示,樣品MTMS4的孔徑主要分布在5~40nm之間,平均孔徑為18.7nm,同時(shí)也存在3nm以內(nèi)的微孔。SEM照片和孔徑分布圖都驗(yàn)證了MTMS氣凝膠具有納米級(jí)孔洞結(jié)構(gòu)。圖4為樣品的紅外圖譜,曲線a為MTMS4的紅外圖譜。1632cm-1和3441cm-1處的吸收峰分別源自HOH和OH的振動(dòng)。兩峰都較小,說(shuō)明樣品MTMS4的羥基數(shù)量較少。處的吸收峰源自SiC的振動(dòng)。這兩個(gè)較大的峰說(shuō)明樣品MTMS4中含有較多的甲基。由圖4曲線b可知,樣品TMOS4對(duì)應(yīng)的甲基吸收峰相對(duì)較小,這說(shuō)明樣品TMOS4的甲基相對(duì)較少。由圖4曲線c可知,MTMS4經(jīng)過(guò)500℃處理1h后其甲基已基本去除,紅外圖譜變得與TMOS4基本相同。而400℃處理4h后MTMS4的紅外圖譜基本不變。由此可知,MTMS氣凝膠保持甲基基本不變的耐熱溫度在400℃與500℃之間。

2力學(xué)性能

由于孔隙率高及膠粒間交聯(lián)度低,傳統(tǒng)的SiO2氣凝膠脆性很大,所能承受的壓力非常小。而由MTMS制備出的氣凝膠對(duì)壓力的承受力得到很大改善,具有良好的彈性性能。樣品的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖5所示。樣品的壓縮測(cè)試參數(shù)如表3所示。樣品TMOS4出現(xiàn)了脆性斷裂的現(xiàn)象,應(yīng)變?yōu)?0%左右時(shí)樣品產(chǎn)生了局部開裂;應(yīng)變達(dá)到48%時(shí)樣品大部分已經(jīng)開裂,未開裂的部分被壓實(shí)。而MTMS氣凝膠的應(yīng)力應(yīng)變曲線沒(méi)有出現(xiàn)脆性斷裂的現(xiàn)象,表現(xiàn)出更好的韌性。實(shí)驗(yàn)中測(cè)試的四個(gè)MTMS氣凝膠樣品能壓縮到60%左右而均未開裂,且壓力釋放后樣品都可以部分回復(fù)。100℃左右熱處理一段時(shí)間后樣品會(huì)繼續(xù)回復(fù)。其中,密度較大的MTMS3與MTMS2兩個(gè)樣品的彈性性能好,熱處理后幾乎反彈。由樣品的應(yīng)力–應(yīng)變曲線及壓力實(shí)物圖(圖6)可知,樣品MTMS3表現(xiàn)出良好的彈性性能,其壓縮量為60%,壓力釋放后尺寸能夠回復(fù)到壓縮前的70%,100℃熱處理30min后回復(fù)到壓縮前的93%。MTMS氣凝膠之所以有較好的彈性性能是因?yàn)閇6]:(1)每個(gè)硅原子上最多只有三個(gè)硅氧鍵,交聯(lián)度低,使得MTMS氣凝膠比傳統(tǒng)的SiO2氣凝膠有更大的韌性。(2)低濃度的硅羥基減少了不可逆的收縮。而傳統(tǒng)的SiO2氣凝膠硅羥基數(shù)量較多,當(dāng)凝膠在常壓干燥過(guò)程中收縮時(shí),會(huì)進(jìn)一步形成硅氧鍵,這樣就導(dǎo)致了長(zhǎng)期性不可逆收縮,甚至產(chǎn)生不均勻或過(guò)大的應(yīng)力而導(dǎo)致開裂。(3)大量的甲基均勻分布在MSQ氣凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,當(dāng)受壓發(fā)生收縮時(shí)甲基會(huì)相互排斥,有利于氣凝膠的回復(fù)。熱處理后凝膠能夠繼續(xù)反彈的原因是:當(dāng)凝膠被壓縮時(shí),其柔軟而連續(xù)的骨架經(jīng)受大的變形而向孔內(nèi)折疊,熱處理后骨架將會(huì)膨脹,有利于骨架的舒展進(jìn)而使凝膠反彈圖7為壓縮模式下MTMS氣凝膠的DMA測(cè)試曲線,由圖可知,在相同溫度下密度越大儲(chǔ)能模量越大。在常溫下(35℃),在測(cè)試的四個(gè)樣品中,MTMS5的儲(chǔ)能模量最小(0.71MPa),MTMS2較大(2.1MPa)。在常溫到230℃之間,氣凝膠材料中物理吸附的水分子逐漸脫去,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本保持不變,樣品的彈性模量變化幅度較小。其中,溫度低于150℃時(shí)有小幅增加,在150~230℃之間略有下降。這與Tanδ在180℃附近有一較大的峰相吻合,該峰表明在這個(gè)溫度附近材料經(jīng)歷了軟化的過(guò)程[8]。溫度高于230℃時(shí),材料內(nèi)相鄰的殘余硅羥基和硅烷氧基會(huì)進(jìn)一步縮合,生成新的硅氧鍵,增強(qiáng)了氣凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使樣品的儲(chǔ)能模量都有大幅度的增加,剛性增強(qiáng)。所測(cè)樣品在溫度達(dá)到350℃時(shí),儲(chǔ)能模量變?yōu)槌叵碌?~3.5倍。其中,MTMS3常溫下的儲(chǔ)能模量為1.5MPa,而350℃下的儲(chǔ)能模量增加到4MPa。

3熱學(xué)性能

圖8為樣品MTMS2與TMOS4的DSC/TGA曲線。對(duì)于樣品TMOS4,150℃之前有一個(gè)較大的失重(大約6%),這主要是由材料內(nèi)水分子的脫附引起的[9]。第二個(gè)顯著失重發(fā)生在250~325℃之間,失重約為3%,這是由于材料內(nèi)骨架上殘留的烷氧基被氧化并替代為質(zhì)量更輕的羥基[10]。溫度高于325℃時(shí),由于烷氧基繼續(xù)氧化及硅羥基之間的縮合[11],樣品繼續(xù)失重約5%。溫度達(dá)到600℃后,樣品質(zhì)量趨于穩(wěn)定。對(duì)于樣品MTMS2,溫度低于250℃時(shí),熱失重很小。在250~325℃之間,失重約為1.5%,小于TMOS4在這溫度區(qū)間的失重。這是由于MTMS三官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)使殘留的烷氧基更少。樣品MTMS4最顯著的失重發(fā)生在437~575℃之間,失重約7%。對(duì)應(yīng)的熱流曲線在這溫度區(qū)間連續(xù)出現(xiàn)了七個(gè)尖銳的峰。從前面的紅外分析中已經(jīng)得出,MTMS氣凝膠保持甲基基本不變的耐熱溫度在400℃與500℃之間。由紅外圖譜并對(duì)照MTMS2與TMOS4熱失重曲線,可以得出,437~575℃之間較大的失重源自MTMS材料內(nèi)骨架上大量甲基由外層到內(nèi)層的逐步分解。并可以進(jìn)一步確定,MTMS氣凝膠保持甲基基本不變的耐熱溫度在440℃左右。實(shí)驗(yàn)測(cè)得樣品的熱導(dǎo)率如表2所示。當(dāng)密度大于100mg/cm3左右時(shí),MTMS氣凝膠常溫下的熱導(dǎo)率隨著密度的降低而減小。其中MTMS4的熱導(dǎo)率為0.028W/mK,同TMOS4的熱導(dǎo)率相差不大(TMOS4的熱導(dǎo)率為0.027W/(mK))。這說(shuō)明MTMS氣凝膠同傳統(tǒng)的SiO2氣凝膠一樣,具有良好的保溫隔熱性能。氣凝膠總熱導(dǎo)率為固態(tài)熱導(dǎo)率、氣態(tài)熱導(dǎo)率、輻射熱導(dǎo)率和固體與氣體間耦合熱導(dǎo)率之和[12]。制備的MTMS氣凝膠之所以有低的熱導(dǎo)率是因?yàn)?(1)骨架顆粒較小,由纖細(xì)的納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成,因此其固態(tài)熱導(dǎo)率非常小。(2)其孔徑主要分布在10~30nm之間,小于空氣中主要分子的平均自由程(空氣中主要成分N2、O2等分子的平均自由程都在70nm左右)。這樣孔隙內(nèi)的氣體分子很難發(fā)生碰撞,因此當(dāng)熱量傳遞時(shí)產(chǎn)生的氣態(tài)熱傳導(dǎo)很小。(3)在常溫常壓下輻射熱導(dǎo)率對(duì)總熱導(dǎo)率的貢獻(xiàn)很小。綜合以上三個(gè)因素可知,該氣凝膠的總熱導(dǎo)率較低。

4結(jié)論

以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)為硅源、水為溶劑,采用酸堿兩步法和酒精超臨界干燥法制備出了接觸角為154°的透明、塊體氣凝膠。其熱導(dǎo)率低(可達(dá)到0.028W/(mK)),具有良好的保溫隔熱性能。均勻分布著大量甲基的納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有良好的機(jī)械性能,可使MTMS氣凝膠在常溫下具有較大的彈性和抗壓能力(壓縮60%后可回復(fù)到原長(zhǎng)的78%,經(jīng)熱處理后反彈到原長(zhǎng)的94%),而這正是傳統(tǒng)的SiO2氣凝膠所不具備的。其儲(chǔ)能模量在常溫到230℃之間比較穩(wěn)定,在230~350℃之間隨著溫度的升高而顯著增加。該凝膠在空氣中的耐熱溫度為440℃左右,繼續(xù)升溫時(shí)材料中的甲基將逐步氧化分解。利用方法能較簡(jiǎn)單地制備出力學(xué)性能較好的氣凝膠,有利于氣凝膠的工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。

作者：祖國(guó)慶 沈軍 鄒麗萍 王文琴 連婭 張志華 單位：同濟(jì)大學(xué) 上海市人工微結(jié)構(gòu)材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室