時間：2022-09-21 18:57:45
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇力學(xué)性能論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
面對高技術(shù)時代對高性能鈦合金材料日益緊迫的要求，非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料因其具有的高比強(qiáng)、高比剛度、耐高溫和耐蝕性能已成為研究的熱點。人們對其制備工藝、微結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等進(jìn)行了一系列的研究，而這些研究的主要目標(biāo)為外加法制備的鈦基復(fù)合材料。而本研究則采用原位合成工藝制備非連續(xù)增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料。與外加法比較，原位合成法因其工藝簡單、材料性能優(yōu)異，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上更為可行。增強(qiáng)體的原位合成，避免了增強(qiáng)體的污染問題，也避免了熔鑄過程中存在的潤濕性問題，有利于制備性能更好的復(fù)合材料。然而，為了低成本高效制備高性能的鈦基復(fù)合材料尚有許多問題需要解決。因此，從理論和實驗上研究這些問題，對低成本高效制備高性能的鈦基復(fù)合材料具有非常重要的理論和實際意義。
針對金屬基復(fù)合材料發(fā)展應(yīng)用中的關(guān)鍵問題??成本和性能，本文開發(fā)設(shè)計了新型的鈦基復(fù)合材料的制備工藝，可以低成本高效制備性能優(yōu)異的鈦基復(fù)合材料。即可利用鈦與碳化硼、硼及石墨之間的自蔓燃高溫合成反應(yīng)，采用普通的鈦合金冶煉工藝制備出單純TiB晶須、單純TiC顆粒增強(qiáng)或TiB晶須和TiC粒子混雜增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料。為了拓展鈦基復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域，為制備高性能的鈦基復(fù)合材料打下堅實的基礎(chǔ)，本文的研究主要包括以下幾個方面工作：
1、研究了利用鈦與石墨、硼及碳化硼之間的反應(yīng)制備TiB和TiC增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的原位合成機(jī)理。利用熱力學(xué)理論計算了鈦與石墨、硼、碳化硼反應(yīng)的Gi自由能DG和反應(yīng)生成焓DH，結(jié)果表明：各個反應(yīng)的Gi自由能DG值都為負(fù)值，說明在熱力學(xué)上上述反應(yīng)是可行的。雖然在熱力學(xué)上可以利用鈦與碳化硼之間的化學(xué)反應(yīng)合成TiB2和TiC增強(qiáng)體，但從化學(xué)平衡考慮，TiB2不能穩(wěn)定存在于過量鈦中，因此能夠穩(wěn)定存在于普通鈦合金中的增強(qiáng)體為TiB和TiC。上述反應(yīng)都為高放熱的反應(yīng)，從理論上講絕熱溫度都大于自蔓燃高溫合成的判據(jù)，表明反應(yīng)能自發(fā)維持。
2、利用非自耗電弧爐和自耗電弧爐經(jīng)普通的鈦合金鑄造工藝制備出單純TiB晶須、單純TiC顆粒增強(qiáng)或TiB晶須和TiC粒子混雜增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料。X射線衍射分析結(jié)果表明：原位合成的增強(qiáng)體為TiB、TiC。這些增強(qiáng)體分布非常均勻，主要呈現(xiàn)為短纖維狀、樹枝晶狀和等軸或近似等軸狀。電子探針和帶能譜的掃描電鏡分析結(jié)果表明：短纖維狀增強(qiáng)體為TiB，而樹枝晶狀和等軸或近似等軸狀增強(qiáng)體為TiC。實驗結(jié)果與理論分析一致，這為原位自生鈦基復(fù)合材料的工業(yè)化生產(chǎn)提供了依據(jù)。
3、研究了原位合成鈦基復(fù)合材料增強(qiáng)體的生長機(jī)制，結(jié)果表明：增強(qiáng)體的生長機(jī)制與凝固過程及增強(qiáng)體的晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。原位合成的增強(qiáng)體以形核與長大的方式從熔體中析出而長大。對于原位合成TiB和TiC混雜增強(qiáng)的鈦基復(fù)合材料，經(jīng)歷了析出初晶、二元共晶和三元共晶三個階段。由于不同的晶體結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)體TiB與TiC形成不同的生長形態(tài)。TiB具有B27晶體結(jié)構(gòu)，易于沿[010]方向生長長成短纖維狀，而且TiB橫截面的形狀呈多邊形，其晶面主要由(100)、(10)和(101)組成。同時，在TiB的(100)面上容易形成層錯。而TiC具有NaCl型對稱結(jié)構(gòu)，容易長成樹枝晶狀、等軸狀和近似等軸狀。發(fā)現(xiàn)原位合成的增強(qiáng)體TiB容易在（100）面上形成高密度的層錯，層錯的形成與增強(qiáng)體的晶體結(jié)構(gòu)、生長機(jī)制有關(guān)，同時也有利于降低增強(qiáng)體與基體合金界面的晶格畸變。而原位合成增強(qiáng)體TiC的晶格比較完整，偶爾在(111)面上形成孿晶，該孿晶結(jié)構(gòu)在增強(qiáng)體形核與長大的過程中形成。
4、研究了合金元素鋁的加入對原位合成鈦基復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響。合金元素鋁的加入，并不改變復(fù)合材料的物相組成，也不改變復(fù)合材料的凝固過程，但由于合金元素的存在，阻礙了增強(qiáng)體的形核與長大過程，導(dǎo)致形成的TiB和TiC初晶更為細(xì)小，尤其是使TiC增強(qiáng)體易于形成等軸狀。合金元素鋁不僅固溶強(qiáng)化了基體合金，而且細(xì)化增強(qiáng)體也有利于提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。
5、利用透射電鏡、高分辨透射電鏡對原位合成(TiB TiC)/Ti復(fù)合材料界面微結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和分析，發(fā)現(xiàn)兩種增強(qiáng)體與基體的界面均為清潔界面，為直接的原子結(jié)合、界面結(jié)合狀況良好。TiC增強(qiáng)體與基體合金沒有確定的位相關(guān)系，而TiB增強(qiáng)體與基體合金存在以下位相關(guān)系：、、(0002)Ti//(001)TiB和以及、(0002)Ti//(200)TiB和。該位相關(guān)系在凝固過程中形成，與增強(qiáng)體的晶體結(jié)構(gòu)及基體合金的晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，形成該位相關(guān)系有利于降低增強(qiáng)體與基體合金界面的晶格畸變能。
6、研究了鑄態(tài)鈦基復(fù)合材料和熱鍛后高溫鈦基復(fù)合材料的力學(xué)性能。由于原位合成增強(qiáng)體的加入，鈦基復(fù)合材料的力學(xué)性能與相應(yīng)基體合金比較有了明顯的提高，在增強(qiáng)體含量為8％時，其彈性模量E、屈服強(qiáng)度s0.2和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到131.2GPa，1243.7MPa和1329.8MPa，與基體合金Ti6242比較分別提高了19.3，47.4和45.5。其強(qiáng)化機(jī)理主要來源于增強(qiáng)體承載、晶粒細(xì)化及高密度位錯的形成。石墨的加入，形成更多等軸狀、近似等軸狀TiC粒子有利于提高復(fù)合材料的室溫性能，這與短纖維狀TiB的存在導(dǎo)致復(fù)合材料低應(yīng)力斷裂有關(guān)。
7、研究了原位合成鈦基復(fù)合材料的高溫瞬時拉伸性能。在600oC、650oC和700oC的抗拉強(qiáng)度分別超過800MPa，750MPa和650MPa，與高溫性能較好的IMI834合金比較，在600oC的抗拉強(qiáng)度提高幅度超過25。隨著溫度的提高，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度降低，塑性提高，但與基體合金比較高溫強(qiáng)度有了明顯的提高。斷口分析表明：低溫時，裂紋由增強(qiáng)體斷裂引起，而在高溫時裂紋最先在短纖維晶須TiB的端面上形核，然后裂紋擴(kuò)展到基體合金中，最后導(dǎo)致材料失效。說明低溫時，增強(qiáng)體承載對提高復(fù)合材料的力學(xué)性能非常有利，而在高溫時，其強(qiáng)化作用主要由增強(qiáng)體與位錯的交互作用引起。位錯容易在短纖維狀晶須TiB的端面處塞積，形成裂紋源導(dǎo)致材料失效。因此與等軸狀及近似等軸狀增強(qiáng)體TiC比較，短纖維狀增強(qiáng)體TiB對復(fù)合材料高溫力學(xué)性能的強(qiáng)化效果要低一些。這也是石墨的加入形成等摩爾的TiB和TiC增強(qiáng)體有利于提高復(fù)合材料高溫性能的主要原因。
8、研究了原位合成鈦基復(fù)合材料的高溫蠕變性能和持久斷裂性能。原位合成鈦基復(fù)合材料的高溫蠕變經(jīng)歷了典型的蠕變變形的三個階段。蠕變持久強(qiáng)度與基體合金比較有了明顯的提高。持久強(qiáng)度與溫度及載荷密切相關(guān)，溫度和載荷的提高都降低復(fù)合材料的高溫蠕變和高溫持久性能。石墨的加入形成更多的TiC粒子，同樣有利于提高鈦基材料的持久強(qiáng)度。在高溫、持久載荷作用下，材料的失效仍然主要由短纖維端面處形成裂紋而導(dǎo)致材料失效引起。
本研究首先從理論上分析了原位合成TiB、TiC及TiB和TiC混雜增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的原位合成機(jī)制，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)出了一種新型鈦基復(fù)合材料加工工藝。利用該工藝鈦合金生產(chǎn)廠家可以在不改變設(shè)備和工藝的條件下，低成本高效制備高性能的鈦基復(fù)合材料。而采用該原位合成工藝制備復(fù)合材料的性能是可設(shè)計和可控制的，針對不同的應(yīng)用條件，可以設(shè)計不同成分的基體合金及不同含量、不同配比增強(qiáng)體的復(fù)合材料以滿足不同的需求。從合金相圖、增強(qiáng)體晶體結(jié)構(gòu)及凝固理論相結(jié)合分析了原位合成增強(qiáng)體的生長機(jī)制、生長形態(tài)、分布狀態(tài)以及界面微區(qū)特征。研究了鈦基復(fù)合材料的微觀組織對鈦基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響規(guī)律。這些研究為以后制備高性能的鈦基復(fù)合材料和拓展 鈦基復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域打下了堅實的理論基礎(chǔ)和為批量生成提供了實用途徑。近兩年來，研究成果引起了國家航空航天部門的關(guān)注，國家“十五”軍工重點課題和航天支撐基金、航天創(chuàng)新基金課題獲得了批準(zhǔn)。并將用于我國的先進(jìn)戰(zhàn)略導(dǎo)彈XX－2改，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈XX－19及新一代洲際導(dǎo)彈和潛地導(dǎo)彈的構(gòu)件。鑒于該技術(shù)在國防軍工方面具有的戰(zhàn)略意義以及在民用領(lǐng)域的潛在應(yīng)用前景，與國內(nèi)大型鈦合金加工企業(yè)—寶鋼集團(tuán)五鋼有限公司開展產(chǎn)業(yè)化研究，完成了該材料的中試過程，實現(xiàn)了新型鈦基復(fù)合材料的工業(yè)化生產(chǎn)。研制開發(fā)的材料近期將在國家戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)武器、宇宙飛船等方面得到驗證和應(yīng)用。并將逐漸推廣應(yīng)用于民用領(lǐng)域，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。
關(guān)鍵詞非連續(xù)增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料，原位合成，生長機(jī)制，凝固，晶體結(jié)構(gòu)，微觀結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能，位向關(guān)系，界面結(jié)構(gòu)
Fabrication,MicrostructureandMechanicalPropertiesofinsituSynthesizedTitaniumMatrixComposites
ATRACT
Duetoincreasingrequirementfortitaniumalloywithhighpropertiesinhightechnologyera,discontinuouslyreinforcedtitaniummatrixcompositesownthefollowingadvantages:highecificstrength,highecificmodulus,highelevatedtemperatureproperty,wearresistanceandlowfabricatingcost,sotheyhavebecometheresearchhotot.Theproceingtechnique,microstructureandmechanicalpropertieshavebeenexteivelystudied.However,themainaimisdiscontinuouslyreinforcedtitaniummatrixcompositepreparedbytraditionaltechniquesuchaspowdertechnologyandliquidmetallurgy,wheretheceramicparticlesaredirectlyincorporatedintosolidorliquidmatricesreectively.Inthispaper,paredwithtraditionaltechnique,insitutechniqueownthefollowingadvantages:thetechniqueisverysimpleandthepropertiesareexcellent,soitiseasiertofabricatetitaniummatrixcompositesintechnologyandeconomic.Theinsitusynthesisofceramicparticleavoidsthepollutionofreinforcementsandwettabilityexistingincastingtechnique,soitisvaluabletofabricatetitaniummatrixcompositeswithbetterproperties.However,therearestillquitealotofproblemstoberesolvedinordertofabricatetitaniummatrixcompositeswithhighpropertiessimplyandatlowfabricationcost.Therefore,theresearchontheseproblemsintheoryandexperimentisveryimportant.
Itiswellknownthatthekeyproblemindevelopmentandalicationofmetalmatrixcompositesiscostandproperty.Anewtechniquehasbeendesignedtoproducetitaniummatrixcomposites,inwhichitispoibletofabricatetitaniummatrixcompositeswithhighpropertiessimplyandatlowfabricationcost.TitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiBwhisker,TiCparticleorTiBwhiskerandTiCparticle,wereproducedbycommontitaniumalloycastingtechniqueutilizingtheself-propagationhigh-temperaturesynthesisreactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4C.Inordertodeveloptheutilizationareaoftitaniummatrixcompositesandmakebasisforproducingtitaniummatrixcompositeswithhighproperties,thefollowingworkshavebeendeveloped.
1.InsitusynthesismechanismoftitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiB,TiCorTiBandTiCutilizingthereactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4Chavebeeninvestigated.GifreeenergyDGandformationenthalpyDHofreactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4Cwerecalculatedbythermodynamictheory.TheGifreeenergyDGofabovereactioisnegative,whichindicatesthattheabovereactioallcantakeplace.ItispoibletosynthesizeTiB2andTiCutilizingthereactionbetweentitaniumandB4C.However,coideringfromchemicalbalance,TiB2cannotexistintitaniummatrixalloystably.Theabovereactioreleasequitealotofheat.Moreover,theadiabatictemperatureisgreaterthanthetheoreticalcriterion,whichindicatesthatthereactioncanbesustainedbyitself,namelyself-propagationhigh-temperaturesynthesisreactioncanoccur.
2.TitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiBwhisker,TiCparticleorTiBwhiskerandTiCpart iclehavebeenproducedbynon-coumablevacuumarcremeltingfurnaceandcoumablevacuumarcremeltingfurnace.TheresultsofX-raydiffractionshowthattheinsitusynthesizedreinforcementsareTiBandTiC.Thereinforcementsweredistributeduniformlyinmatrixalloy.Theshapesofreinforcementsareshort-fibreshape,dendriticshapeandequiaxedshapeornear-equiaxedshape.Thereinforcementwithshort-fibreshapeisTiB,thereinforcementwithdendriticshapeandequiaxedshapeornear-equiaxedshapeisTiC.Theexperimentalresultisingoodagreementwiththeoreticalresult,whichprovidesgistforcommercialproductionofinsitusynthesizedtitaniummatrixcomposites.
3.Thegrowthmechanismsofreinforcementsininsitusynthesizedtitaniummatrixcompositeshavebeeninvestigated.Thegrowthmechanismsarecloselyrelatedtosolidificationpathsandcrystalstructures.Thereinforcementsdiersefrommeltandgrowinthewayofnucleationandgrowth.FortheinsitusynthesizedTiBwhiskerandTiCparticlereinforcedtitaniummatrixcomposites,thereinforcementsundertakethefollowingthreestages:primarycrystal,binaryeutecticandternaryeutectic.Duetothedifferentcrystalstructures,TiBandTiCgrowindifferentshapes.TiBisliabletogrowalong[010]directionandformshort-fibreshapeduetoit’sB27crystalstructure.TheshapeofTiBatcrosectionispolygon,thecrystalfacesarecomposedwith(100),(101)and(10).Moreover,thereisstackingfaultinTiBandthestackingfaultislikelytoformat(100)crystalface.TiCwithNaClcrystalstructuregrowsindendritic,equiaxedornear-equiaxedshape.
4.Theeffectsofaluminumadditiononmicrostructureandmechanicalpropertiesofinsitusynthesizedtitaniummatrixcompositeshavebeeninvestigated.Theadditionofalloyingelementaluminumdoe’tchangephasesandadjustthesolidificationpath.However,thealloyingelementhindersthenucleationandgrowthofreinforcementsthatresultinmorefineTiBandTiCreinforcementsandmakeTiCreinforcementsgrowwithequiaxedparticleseasily.Aluminumnotonlystrengthethematrixalloybysolidsolutionstrengthening,butalsoimprovesthemechanicalpropertiesbyrefiningthereinforcements.
5.TheinterfacialmicrostructuresofinsitusynthesizedTiBwhiskerandTiCparticlesreinforcedtitaniummatrixcompositeshavebeenoervedbymeaoftramiionelectronicmicroscopyandhigh-resolutiontramiionelectronicmicroscopy.Theresultsshowthattheinterfacesareveryclean.Theyarebondedwell.ThereisnocoistentcrystallographicrelatiohipbetweenTiCandtitanium.However,therearefollowingcoistentcrystallographicrelatiohibetweenTiBandtitanium:,,(0002)Ti//(001)TiB,and,,(0002)Ti//(200)TiB.Moreover,itiscloselyrelatedtothecrystalstructuresofreinforcementandmatrixalloy.Theformationofabovecrystallographicrelatiohiisvaluabletodecreasetheenergyoflatticestrainbetweenreinforcementandmatrixalloy.
6.Themechanicalpropertiesofcast-titaniummatrixcompositesandhigh-temperaturetitaniummatrixcompositesafterhot-forginghavebeeninvestigated.Duetotheincorporationofinsitusynthesizedreinforcements,themechanicalpropertiesimproveobviouslycomparedwithmatrixalloy.Whenthevolumeofreinforcementsis8,theYoung’smodulusE,yieldstrengths0.2andteilestrengthare131.2GPa,1243.7MPaand1329.8MPa,reectively.Theyimprove19.3,47.4and45.5,reectively.Thestrengtheningmechanismsincludethefollowingfactors:undertakingloadofreinforcements,refinementofgrainsizeandformationofhigh-deitydislocatio.TheadditionofgraphiteformsmoreTiCparticleswithequiaxedornear-equiaxedshapethatisvaluabletoimprovethemechanicalpropertiesoftitaniummatrixcompositesatroomtemperature.ThisisrelatedtoexistingofTiBthatresultfractureofcompositesatlowlevelofaliedstrain.
7.Theultimateteilemechanicalpropertiesoftitaniummatrixcompositesatelevatedtemperaturehavebeeninvestigated.Theultimateteilestrengthsofinsitusynthesizedtitaniummatrixc ompositesat600oC,650oCand700oCare786.1MPa,657.4MPaand564.3MPa,paredwithIMI834alloy,theultimateteilestrengthat600oCimproves23.8.Astemperatureincreases,theyieldstrengthandultimatestrengthdecrease,paredwithmatrixalloy,themechanicalpropertiesathightemperatureofinsitusynthesizedtitaniummatrixcompositesimproveobviously.Theanalysisoffracturesurfacesshowthatcrackareformedduetothefractureofreinforcementsatlowtemperature,whilethecracksarelikelytonucleateattheendsofshort-fibreTiBandpropagatetomatrixalloyathightemperaturesothatcompositesfailure.Theyindicatethatundertakingloadofreinforcementsisvaluabletoimprovethemechanicalpropertiesatlowtemperature.Athightemperature,thestrengtheningeffectresultsfromtheinteractionbetweenreinforcementsanddislocatio.DislocatioareliabletoaccumulateandentangleattheendsofTiBwhiskers,paredwithequiaxedornear-equiaxedTiCparticle,thestrengtheningeffectofTiBwhiskerontitaniummatrixcompositesislowerthanthatofTiC.ThisisalsothemainreasonthattheadditionofgraphitetoformmoreTiCisvaluabletoimprovethemechanicalpropertiesathightemperature.
關(guān)鍵詞：碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）;（CFRP）力學(xué)性能;混凝土結(jié)構(gòu)
Abstract: In the past two years, the author contact with the reinforcement of more housing, such as Guangzhou City to know the middle school project, the Guangzhou Health School student dormitory project, it all used to the technology of CFRP reinforced concrete structures, however, construction members of the technical level. Of CFRP reinforced concrete structures technology in order to progress to understand, access to large amounts of data are summarized in the following of thinking and understanding of CFRP.
Key words: carbon fiber reinforced composite materials (CFRP); (CFRP) mechanical properties; concrete structures
中圖分類號：TU377 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：
一、 CFRP纖維材料混凝土加固技術(shù)現(xiàn)狀
CFRP纖維材料通常加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的方法是將它粘貼在混凝土的表面，通過樹脂將CFRP纖維材料與混凝土有效的粘結(jié)以實現(xiàn)它們之間傳遞受力的作用。受損的鋼筋固混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)過用CFRP修復(fù)后一般還可繼續(xù)使用多年時間。目前，我國關(guān)于CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)的研究熱點主要是FRP加固鋼筋混凝土后的破壞模式及其計算方法。對于影響CFRP與混凝土粘貼界面之間力學(xué)性能的因素的研究則相對較少。
二、CFRP纖維材料混凝土加固技術(shù)的優(yōu)點
建筑結(jié)構(gòu)長期在自然環(huán)境和使用環(huán)境的雙重作用下的逐漸損壞是一個不可逆轉(zhuǎn)的客觀規(guī)律。目前工程上常用的混凝土結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)的方法主要有以下幾種：體系法、體外預(yù)應(yīng)力法、外包鋼法、 外部粘鋼法等。
但是，以上的這些方法無論在施工的難易程度還是被加固的對象都受到了極大限制。與傳統(tǒng)的加固修復(fù)方法相比，CFRP加固技術(shù)具有明顯的優(yōu)越性：
（1）適用范圍廣闊：因為CFRP可以規(guī)模是生產(chǎn)并具有優(yōu)越的力學(xué)性能，故其可以運用的建筑工程范圍較為廣泛，例如：建筑物、構(gòu)筑物、橋梁、地鐵、隧道等。
（2）使用方便：運用CFRP加固修復(fù)時，其使用的工器具簡單并且容易攜帶，能夠快速、安全、有效的完成加固任務(wù)。
（3）本身自重?。和ǔ５腃FRP成平為布狀或者片材形狀，其質(zhì)量輕并且強(qiáng)度高，對被加固修復(fù)的混凝土結(jié)構(gòu)不具有任何的自重荷載和不占用結(jié)構(gòu)的使用空間。
（4）施工質(zhì)量好：用CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝非常簡單和易于操作，故其施工質(zhì)量的控制也能達(dá)到較大的保證率。
（5）有良好的耐久性能：通過前人所作的實驗研究可以了解到CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)在耐久性能方面具有很大的優(yōu)勢，無論是酸雨侵蝕還是日光的作用等CFRP都可以有效的抵抗而幾乎不降低它的力學(xué)性能。
（6）使用成本低： 雖然CFRP的價格相對較高，但在施工的工藝還有工器具的選擇上，CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)具有絕對的優(yōu)勢，并且它的加固過程使用的人工和時間均較少，故綜合起來CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)的成本也具有很大的優(yōu)勢。
三、（CFRP）纖維材料的性能
碳纖維（CFRP）指纖維在1000℃以上碳化，含碳量超過85％以上的纖維，包括碳素纖維和石墨纖維，碳纖維材料是最常用的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料之一。表1-1為廠家提供的碳纖維布的主要相關(guān)性能指標(biāo)?？梢钥闯?，CFRP的各項力學(xué)性能較為優(yōu)異。
表1-1 碳纖維布主要技術(shù)指標(biāo)
從表1-1中可以看出，與傳統(tǒng)的主要建筑材料鋼筋相比較，CFRP材料具明顯的優(yōu)勢，主要有以下幾點：
1、CFRP材料輕質(zhì)高強(qiáng)，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的10倍以上，彈性模量略高于鋼筋，而密度僅為鋼材的1/4。能夠有效提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和延性，改善其受力性能，基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及原構(gòu)件尺寸；
2、良好的抗腐蝕能力，其中CFRP耐久性能尤為突出，對酸、堿、鹽和有機(jī)溶劑等腐蝕介質(zhì)的耐腐蝕性能和耐候性能優(yōu)良，并具有極佳的抗疲勞性能；
3、施工便捷，沒有濕作業(yè)，不需大型施工機(jī)具，無需現(xiàn)場固定設(shè)施，施工占用場地少；
4、有良好的設(shè)計性，可以通過適當(dāng)?shù)睦w維含量及成型方法，得到預(yù)期的材料特性和各種形狀的結(jié)構(gòu)；
5、可檢測性，可以在CFRP里面埋入光纖等傳感器，其樹脂層能給傳感器提供優(yōu)良的保護(hù)，可以對構(gòu)件進(jìn)行長期實時檢測，既可靠又方便。
四、影響CFRP拉伸性能的主要因素
1、纖維對片材拉伸性能的影響。在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料CFRP片材中，纖維承擔(dān)主要載荷，纖維承擔(dān)的載荷比例遠(yuǎn)高于基體，因此纖維的性能直接影響復(fù)合材料力學(xué)性能的好壞，提高纖維的性能對改善復(fù)合材料的性能起著關(guān)鍵的作用。就碳纖維其力學(xué)性能而言，可分為通用級碳纖維(GP)和高性能碳纖維(HP)；其中高性能碳纖維包括中強(qiáng)型(MT)、高強(qiáng)型(HT)、超高強(qiáng)型(UHT)、中模型(IM)、高模型(HM)和超高模型(UHM)[5]。幾種碳纖維的性能見表1－2。總體看來，碳纖維的拉伸強(qiáng)度與其本身的拉伸模量成反比，即彈性模量越小其拉伸強(qiáng)度越大。在加固時碳纖維粘貼的層數(shù)也是影響其拉伸性能的因素之一，粘貼的層數(shù)并不與其強(qiáng)度成正比，當(dāng)粘貼的層數(shù)達(dá)到一定時，碳纖維的拉伸強(qiáng)度的拉伸強(qiáng)度不會增加甚至?xí)薪档偷内厔?。這主要由以下幾個原因引起的：1）施工工藝的控制，碳纖維布粘貼的層數(shù)越多，粘貼的密實度和平整度就越來越難控制，從而影響了整體的拉伸性能。2）碳纖維布粘貼的層數(shù)越多，多層碳纖維布作為一個整體，它的彈性模量也大大增加，從而使其整體的拉伸性能降低。
表1－2碳纖維的性能
2、樹脂對CFRP拉伸性能的影響。樹脂的性能和特性主要有以下幾個方面：1）固化方便，可以選用各種不同的固化劑，樹脂體系幾乎可以在0～180℃溫度范圍內(nèi)固化。2）粘附力強(qiáng)，樹脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對各種物質(zhì)具有很高的粘附力。樹脂固化時的收縮性低，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，這也有助于提高粘附強(qiáng)度。3）收縮性低，樹脂和所用的固化劑的反應(yīng)是通過直接加成反應(yīng)或樹脂分子中環(huán)氧基的開環(huán)聚合反應(yīng)來進(jìn)行的，沒有水或其它揮發(fā)性副產(chǎn)物放出。它們和不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂相比，在固化過程中顯示出很低的收縮性（小于2%）。4）力學(xué)性能優(yōu)良。固化后的環(huán)氧樹脂體系比其他粘結(jié)材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能。5）化學(xué)穩(wěn)定性，通常，固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的耐堿性、耐酸性和耐溶劑性。像固化環(huán)氧體系的其它性能一樣，化學(xué)穩(wěn)定性也取決于所選用的樹脂和固化劑。適當(dāng)?shù)剡x用環(huán)氧樹脂和固化劑，可以使其具有特殊的化學(xué)穩(wěn)定性能。
工程實際的大量資料表明，樹脂對CFRP片材拉伸性能的好壞至關(guān)重要。但是樹脂本身性能具有分散性，這是因為：1）所用的環(huán)氧樹脂的種類不同，每種環(huán)氧樹脂的分子量、分子量分布均有差別，最終形成固化物的交聯(lián)密度不同，從而影響樹脂性能；2）稀釋環(huán)氧樹脂的活性環(huán)氧稀釋劑的種類、加入量不同也會影響樹脂的性能；3）各品牌樹脂所用的固化劑種類不同(一般選用聚酰胺、改性脂環(huán)族多元胺或改性脂肪族多元胺)，不同分子結(jié)構(gòu)的固化劑與環(huán)氧樹脂反應(yīng)形成的樹脂固化物在拉伸強(qiáng)度等物理力學(xué)性能方面都有差別。正常情況下，樹脂具有良好的的可塑性能和力學(xué)性能，把它作為粘貼劑用于CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)工程上能很好的發(fā)揮它的力學(xué)優(yōu)越性。樹脂作為CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)傳遞CFRP材料與和混凝土結(jié)構(gòu)之間應(yīng)力的介質(zhì)，故樹脂的性能影響著整個加固結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。樹脂的黏結(jié)能力和其它的力學(xué)性能指標(biāo)，如抗拉伸強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、彈性模量、可塑性能等對實際的加固工程有著重要的影響。對于所粘貼的碳纖維布能否一起共同工作，樹脂的彈性模量起著決定性的作用，樹脂的彈性模量越大則，碳纖維布的整體性能就越好，反之則越低。在用樹脂作為基體加固混凝土結(jié)構(gòu)時，它的用量的多少也直接影響著加固結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)性能。圖1－1所示是強(qiáng)度與含膠量關(guān)系曲線，可以看出，隨著含膠量的逐漸升高，拉伸強(qiáng)度先變大，后又逐漸變小，在含膠量為33％－35％之間時達(dá)到最大值，這說明含膠量太高和太低都不利于強(qiáng)度的發(fā)揮，含膠量太高，碳纖維含量降低，強(qiáng)度降低；含膠量太低時，樹脂浸潤不好，可能引起局部缺膠，纖維間應(yīng)力得不到很好的傳遞，從而影響碳纖維的強(qiáng)度發(fā)揮。
圖1－1拉伸性能與含膠量關(guān)系圖
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關(guān)鍵詞：自密實混凝土（SCC）；粉煤灰；砂率；擴(kuò)展度
自密實混凝土（Self CompactingConcrete 或Self-Consolidating Concrete 簡稱SCC）是指在自身重力作用下，能夠流動、密實，即使存在致密鋼筋也能完全填充模板，同時獲得很好均質(zhì)性，并且不需要附加振動的混凝土。該種混凝土流動性良好，具有優(yōu)越的工作性能和填充性，硬化后具有良好的力學(xué)性能和耐久性能。目前，不振搗混凝土的開發(fā)與施工已在日本掀起了熱潮，并深受社會的關(guān)注及好評，歐洲在20世紀(jì)90年代中期才將SCC第一次用于瑞典的交通網(wǎng)絡(luò)民用工程上，而在我國的應(yīng)用還非常有限，需要進(jìn)行大量的技術(shù)研究和推廣應(yīng)用工作。
本文結(jié)合混凝土攪拌站具體的原材料和實際工程情況，對內(nèi)摻粉煤灰的C35自密實混凝土進(jìn)行了試驗研究。
1 原材料
水泥：吉林冀東水泥廠P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，主要性能指標(biāo)見表1。
粉煤灰：吉林熱電廠F類I級灰，主要性能指標(biāo)見表2。
細(xì)骨料：蛟河法河沿砂場河砂，II區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量1.0%。
粗骨料：敦化市新昌橄欖石礦業(yè)碎石，粒徑為5～25mm，含泥量0.4%。
減水劑：山西凱迪建材生產(chǎn)的KDSP-型聚羧酸減水劑，減水率≥25%。
2 配合比試驗及結(jié)果
與普通混凝土相比，自密實混凝土具有較大的漿骨比、較大的砂率并摻用了大量的礦物摻合料。首先根據(jù)配置強(qiáng)度確定水膠比，計算膠凝材料用量，確定砂率及減水劑摻量。要滿足自密實混凝土的流動性要求，水膠比一般根據(jù)經(jīng)驗在0.30-0.40之間取值，自密實混凝土的砂率一般在45%～55%范圍內(nèi)取值比較適宜，經(jīng)過計算基準(zhǔn)配合比，試驗時將膠凝材料用量定為430 kg/m3，水膠比為0.35，減水劑摻量為1.2%，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。為了獲得較大的流動度，在既定的原材料基礎(chǔ)上，對混凝土砂率及減水劑摻量進(jìn)行優(yōu)化試驗。
2.1 砂率及減水劑摻量優(yōu)化試驗
試驗采用坍落擴(kuò)展度法來評價混凝土的自由流動能力，擴(kuò)展度值是從坍落度筒提起后到混凝土完全擴(kuò)展后的平均直徑值。試驗結(jié)果見表3。
由試驗可知，混凝土在46%砂率情況下坍落度及擴(kuò)展度都較小，狀態(tài)較為干澀；隨著砂率的增加，混凝土的流動性有明顯改善；但砂率提升至52%時，對混凝土流動度的影響較小。減水劑的摻量提高0.1%時也對和易性產(chǎn)生明顯改善，但繼續(xù)提高摻量影響較小，且外加劑摻量過大容易造成泌水、離析現(xiàn)象，外加劑摻量達(dá)到1.3%即可。
流動性良好的自密實混凝土需選擇合適的砂率，粗骨料含量過小，會使混凝土彈性模量下降，產(chǎn)生較大的干縮。而粗骨料含量過大，集料之間的相互作用會引起較大的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，拌和物間隙通過性能差而易堵塞。在保證混凝土流動性的前提下，本試驗將砂率定為50%。
2.2 粉煤灰摻量試驗
適當(dāng)?shù)膿饺敕勖夯覍⑻岣咦悦軐嵒炷恋亩囗椥阅埽?）摻入粉煤灰能夠降低混凝土初期的水化熱，很好的防止混凝土因為早期水化熱過高而開裂，特別是對于大a體積混凝土；（2）粉煤灰中含有球形玻璃體，能起到作用，增加自密實混凝土的流動性；（3）粉煤灰成本較水泥低，能節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)性；（4）摻入粉煤灰能很好的提高混凝土的和易性，防止泌水離析等現(xiàn)象。試驗選取膠凝材料中粉煤灰摻量在20%、30%、40%、50%情況下進(jìn)行對比試驗，通過測試拌合物的流動度和力學(xué)性能綜合評價粉煤灰的摻量對自密實混凝土的工作性能的影響。試驗結(jié)果見表4。
水膠比提高0.01并未能取得理想的效果，反而使強(qiáng)度的降低速率更快，因而仍選擇0.35的水膠比進(jìn)行摻量對比試驗。加入粉煤灰摻和料之后，混凝土的流動性有了明顯的改善，坍落度和擴(kuò)展度均增大，且無泌水現(xiàn)象。從表中可見，摻加粉煤灰的混凝土其坍落度均接近240mm，而擴(kuò)展度也達(dá)到了600mm以上，基本達(dá)到自密實混凝土的工作性能要求?；鶞?zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度在7d、28d和56d分別為39.8MPa、49.3MPa和50.9MPa。而自密實混凝土7d、28d和56d，其抗壓強(qiáng)度變化分別在20.0MPa～34.4MPa、31.7MPa～46.6MPa和39.3MPa～49.2MPa?？梢?，在獲得良好的工作性能條件下，依然可以獲得理想的強(qiáng)度。
但當(dāng)粉煤灰摻量超過40%時，坍落擴(kuò)展度增長趨于平穩(wěn)，而強(qiáng)度的降低速率加快，56d強(qiáng)度已達(dá)不到C35混凝土的試配強(qiáng)度的要求。這就表明，粉煤灰的摻入量不宜過高，應(yīng)該控制在30%～40%為最佳，過大的摻量會導(dǎo)致強(qiáng)度大幅度降低。
綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和現(xiàn)場實際施工技術(shù)要求，在粉煤灰摻量達(dá)30%和40%時，水膠比為0.35的條件下，無論是符合28d齡期或56d齡期設(shè)計要求的自密實混凝土，流動度和力學(xué)性能均能滿足要求。
3 結(jié)束語
（1）在適當(dāng)?shù)哪z材用量和水膠比情況下，提高外加劑摻量、砂率、粉煤灰摻量能顯著提高自密實混凝土的工作性能，配置的C35自密實混凝土坍落度達(dá)到240mm、擴(kuò)展度達(dá)到600mm以上；不離析不泌水；力學(xué)性能也能滿足要求；減少水泥用量也大大提高了經(jīng)濟(jì)效益。
（2）高性能減水劑、適當(dāng)砂率及礦物摻和料的摻量是配置自密實混凝土的關(guān)鍵性要素，過小的摻量無法滿足混凝土工作性能的需求，而摻量過大又會造成強(qiáng)度的下降速率加快。使用本試驗所選擇的原材，當(dāng)減水劑摻量為1.3%、砂率為50%、粉煤灰摻量在30%～40%時，混凝土性能達(dá)到最佳。
（3）在混凝土硬化過程中，摻入粉煤灰還能有效降低水化熱，避免水泥漿體在水化過程中由于放熱大而產(chǎn)生裂縫，采用大摻量粉煤灰和高效減水劑進(jìn)行復(fù)合能制備出滿足要求的自密實高性能混凝土。
如果自密實混凝土的使用能更廣泛適應(yīng)施工建設(shè)的大生產(chǎn)化、快速化的要求，將對于縮短工期，加快施工速度，降低工人勞動強(qiáng)度具有重要意義，而且使得許多復(fù)雜的，不便振搗的混凝土結(jié)構(gòu)施工成為可能，滿足建筑物設(shè)計多功能化，復(fù)雜化的要求。
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關(guān)鍵詞：低溫地板輻射供暖系統(tǒng)，設(shè)計和施工，注意的問題
在人的一生中，有80%以上的時間是在室內(nèi)度過的。隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城鎮(zhèn)人民生活水平的不斷提高，人們對室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量有了更高的要求，室內(nèi)環(huán)境的品質(zhì)對人的身心健康、舒適感及工作效率都會產(chǎn)生直接的影響，尤其是熱環(huán)境和空氣品質(zhì)對人的影響更為突出，總之，能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、建筑節(jié)能以及按戶計量供暖收費制度的實施，特別是“以塑鋼”技術(shù)的發(fā)展，使得低溫?zé)崴匕遢椛洳膳夹g(shù)日益完善，低溫?zé)崴匕遢椛涔┡云涫孢m、衛(wèi)生、不占房間使用面積、節(jié)能、低噪音、便于分戶計量等優(yōu)點在采暖行業(yè)逐漸被人們認(rèn)可接受。
低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)的介紹
低溫?zé)崴匕遢椛洳膳菍崴艿缆駴]在房間內(nèi)部地面墊層內(nèi)的供暖系統(tǒng)。該系統(tǒng)以整個地面作為散熱面，地板在通過對流換熱加熱周圍空氣的同時，還與四周的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的人體進(jìn)行輻射換熱，從而達(dá)到供暖效果，其輻射換熱量占總換熱量的50%，所以地板輻射供暖是在輻射強(qiáng)度和溫度的雙重作用下對房間進(jìn)行供熱的，形成較合理的室內(nèi)溫度場分布和熱輻射作用，可有2~3℃的等效熱舒適度效應(yīng)。因此《低溫?zé)崴匕遢椛涔┡瘧?yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，低溫?zé)崴匕遢椛涔┡臒嶝?fù)荷計算宜將室內(nèi)計算溫度降低2℃或取常規(guī)對流式供暖方式計算熱負(fù)荷的90%~95%，也就是說，可以適當(dāng)降低建筑物熱負(fù)荷。另外，在室外溫度一定的情況下，由房間的能量很大部分都通過輻射獲得，因此房間的空氣溫度較傳統(tǒng)的散熱器供暖溫度低，所以房間由于換氣而帶來的損失較小，有利于節(jié)能。
加熱盤管管材的選擇
加熱盤管是低溫地板輻射采暖的核心，而塑料管對溫度很敏感，其所承受的壓力，隨著相應(yīng)的溫度的升高而劇烈下降，如果選用不當(dāng)將為低溫地板輻射采暖留下一大隱患。目前市場上使用的地?zé)峁懿拇蠖嗥贩N為交聯(lián)聚乙烯管（PE-X）、無規(guī)共聚聚丙烯管（PP-R）、聚丁烯管（PB）、耐高溫聚乙烯管（PE-RT），各種管材各有其優(yōu)缺點。下面分別簡單介紹一下這些管材：
PE-X管：合格的PE-X管材具有力學(xué)性能好，耐高溫和低溫性能好等優(yōu)點，但PE-X管材沒有熱塑性能，不能用熱熔焊接的方法連接和修復(fù)。
PP-R管：耐高溫性能好、力學(xué)性能好和連接性能優(yōu)越，但低溫沖擊性能較差。
PB管：乃蠕變性能和力學(xué)性能優(yōu)越，幾種管材中最柔軟。相同壓力下設(shè)計計復(fù)壁厚最薄，但價格較貴。
PE-RT管：力學(xué)性能十分穩(wěn)定，有耐低溫沖擊，耐水壓和耐熱蠕變性能，可以用熱熔連接方法連接。
對于上述幾種管材在設(shè)計施工中，我們要充分根據(jù)項目特點、使用溫度、壓力綜合考慮，做到即安全可靠又價廉物美，并能滿足設(shè)計和使用壽命的要求。論文參考網(wǎng)。
在低溫?zé)崴匕遢椛洳膳O(shè)計施工中應(yīng)注意的問題：
1.一般每戶集中設(shè)置一組分水器，按照分室控制的要求，應(yīng)按房間數(shù)確定支環(huán)路個數(shù)，衛(wèi)生間餐廳廚房可為一環(huán)，房間較大時可分多環(huán)。為使各環(huán)路平衡，每環(huán)盡量長度相等，且控制在60~100米之間，最長不得超過120米。
2.在采暖系統(tǒng)中，每組立管所帶的總戶數(shù)不宜超過40戶，同層一般不超過4戶，并對系統(tǒng)進(jìn)行合理的豎向分區(qū)，以減小埋地盤管的壓力和系統(tǒng)的垂直失調(diào)。
3.計算盤輔設(shè)間距時，首先要弄清使用房間的地面是水泥瓷磚還是木地板或者其他別的形式，然后再根據(jù)實際情況查《地面單位面積散熱表》確定其配管間距和地板表面溫度。
4.當(dāng)采暖房間面積超過30m2 長邊長度大于6米時應(yīng)按要求設(shè)置伸縮縫。
5.盤管敷設(shè)完進(jìn)行填充層施工時，在混凝土填充層施工及護(hù)養(yǎng)過程中管道必須保持不小于0.4MPa的水壓，并檢查壓力表指示情況，防止管道被施工中損失。
6.低溫地板輻射采暖系統(tǒng)試壓后，其系統(tǒng)中的水無法自行排泄干凈，尤其在冬季施工。論文參考網(wǎng)。如盤管中留有水，則很可能因水結(jié)冰而破壞整個加熱盤管，實際上這種現(xiàn)象時有發(fā)生。論文參考網(wǎng)。因此在試壓或沖洗后，應(yīng)采用壓縮空氣將加熱盤管中的水全部吹出，以防凍壞管路。
7.為了減小無效熱損失，在加熱盤管下面均敷有絕熱層，絕熱層一般采用聚苯乙烯泡沫塑料，絕熱層較軟而其上面是混凝土墊層，兩種不同硬度的材質(zhì)貼合在一起，很容易造成地板的龜裂。為了增強(qiáng)地板的抗裂性，可對豆石混凝土加入防龜裂乳劑，并在加熱盤管的上部和下部布置鋼絲網(wǎng)，這樣不盡增強(qiáng)了地板的抗裂性，在施工過程中也便于安裝和固定加熱盤管，同時也均衡了地板表面的散熱，一舉三得。
結(jié)束語：
低溫地板輻射供暖系統(tǒng)與傳統(tǒng)的散熱器供暖方式相比，有很多的優(yōu)越性，其舒適、衛(wèi)生不占空間，節(jié)能、低噪音、便于分戶計量等優(yōu)點，被廣大消費者認(rèn)可。我們要在設(shè)計和施工中揚長避短，充分發(fā)揮低溫地板輻射供暖系統(tǒng)的優(yōu)勢，鼓勵推行地板輻射供暖方式，滿足人們對室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的更高要求。
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不拆卸復(fù)合模板在混凝土硬化后不用拆除，并與混凝土形成整體共同承受荷載效應(yīng)，可替代鋼模和木模，具有可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益，但其復(fù)合模板的制備工藝還在不斷更新。本項目研究不同原料配比下復(fù)合模板的制備以及其基本力學(xué)性能試驗方法。本項目的研究成果將推動不拆卸復(fù)合模板技術(shù)在混凝土框架結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[關(guān)鍵詞]
不拆卸復(fù)合模板；制備；力學(xué)性能
0.前言
目前，我國現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的施工多采用鋼模板或木模板，模板工程費用約占混凝土工程造價的三分之一，勞動力和工期的一半。近年來，不拆模施工工藝逐漸發(fā)展。對國內(nèi)外永久性模板形式、技術(shù)特點歸納總結(jié)，提出一種新型GRC—PVC組合免拆模板。澳大利亞Ritek公司研發(fā)了硅鈣板永久性墻體模板，由于執(zhí)行的是該國的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，引進(jìn)后需根據(jù)中國國情，開發(fā)出適用于我國墻體的新型速成墻模。
本文以不拆卸復(fù)合模板替代現(xiàn)行的鋼模板和木模板。采用水泥、砂、石、耐堿玻璃纖維網(wǎng)布[和水，按一定工藝制成，其厚度不超過混凝土保護(hù)層厚。利用配套的組合鋼構(gòu)件，將復(fù)合模板組合成符合設(shè)計要求的形體。澆筑的主體結(jié)構(gòu)混凝土硬化后，復(fù)合模板作為混凝土保護(hù)層，與混凝土粘結(jié)為一體，共同承受各種作用。節(jié)約鋼木資源，符合環(huán)保要求。混凝土達(dá)到拆模齡期，僅需拆除組合鋼構(gòu)件，而不需拆除模板，且無需粉刷，可直接裝飾。勞動強(qiáng)度低，效率高。
1.不拆卸模板的制備
1.1 原材料
試驗采用P·C 42.5級硅酸鹽水泥，應(yīng)符合GB 175-2007的規(guī)定；耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布，應(yīng)符合JC/T 841-2007的規(guī)定；直徑小于9.5mm的卵石，應(yīng)符合GB/T 14685-2001的規(guī)定；細(xì)砂應(yīng)符合GB/T 14684-2003的規(guī)定。
玻璃纖維網(wǎng)格布應(yīng)選用耐堿性玻璃纖維網(wǎng)格布。由于硅酸鹽水泥水化時產(chǎn)生大量Ca（OH）2，使混凝土呈較強(qiáng)的堿性，玻璃纖維常因被堿蝕而導(dǎo)致脆化，使混凝土的韌性和抗彎強(qiáng)度嚴(yán)重下降。目前普遍使用抗堿玻璃纖維代替普通玻璃纖維作為混凝土的增強(qiáng)材料，使玻璃纖維的堿蝕脆化現(xiàn)象得到了一定的改善。
1.2 不拆卸復(fù)合模板的制作工藝
攪拌：將原料按一定比例倒入混凝土攪拌機(jī)內(nèi)加水?dāng)嚢杈鶆颍?/p>
布網(wǎng)入模：在設(shè)有方框肋條的模具內(nèi)布入一層耐堿玻璃纖維網(wǎng)布，將攪拌好的混凝土倒入；
振動成型：用振動機(jī)將混凝土振實，讓其自然凝固成型；
養(yǎng)護(hù)：在混凝土養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)24小時后脫模，然后再養(yǎng)護(hù)27天。
2.試驗方法
2.1 試件參數(shù)
本次試驗制作的試件參數(shù)如表1所示。
2.2 抗折強(qiáng)度試驗
玻璃纖維復(fù)合模板試樣長寬尺寸500mm×500mm，厚25mm。在抗折試驗機(jī)上進(jìn)行抗折破壞試驗。
（1）清除試樣表面的粘渣、毛刺，放入潔凈水中浸泡24小時；
（2）將試樣從水中取出，擦去表面附著水，外露表面朝上，置于抗折機(jī)的支座上。兩個支座為圓形鋼棒，直徑40mm，中到中距離為100mm，其中一個固定，另一個可滾動。
（3）啟動試驗機(jī)，連續(xù)均勻加載，直到試樣破壞。
混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗折試樣以及摻入了玻璃纖維標(biāo)準(zhǔn)抗折試樣，試樣尺寸均為40mm×40mm×160mm，按《普通混凝土力學(xué)性能實驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2002）中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)實驗方法，進(jìn)行混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗折強(qiáng)度試驗。
2.3 抗壓強(qiáng)度試驗
混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗壓試樣以及摻入了玻璃纖維標(biāo)準(zhǔn)抗壓試樣，試樣尺寸均為150mm×1500mm×150mm，按《普通混凝土力學(xué)性能實驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2002）中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)實驗方法，進(jìn)行混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗。
復(fù)合模板長寬尺寸500mm×500mm，厚25mm，在抗壓試驗機(jī)上進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗。
3.結(jié)果與討論
抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度試驗結(jié)果分別如表2、3所示。
從實驗數(shù)據(jù)看出，標(biāo)準(zhǔn)抗折試樣摻加了玻璃纖維后，混凝土的抗折強(qiáng)度有了明顯的變化；標(biāo)準(zhǔn)抗壓試樣摻加了玻璃纖維后，混凝土的抗壓強(qiáng)度也有了明顯的變化。由此，復(fù)合模板的制作中采用耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布，也能有效提高其強(qiáng)度。
4.結(jié)論
（1）通過在普通混凝土中摻入玻璃纖維短切絲，在摻入一定量的范圍內(nèi)可有效提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。
（2）添加一定量的玻璃纖維后，混凝土的抗折強(qiáng)度得到了大幅度的提高。
（3）采用耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布制作的復(fù)合模板的基本力學(xué)性能的研究有待進(jìn)一步完善?？赏ㄟ^對比試驗法，將得出不拆卸復(fù)合模板與標(biāo)準(zhǔn)試樣的強(qiáng)度換算公式。
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關(guān)鍵詞：地方高校；工科類；培養(yǎng)模式；優(yōu)秀專業(yè)人才
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）08-0120-02
人才培養(yǎng)模式，被認(rèn)為是為實現(xiàn)一定的人才培養(yǎng)目標(biāo)的整個管理活動的組織構(gòu)建方式。本科培養(yǎng)模式的改革涉及本科教育的多個方面，包括專業(yè)定位、培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系和教學(xué)管理體系等。近十年來，地方工科類高校經(jīng)過資源整合、擴(kuò)大規(guī)模，取得了較大的發(fā)展，如何結(jié)合專業(yè)特點和地方社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，在原有更加平均化的本科人才培養(yǎng)模式的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建立更加高效的本科優(yōu)秀專業(yè)人才培養(yǎng)模式是一個值得探討的問題。
一、課堂教學(xué)
近幾年，地方院校隨著本科生數(shù)量的大幅度增加，加上一大批年輕教師走上講臺，承擔(dān)了更大比例的教學(xué)任務(wù)；而多數(shù)地方高校對教學(xué)的重視程度和投入力度較低，致使部分青年教師的工作重心放在了科研上，而對教學(xué)的投入精力很少。因此，地方院校的本科生教學(xué)質(zhì)量層次不齊，甚至有明顯的滑坡現(xiàn)象。基于此，首先，青年教師應(yīng)該對本科教學(xué)工作有高度的責(zé)任感；其次，高校教務(wù)管理部門應(yīng)該加大教學(xué)投入成本，加大對青年教師擔(dān)任教學(xué)任務(wù)的支持或獎勵力度。對于授課教師而言，除了抓好課前準(zhǔn)備過程外，應(yīng)著重抓好下面兩個環(huán)節(jié)。
1.課堂講授過程。（1）專題講座式教學(xué)法，為了讓學(xué)生能夠在更加豐富多樣的教學(xué)方式中獲取專業(yè)知識，更準(zhǔn)確、深刻理解較難懂的專業(yè)名詞，同時，也為了讓學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課的過程中拓寬專業(yè)知識面，增加對專業(yè)領(lǐng)域的深層次理解，從而調(diào)動學(xué)生對專業(yè)課學(xué)習(xí)的積極性，在每一章的教學(xué)中適當(dāng)穿插專題講座的形式提高專業(yè)課的課堂教學(xué)效果。（2）小組學(xué)習(xí)法，以“材料科學(xué)與工程”專業(yè)為例，其教學(xué)過程可包括以下內(nèi)容。①專題設(shè)計。首先，任課教師應(yīng)該提出與教學(xué)大綱相關(guān)的具有研究價值或者產(chǎn)業(yè)化前景的專題，對涉及的主要內(nèi)容、理論難點、熱點、創(chuàng)新點，以及與生產(chǎn)相關(guān)的問題進(jìn)行概括和引導(dǎo)，由學(xué)習(xí)小組根據(jù)自己的興趣和實際情況確定選題；其次，在講授中，應(yīng)注意理清專題的框架結(jié)構(gòu)和邏輯線索，重點解決難點問題，多給學(xué)生留下思考和拓展的空間。例如，圍繞與《材料力學(xué)性能》專業(yè)課第一章中材料的強(qiáng)度（硬度）、塑性和韌性相關(guān)的研究方向――“硬質(zhì)納米復(fù)合材料的研究”，可以分組設(shè)計如下專題：a.TiN系列硬質(zhì)納米復(fù)合薄膜的力學(xué)性能；b.CrN系列硬質(zhì)納米復(fù)合薄膜的力學(xué)性能；c.TiN/MeN多層復(fù)合薄膜的綜合力學(xué)性能等。這個研究方向中重點研究復(fù)合材料的力學(xué)性能，尤其是硬度和塑性的協(xié)調(diào)性，對于目前的高端刀具和模具涂層產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。在講授中，應(yīng)讓學(xué)生抓住主要問題討論，比如在這些專題中需要使用的硬度和塑韌性的評價方法及之間的關(guān)系；此外，對這方面的應(yīng)用感興趣的小組也可以做些市場調(diào)研，了解不同系列硬質(zhì)納米復(fù)合薄膜的適用場合和實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化遇到的主要問題，從而通過下面“問題體驗”環(huán)節(jié)的調(diào)研文獻(xiàn)和“交流與展示”環(huán)節(jié)的討論過程，得到任課教師的指導(dǎo)。②問題體驗。包括資料搜集過程，即圖書館查閱相關(guān)資料，在互聯(lián)網(wǎng)上搜索相關(guān)科技論文，咨詢相關(guān)企業(yè)技術(shù)人員等。分析研究過程是對收集到的資料進(jìn)行消化吸收、觀點整合，對現(xiàn)實生產(chǎn)中的問題進(jìn)行調(diào)研、思考，形成一定的觀點或研發(fā)思路。學(xué)習(xí)小組可就本組形成的基本觀點與教師溝通，教師對學(xué)生的相關(guān)問題進(jìn)行指導(dǎo)。③交流與展示。專門安排討論會，每個學(xué)習(xí)小組都有機(jī)會在本專業(yè)展示自己的研究報告，同時回答同學(xué)們提出的相關(guān)問題。每次交流之后，教師都要對每個學(xué)習(xí)小組認(rèn)真點評總結(jié)，并為以后的專題設(shè)計提供經(jīng)驗。
2.課后實習(xí)過程。目前，大多數(shù)地方高校工科專業(yè)都設(shè)置“認(rèn)識實習(xí)”和“生產(chǎn)實習(xí)”環(huán)節(jié)，然而，兩個階段的實習(xí)教學(xué)內(nèi)容的質(zhì)量亟待提高。以安徽工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)的實習(xí)為例，主要存在如下問題。（1）本專業(yè)學(xué)生人數(shù)較多，本年度四年級參加生產(chǎn)實習(xí)的人數(shù)多達(dá)175人，從而為集中帶隊實習(xí)帶來了較多的問題，如接收實習(xí)的相關(guān)企業(yè)不太愿意，集中住宿地點較難選擇和安全因素等。（2）由于人數(shù)較多，相關(guān)企業(yè)為了不影響正常生產(chǎn)進(jìn)度，“生產(chǎn)實習(xí)”亦為參觀實習(xí)，因此，“生產(chǎn)實習(xí)”環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容幾乎與“認(rèn)識實習(xí)”模式相同。（3）由于時間集中和學(xué)生人數(shù)多，實習(xí)廠家只能聯(lián)系較傳統(tǒng)的國企，實習(xí)地點往往是工藝和生產(chǎn)技術(shù)較落后的車間。本文提出如下整改措施。（1）從原有集中時間、集中學(xué)生的生產(chǎn)實習(xí)過程調(diào)整為某個學(xué)期分組、分階段的形式。（2）改變原有一個老師帶一個班級的教學(xué)方式，由教研室根據(jù)現(xiàn)有教師的橫向合作企業(yè)及學(xué)校教務(wù)處聯(lián)系的本科生實踐企業(yè)名單，分小方向，然后在學(xué)生選擇的基礎(chǔ)上分組安排每個方向?qū)?yīng)的廠家、帶隊教師以及實習(xí)時間。這種形式的一個明顯優(yōu)勢是能夠利用本專業(yè)老師產(chǎn)學(xué)研課題的合作關(guān)系聯(lián)系相關(guān)的實習(xí)企業(yè)，尤其對于“材料科學(xué)與工程”專業(yè)而言，越來越多的老師和新型的高科技企業(yè)建立合作關(guān)系，這也是資源充分利用的一個機(jī)會。（3）改進(jìn)原有的通過學(xué)生遞交生產(chǎn)實習(xí)報告的考核形式，可以結(jié)合分組討論和口頭報告的形式進(jìn)行考核。
二、專業(yè)實踐與畢業(yè)論文
1.分級培養(yǎng)模式。目前本科生的專業(yè)培養(yǎng)過程基本可以概括為：基礎(chǔ)課（1～4學(xué)期）基礎(chǔ)專業(yè)課和認(rèn)識實習(xí)（4～5學(xué)期）專業(yè)課和生產(chǎn)實習(xí)（5～7學(xué)期）畢業(yè)論文（8學(xué)期），在這個過程中，主要存在下面三個方面的問題：第一，現(xiàn)有生產(chǎn)實習(xí)的教學(xué)效果非常低，甚至是走馬觀花，前文中已詳細(xì)論述；第二，前兩年的基礎(chǔ)課和基礎(chǔ)專業(yè)課的學(xué)習(xí)效果較好，從第五學(xué)期開始學(xué)生對專業(yè)課的學(xué)習(xí)態(tài)度和投入的精力明顯降低，而到第七學(xué)期，專業(yè)課教學(xué)效果非常差，最后一學(xué)期的畢業(yè)論文質(zhì)量更是逐年下降；第三，本科生培養(yǎng)的全過程需要專業(yè)課老師擔(dān)任班主任工作，在專業(yè)課的學(xué)習(xí)上需要老師的引導(dǎo)，有更多的機(jī)會讓學(xué)生能夠了解到專業(yè)知識的應(yīng)用前景，也有助于學(xué)生對專業(yè)課學(xué)習(xí)的態(tài)度保持與初入校對待基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)相當(dāng)?shù)姆e極性，而要讓專業(yè)課老師積極參與本科生的管理，增強(qiáng)班主任的責(zé)任心，還需要學(xué)校相關(guān)部門和學(xué)院制定系列有針對性的政策，從而鼓勵和調(diào)動專業(yè)課老師的熱情投入對培養(yǎng)本科優(yōu)秀專業(yè)人才的重要環(huán)節(jié)。從第六學(xué)期開始可以對本科生實施分級培養(yǎng)的模式，具體方案如下。①根據(jù)學(xué)生實際情況和班主任老師的指導(dǎo)，每位同學(xué)對自己接下來的職業(yè)規(guī)劃作出初步選擇――“就業(yè)”或“考研”。②對選擇就業(yè)的同學(xué)從第七學(xué)期開始進(jìn)入本科畢業(yè)論文的準(zhǔn)備和試驗階段，而這批同學(xué)應(yīng)該結(jié)合自己的興趣首選有橫向科研項目的指導(dǎo)老師。③對選擇考研的同學(xué)進(jìn)行再分類：國內(nèi)和國外。選擇考研的學(xué)生畢業(yè)論文的題目最好能夠和所報學(xué)校專業(yè)的意向?qū)煹难芯糠较蚪咏?，尤其是對于報考外校的學(xué)生比較重要，從近幾年安徽工業(yè)大學(xué)材料專業(yè)報考研究生的錄取結(jié)果來看，通過各種渠道提前確定意向?qū)煂τ趶?fù)試的成功率有決定性的影響。近幾年，國內(nèi)考研熱一直居高不下，而對于工科專業(yè)的學(xué)生來說，選擇國外讀研不失為一條更加明智和高效的途徑，尤其對于家庭經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)較重而又對專業(yè)研究興趣濃厚的學(xué)生來說，由于國外工科類的研究生絕大多數(shù)都會提供較大額度的獎學(xué)金，因此選擇國外讀研比國內(nèi)讀研需要更少的經(jīng)濟(jì)投入，當(dāng)然，無論從科研硬件條件，還是導(dǎo)師和科研環(huán)境等方面，國外的多數(shù)高校優(yōu)于國內(nèi)的整體碩士研究生教育質(zhì)量。
2.本科畢業(yè)論文新模式。結(jié)合本校本科論文的現(xiàn)狀和已有調(diào)研結(jié)果，影響工科類本科畢業(yè)論文質(zhì)量的主要因素和整改措施分析如下。①多數(shù)學(xué)生對畢業(yè)論文不夠重視，而把主要精力放在了就業(yè)和考研上，因此，通過畢業(yè)論文動員和指導(dǎo)教師的引導(dǎo)，提高學(xué)生對畢業(yè)論文重要性的認(rèn)識是保證論文質(zhì)量的前提條件。②本科生畢業(yè)論文經(jīng)費投入不足。隨著招生規(guī)模的增加，導(dǎo)致辦學(xué)資源不足的矛盾在近幾年尤其明顯，而學(xué)校對教學(xué)資源的投入又相對滯后，因此，普通高校一般在本科畢業(yè)論文上的投入很少，尤其工科專業(yè)更顯不足，這一點尤其對沒有課題的年輕教師是個障礙。因此，每個專業(yè)分配畢業(yè)論文學(xué)生數(shù)的時候應(yīng)該考慮每個教師的實際情況。③對本科畢業(yè)論文的考核制度不嚴(yán)。從本校的本科生論文環(huán)節(jié)可以發(fā)現(xiàn)，參加答辯前提交給評審老師的論文撰寫質(zhì)量普遍較差，主要存在錯別字較多，專業(yè)術(shù)語和科技論文寫作格式不規(guī)范，圖片質(zhì)量較差，與實驗數(shù)據(jù)相對應(yīng)的分析文不對題，英文摘要的翻譯語病較多等。④畢業(yè)論文環(huán)節(jié)的教學(xué)時間應(yīng)該提前到第七學(xué)期，畢業(yè)論文寫作時間彈性制。對于第六學(xué)期計劃就業(yè)的學(xué)生可以在第七學(xué)期進(jìn)入畢業(yè)論文試驗過程，第八學(xué)期開學(xué)參加答辯；對于決定參加國內(nèi)考研的同學(xué)可以適當(dāng)放寬畢業(yè)論文過程的時間，可以在畢業(yè)前夕參加答辯；對于有志于申請國外讀研的學(xué)生畢業(yè)論文的過程可以從第六學(xué)期（或者更早的第五學(xué)期）到畢業(yè)前夕，其答辯時間可以靈活安排。⑤加強(qiáng)學(xué)生論文寫作技能的培訓(xùn)。實行低年級課程論文寫作訓(xùn)練模塊和《學(xué)術(shù)論文寫作指導(dǎo)》課程模塊的教學(xué)計劃，以研究方法及《文獻(xiàn)檢索與利用》等課程為輔助手段，對工科大學(xué)生的科技論文寫作能力的培養(yǎng)有重要的作用。在專業(yè)課教學(xué)過程中，任課教師應(yīng)該有意識地為學(xué)生設(shè)計一些小題目，鼓勵學(xué)生自己查閱相關(guān)文獻(xiàn)，寫一些綜述性的專業(yè)小論文，培養(yǎng)學(xué)生寫論文的興趣、技巧和能力，為日后畢業(yè)論文的寫作打下堅實的基礎(chǔ)。
盡管部分地方高校的本科生源質(zhì)量有所提高，但是招生數(shù)量的急劇增加帶來了一些問題，因此，圍繞本科優(yōu)秀專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，進(jìn)行分級培養(yǎng)模式的改革嘗試應(yīng)該受到重視，培養(yǎng)綜合能力優(yōu)秀的本科專業(yè)人才和具有扎實基礎(chǔ)的研究型人才，對于普通高校的可持續(xù)發(fā)展有一定的推動作用。學(xué)校和專業(yè)課老師應(yīng)該密切關(guān)注這些專業(yè)能力突出的優(yōu)秀本科畢業(yè)生，尤其要與在國外讀研的本專業(yè)學(xué)生加強(qiáng)聯(lián)系，從而為本專業(yè)學(xué)生日后的出國學(xué)習(xí)提供良好的信息渠道和連帶效應(yīng)。
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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)合材料為研究對象，對相關(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，對復(fù)合材料的概念進(jìn)行了闡述，最后對碳纖維增強(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)實狀況，開發(fā)研制新材料，是解決這個問題的根本途徑。運用對材料改性的方法，來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。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對于復(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)于任一單獨組分的性能。⑵復(fù)合材料的分類簡介：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。本文討論的是最后一種高分子基復(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。其中本文討論的對象屬于無機(jī)纖維復(fù)合材料這一類別，因為碳纖維就是無機(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增強(qiáng)一個基體，制備成的復(fù)合材料叫做混雜纖維復(fù)合材料。實質(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
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)勢作用。之所以用纖維作增強(qiáng)材料是因為纖維具有高強(qiáng)度和高模量的優(yōu)點，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。不僅僅如此，基體還需發(fā)揮均勻分散載荷的作用，通過界面層，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)計趨于最佳化，就能最大程度上發(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，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)生過程是，首先出現(xiàn)裂縫，繼而裂紋向進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢發(fā)展，直到被基體和纖維的界面攔阻。在此過程中，纖維的薄弱部位最先被破壞，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，在吸熱的同時又冷卻下來。材料在高溫下逐漸消失的同時，表面又有很高的吸熱效率。這些都是材料高溫性能卓越的物理特征。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)來說明的話，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，載荷也會進(jìn)行重新分配，著力在尚未斷裂的纖維部分。因此，短時間內(nèi)，不會影響到整個構(gòu)件的承載能力。⑸設(shè)計的可操作性強(qiáng)：當(dāng)復(fù)合材料需要符合性能和結(jié)構(gòu)的設(shè)計需求時，可以通過很多方法來實現(xiàn)。包括改變基體和纖維的品種，調(diào)整它們的含量比例，也可以通過調(diào)整纖維的層鋪結(jié)構(gòu)和排列方式來實現(xiàn)。因此，可以說，纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料有很強(qiáng)的設(shè)計可操作性。⑹成型工藝簡單易成：成型工藝過程十分簡單易成，因其制品大多都是整體成型，無需使用到焊接、切割等二次加工，工藝流程簡單好操作。一次性成型不僅可以減少加工的時間，同時減少了零部件、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為具有吸振能力，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對纖維的分類：纖維存在有機(jī)纖維和無機(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。除最后一種芳綸纖維以外，其他四種都屬于無機(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、抗震動衰減、自性以及防原子輻射等。因為碳纖維的纖維屬性，因此可以對其編制加工，纏繞成型。利用纖維狀直徑細(xì)的特點，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，不得不說碳纖維是復(fù)合材料增強(qiáng)纖維的首選。⑶碳纖維的力學(xué)性質(zhì)：碳纖維的力學(xué)性質(zhì)主要通過軸向抗拉模量來體現(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
在地下處理及邊坡工程中，裂隙巖石所賦存的地質(zhì)條件十分惡劣，所涉及的物理-化學(xué)過程復(fù)雜，主要有熱傳輸過程（T）、介質(zhì)應(yīng)力變形（包括斷裂、損傷）過程（M）、化學(xué)反應(yīng)（C）等幾個過程。一方面裂隙巖體受地?zé)帷⑺瘜W(xué)溶液侵蝕作用后，使其物理化力學(xué)性質(zhì)發(fā)生很大變異，另一方面，水溶液通過溶蝕巖體而將溶蝕物質(zhì)帶走，使巖體性狀變差，嚴(yán)重影響巖土工程的長期穩(wěn)定性。因此耦合過程研究是相關(guān)的巖石工程的最基礎(chǔ)性研究之一，具有十分重要的科學(xué)意義和工程意義。
關(guān)鍵詞：力學(xué)性能 腐蝕 損傷 變量 單軸試驗
中圖分類號：C33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
一、化學(xué)損傷變量的定義
（1）損傷機(jī)理巖石被浸泡在各種化學(xué)溶液里發(fā)生的化學(xué)作用，主要有溶解作用、水解作用和碳酸化作用等。而且?guī)r石中有很多礦物能溶解于水，如K+、Na+等氯化物，Ca2+
,Mg2+等氯化物和碳酸鹽以及Fe3+ ,A13+等氧化物和硅酸鹽，所以巖石受到化學(xué)作用后，其中巖石中膠結(jié)物質(zhì)反應(yīng)掉而使剩余難溶礦物喪失相互膠結(jié)能力，使巖石變得松散脆弱，有效承載面積降低。
（2）化學(xué)損傷變量根據(jù)有效承載面積定義化學(xué)損傷變量：
DC==（1）
其中,R,V0, 分別是巖石初始有效承載面積，承載體體積,及質(zhì)量。，，，分別是化學(xué)腐蝕后巖石沒有承載能力部分的面積，體積及質(zhì)量。
二、化學(xué)損傷變量的計算
設(shè)化學(xué)溶液與巖石反應(yīng)的一般化學(xué)反應(yīng)方程式為：
（2）
其中A為與巖石反應(yīng)的溶質(zhì)，B為巖石中參與反應(yīng)的成份，G，H為化學(xué)反應(yīng)生成物
由化學(xué)動力學(xué)方程得：
（3）
其中是A物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)速率，是化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)，,分別為A物質(zhì)與B物質(zhì)的濃度，，是反應(yīng)級數(shù)。
由Arrhenius (阿侖尼烏斯)公式[1]可得
其中為前置因子，Ea 為反應(yīng)活化能，R為氣體常數(shù)取8.314，T為反應(yīng)溫度。
故 化學(xué)反應(yīng)速率方程為
單位：（4）
設(shè)巖石在化學(xué)溶液中浸泡的時間為t,從0~t時間，溫度變化函數(shù)為T(t),濃度變化函數(shù)為
，溶液體積為V則經(jīng)過時間t, A物質(zhì)的消耗量為
N1= （5）
B物質(zhì)的消耗量為 N2= （6）
設(shè)巖石中每種成份都是均勻分布的，反應(yīng)消耗掉的B物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為MB ，B物質(zhì)質(zhì)量占巖石總質(zhì)量的比重為p，則化學(xué)腐蝕導(dǎo)致巖石結(jié)構(gòu)破壞喪失承載能力部分的質(zhì)量為
（7）
則化學(xué)-溫度作用下的化學(xué)損傷變量為
DC= = （8）
三、試驗驗證
本文取文獻(xiàn)[4~5]（“均質(zhì)砂巖酸腐蝕的力學(xué)性質(zhì)分析”霍潤科等著）中的實驗數(shù)據(jù)驗證常溫下本文本構(gòu)模型。
原文實驗數(shù)據(jù)如下
巖石成份：Φ50 mm×100 mm的標(biāo)準(zhǔn)鈣質(zhì)砂巖試件。巖樣的天然密度為2.47 g/cm3,孔隙率4.43%,其主要礦物成分為石英(450 g/kg)、長石(350 g/kg)、巖屑(=100 g/kg)，鈣質(zhì) CaCO3
(40 g/kg)和泥質(zhì)膠結(jié)率(
膠結(jié)。實驗溫度:恒溫20 單個試件浸泡鹽酸溶液體積 2L，鹽酸濃度0.1mol/L
表1
不同溶液中巖石各階段的單軸抗壓強(qiáng)度值(MPa)
主要化學(xué)反應(yīng)方程式：
2HCL+CaCO3=CaCL2+CO2+H2O
T=293K時，
化學(xué)反應(yīng)速率方程為 (13) [6~7]
表 2
時間t（天） 0 5 9 14
0.776 0.7498 0.7338 0.711
根據(jù)表2數(shù)據(jù) 利用牛頓插值法求得鹽酸濃度隨時間變化函數(shù)為
由(5)式，（13）式可得
浸泡 5天后消耗的HCl 量為
= =2.270mol
浸泡 9天后消耗的HCl 量為
=4.0385mol
浸泡 14天后消耗的HCl 量為
=6.2024mol
將上述數(shù)據(jù)分別代入（6）(7)(8)式可得
浸泡 5天后=28.375g
同理求得浸泡 9天后
浸泡 14天后
代入（11）式得
同理可求得浸泡 9 天后
浸泡 14天后
當(dāng)時峰值損傷，抗壓強(qiáng)度計算值與實驗值對比見下表
時間t（天） 抗壓強(qiáng)度（Mpa)
時間t（天） 峰值應(yīng)變（%)
浸泡5天時的本構(gòu)模型
同理可得浸泡14天巖石的本構(gòu)模型：
）
）
應(yīng)力-應(yīng)變對比圖形見下圖
文獻(xiàn)實驗曲線圖[5]：
浸泡5天應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖 浸泡14天應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖
本文計算模擬曲線圖：
浸泡5天應(yīng)力-應(yīng)變模擬圖浸泡14天應(yīng)力-應(yīng)變模擬圖
四、結(jié)論
本文在損傷理論的基礎(chǔ)上，利用化學(xué)動力學(xué)原理，建立了溫度-化學(xué)作用下下的巖石本構(gòu)模型，并利用文獻(xiàn)，中的已有實驗數(shù)據(jù)對本構(gòu)理論進(jìn)行了常溫下驗證，從實驗和理論對比可以發(fā)現(xiàn)：
峰值應(yīng)力前，實驗數(shù)據(jù)與計算值吻合較好，峰值應(yīng)力，應(yīng)變預(yù)測值與實驗值基本吻合。巖石破壞后，實驗曲線與理論曲線有所出入。
對于水的物理作用對巖石力學(xué)性能的影響，比如溶解作用，水流作用，本文暫未考慮。
不同溫度環(huán)境下巖石力學(xué)性能實驗正陸續(xù)展開，其計算結(jié)果尚需大量試樣的進(jìn)一步分析和驗證,以便對模型進(jìn)行修正和完善。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：拉擠；玻璃鋼；不飽和樹脂；固化度
拉擠成型工藝是將浸漬樹脂膠液的連續(xù)纖維、帶、布或氈等，在牽引力作用下通過模具擠壓、固化，連續(xù)不斷生產(chǎn)長度不限的玻璃鋼型材的一種成型工藝。適合于生產(chǎn)各種斷面形式的玻璃鋼型材，如管、棒、實體型材（工字型、槽型、方形）和空腹型材（門窗型材、葉片）等，具有制品性能穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、纖維含量高、成本較低等優(yōu)點，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用[1-3]。
采用拉擠成型工藝生產(chǎn)的玻璃鋼天線罩由于具有透波性好、耐候性好，絕緣、重量輕、強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，目前已廣泛用于無線移動通信基站天線的保護(hù)外殼等多個領(lǐng)域[4]。
玻璃鋼天線罩一般以玻璃纖維紗、玻璃纖維氈、不飽和聚酯樹脂為主要原料。不飽和聚酯樹脂的固化度越高，玻璃鋼制品的力學(xué)性能、電性能越好；同時，產(chǎn)品中殘留的苯乙烯含量越低，使用過程中的苯乙烯排放越小，對環(huán)境保護(hù)是有利的[5]。
對于拉擠成型工藝，由于樹脂在模具中的固化時間短，其固化度往往難以達(dá)到較高水平。本文從實際工作出發(fā)，對工藝進(jìn)行了一些改進(jìn)，取得了較為理想的效果。
1實驗部分
1.1 實驗原料
不飽和聚酯樹脂HS-2252，常州華科聚合物股份有限公司；顏料糊，常州華科聚合物股份有限公司；脫模劑BST-T5，常州百思通復(fù)合材料有限公司；無堿無捻玻璃纖維拉擠紗，重慶國際復(fù)合材料有限公司；BUTANOX M50過氧化甲乙酮（MEKP），阿克蘇諾貝爾；PERKADOX CH50過氧化苯甲酰（BPO），阿克蘇諾貝爾；TRIGONOX HM過氧化異丁基甲基甲酮（MIBKP），阿克蘇諾貝爾；TRIGONOX C過氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB），阿克蘇諾貝爾。
1.2 實驗儀器
氣相色譜儀，日本島津；差式掃描量熱分析（DSC），日本精工；萬能材料試驗機(jī)，深圳新三思；電子分析天平，梅特勒-托利多。
1.3 實驗方法
由于不飽和聚酯樹脂的固化過程屬于自由基聚合反應(yīng)，其固化度主要與轉(zhuǎn)化率有關(guān)，其固化產(chǎn)物是高聚物、單體和少量活性中心的混合物。固化度越高，其中單體含量越低，所以可以通過測試固化后的產(chǎn)品中的苯乙烯殘留量來評價樹脂的固化度[6]。
本文通過采用不同配方及工藝參數(shù)進(jìn)行拉擠試驗，測定產(chǎn)品中殘留苯乙烯含量來評價樹脂的固化度。
殘留苯乙烯含量的測試方法按照《GB/T 14520-1993氣相色譜分析法測定不飽和聚酯樹脂增強(qiáng)塑料中的殘留苯乙烯單體含量》標(biāo)準(zhǔn)，通過氣相色譜儀，采用GC-FID，測定二氯甲烷提取固化物中的苯乙烯含量。
同時，測定不同固化度的玻璃鋼拉擠制品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）以及力學(xué)性能，評價固化度對玻璃鋼拉擠天線罩的性能影響。
Tg的測定，使用DSC法，掃描速度為10°C/min。
力學(xué)性能按照《GB/T 1447-2005纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗方法》、《GB/T 1449-2005纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗方法》，采用萬能材料試驗機(jī)進(jìn)行測定。
2. 實驗結(jié)果與討論
2.1 不同引發(fā)劑對樹脂固化度的影響
通過改變不同引發(fā)劑種類，保證引發(fā)劑的總含量不變，分別按以下配方配制樹脂糊（添加量按有效成分計算），采用拉擠工藝制作樣品，測定其殘留苯乙烯含量，優(yōu)選出最適合的配比。
拉擠工藝參數(shù)為，中區(qū)溫度140℃，拉擠速度0.5m/min。
由此可以看出，在維持引發(fā)劑的總添加量不變的情況下，使用高活性的引發(fā)劑來替代TBPB，可以有效的提高玻璃鋼拉擠制品的固化度。其中，以MIBKP效果最好，BPO和MEKP效果相當(dāng)，MEKP略好。
2.2 不同固化度玻璃鋼制品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度
取2.1所述不同配方制得的玻璃鋼樣品，放置到標(biāo)準(zhǔn)鋁坩堝中，使用DSC測定其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），測試結(jié)果如下：
由此可以看出，玻璃鋼制品的固化度越高，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越高。
2.3不同固化度玻璃鋼制品的力學(xué)性能
取2.1所述不同配方制得的玻璃鋼樣品，按標(biāo)準(zhǔn)要求加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣，測試其拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，結(jié)果如下：
圖 2不同殘留苯乙烯含量玻璃鋼制品的力學(xué)性能
上述數(shù)據(jù)可以看出，隨著固化度的提高，制品的彎曲強(qiáng)度明顯提高；但拉伸強(qiáng)度提高得不是很明顯。這是由于，玻璃鋼的拉伸強(qiáng)度主要由增強(qiáng)纖維提供，樹脂固化度的提高，并不能明顯改善其拉伸性能；而彎曲性能是評價玻璃鋼制品綜合力學(xué)性能的一個指標(biāo)，樹脂的固化度越高，增強(qiáng)纖維的性能越能有效發(fā)揮，因此其彎曲強(qiáng)度也越高。
2.4 不同溫度對樹脂固化度的影響
由以上實驗已知，3號配方的殘留苯乙烯含量最低。因此，全部以3號配方，分別按以下不同模具溫度，采用拉擠工藝制作樣品，測定其殘留苯乙烯含量。
由以上數(shù)據(jù)可知提高各區(qū)固化溫度能顯著提高降低拉擠制品中苯乙烯的含量，提高固化度。這是因為拉擠速度不變，提高固化溫度能提高樹脂固化反應(yīng)速率，即在相同的時間下提高了樹脂的固化反應(yīng)程度。
3. 結(jié)論
（1）過氧化異丁基甲基甲酮與過氧化苯甲酸叔丁酯的協(xié)同固化體系，有利于提高拉擠工藝中，不飽和聚酯樹脂的固化度。
（2）不飽和聚酯樹脂的固化度越高，其玻璃鋼制品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越高。
（3）不飽和聚酯樹脂的固化度，對其玻璃鋼制品的彎曲強(qiáng)度有明顯影響，對拉伸性能影響不大。
（4）成型溫度越高，樹脂的固化度越高，但是過高的成型溫度是拉擠成型工藝所不能接受的；所以，應(yīng)在工藝能夠接受的范圍內(nèi)，盡量提高成型溫
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：土槽試驗技術(shù)；車輛地面力學(xué)；行星探測
中圖分類號：U461.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2550（2013）02-0001-05
車輛地面力學(xué)是研究越野行駛中機(jī)器與地面相互作用的一門力學(xué)學(xué)科[1]，研究內(nèi)容包括對機(jī)器通過性的預(yù)測和評價，行走機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計以及對地面可行駛性的預(yù)測判斷等幾個方面。車輛地面力學(xué)從一開始就是一門試驗與理論并重的學(xué)科[2]，利用室內(nèi)土槽進(jìn)行模型試驗是車輛地面力學(xué)非常重要的研究手段。土槽試驗的作用[3]是研究土壤的行駛性，測定不同行走機(jī)構(gòu)的滾動阻力、牽引力、行駛的滑轉(zhuǎn)率、牽引效率與接地面積、接地比壓及其在土壤中的下陷量等參數(shù)，研究行走機(jī)構(gòu)與土壤的相互作用機(jī)理，從而優(yōu)化行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸，為車輛的設(shè)計和改進(jìn)提供參考數(shù)據(jù)。
土槽試驗不受外界自然條件的影響，易于控制試驗參數(shù)和試驗條件，具有較高的測試精度及良好的重復(fù)性和可對比性，大大縮短研究周期，加快研究進(jìn)度，為推動車輛地面力學(xué)的研究發(fā)揮了重要的作用。然而，迄今為止國內(nèi)外對于土槽試驗技術(shù)的系統(tǒng)性的專項研究未見公開報道。因此，本文開展的土槽試驗技術(shù)研究工作對車輛地面力學(xué)研究具有重要的參考價值和指導(dǎo)意義。
1 國內(nèi)外典型土槽試驗系統(tǒng)最新進(jìn)展
從1889年“土槽”概念模型的提出[4]到20世紀(jì)末，國內(nèi)外土槽試驗研究主要集中在農(nóng)田機(jī)械和越野車輛等領(lǐng)域進(jìn)行，其發(fā)展歷程詳見文獻(xiàn)[5]的報道。21世紀(jì)初，世界各國掀起了新一輪行星探測熱潮。車輪與松軟土壤相互作用的地面力學(xué)被廣泛應(yīng)用于行星探測車結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能評價、仿真分析等諸多方面，是目前深空探測的一個研究熱點和難點。由于實車實地試驗條件不具備，土槽試驗是目前研究行星探測車輛輪地作用特性唯一有效的試驗手段。國外行星探測活動開展較早，土槽試驗研究的經(jīng)驗相對成熟，從20世紀(jì)90年代末開始許多單位就相繼開發(fā)了具有較高精度的行星探測專用土槽試驗系統(tǒng)，并廣泛開展了試驗和理論研究。國內(nèi)行星探測活動相對滯后，專用土槽試驗系統(tǒng)是隨著“嫦娥探月工程”的實施于最近幾年才逐步建立起來的，目前公開報道建有深空探測專用土槽試驗系統(tǒng)的只有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、吉林大學(xué)和北京航空航天大學(xué)等三所高校。專用土槽試驗系統(tǒng)在行星探測研究中的應(yīng)用代表了目前土槽試驗技術(shù)發(fā)展的最高水平。因此本文首先將選取國內(nèi)外具有代表性的土槽試驗系統(tǒng)進(jìn)行重點介紹。
1.1 日本東北大學(xué)土槽試驗系統(tǒng)
1996年，為了適應(yīng)無人控制中小型行星探測車的研究需要，日本東北（Tohoku）大學(xué)空間機(jī)器人實驗室（SRL）在日本空間發(fā)展研究所（NASDA）、航空航天實驗室（NAL）和宇航協(xié)會（ISAS）等機(jī)構(gòu)的聯(lián)合支持下，開發(fā)了輪地相互作用測試系統(tǒng)[6]（見圖1）。該系統(tǒng)主要由驅(qū)動單元、傳動單元及數(shù)據(jù)采集傳感器組成，可分別進(jìn)行車輪前進(jìn)和側(cè)偏力學(xué)性能測試；通過在車輪上安裝應(yīng)力傳感器可進(jìn)行應(yīng)力分布測量，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行土壤參數(shù)的估計[7]。該實驗室還研制了多種整車測試系統(tǒng)，用于整個探測車基于滑轉(zhuǎn)率的控制和動力學(xué)研究；不僅可以分析整車運動過程中的力學(xué)特性和爬坡性能，還可進(jìn)行整車轉(zhuǎn)向的力學(xué)性能分析和試驗[8，9]。
1.2 美國卡內(nèi)基―梅隆大學(xué)土槽試驗系統(tǒng)
1997年，在NASA“南極隕石搜索計劃”（ANSMET）的支持下，美國卡內(nèi)基―梅隆大學(xué)（CMU）機(jī)器人學(xué)院的Apostolopoulos等人以行星探測原型機(jī)器人“Nomad”的車輪為研究對象，設(shè)計制造了車輪作圓周運動的正多邊形的單輪土槽測試臺（見圖2），用以試驗?zāi)M車輪在星體表面松軟地形環(huán)境的移動性能[10]。測試臺中央是一個集電環(huán)，通過兩個平行連桿機(jī)構(gòu)連接車輪，為車輪供電并調(diào)節(jié)控制信號。該裝置可以用來測量車輪持續(xù)工作和跨越障礙的驅(qū)動功率以及車輪驅(qū)動單元的耐久性，同時可預(yù)測輪齒效應(yīng)和重復(fù)通過對車輪移動性能的影響[11]。
1.3 美國麻省理工學(xué)院土槽試驗系統(tǒng)
2001年，在 NASA “火星基礎(chǔ)技術(shù)計劃”（MBTP）的資助下，美國麻省理工學(xué)院（MIT）野外和空間機(jī)器人實驗室（FSRL）Iagnemma 博士等人[12，13]完成了“Rocky”系列探測車的車輪運動性能測試系統(tǒng)（見圖3）。該測試臺可測量車輪行駛過程中的掛鉤牽引力、車輪下陷量、車輪的滑轉(zhuǎn)率以及前進(jìn)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩等參量，根據(jù)這些參數(shù)可以動態(tài)地估測土壤的力學(xué)特性參數(shù)；通過協(xié)調(diào)控制車輪轉(zhuǎn)動速度和托架的水平移動速度可以進(jìn)行車輪滑轉(zhuǎn)率控制[14]；可使用圖像處理技術(shù)進(jìn)行車輪沉陷量的測量；同時可對安裝多個輪齒的金屬車輪的行走性能進(jìn)行試驗和分析[15]。
1.4 吉林大學(xué)土槽試驗系統(tǒng)
2007年，為測試月面探測車輛的牽引性能及通過性能，吉林大學(xué)地面機(jī)械仿生技術(shù)實驗室自行設(shè)計了月壤―車輪土槽試驗系統(tǒng)[5，16]（見圖4）。試驗機(jī)由EDC100根據(jù)電控箱發(fā)出的命令控制主機(jī)被試輪系臺架的前后移動，能提供試驗過程中需要的加載和卸載行為。土槽臺架系統(tǒng)可以適應(yīng)不同寬度和直徑的車輪，可對有刺輪車輪與光滑車輪的牽引性能進(jìn)行對比試驗[17] ；還具有可變角度的功能，可測量出車輪所能克服的上坡路、傾斜地和斜坡的最大角度[18]。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面采用可更換的正面?zhèn)缺诎澹员惆惭b觀測窗或瞬態(tài)測量土體變形用的透明網(wǎng)格板材。
2 土槽試驗技術(shù)發(fā)展趨勢
土槽試驗技術(shù)是隨著車輛地面力學(xué)的研究而不斷發(fā)展成熟的，發(fā)展歷史較長，應(yīng)用領(lǐng)域較廣。未來隨著車輛地面力學(xué)研究領(lǐng)域的拓展和深入，以及計算機(jī)技術(shù)、測試技術(shù)、自動控制技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)等科技的發(fā)展和進(jìn)步，土槽試驗技術(shù)的應(yīng)用水平必將不斷提高和完善，其發(fā)展趨勢具體體現(xiàn)在以下幾個方面。
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（寧夏建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，銀川 750021）
（Ningxia Construction Vocational and Technical College，Yinchuan 750021，China）
摘要： 目前我國高速列車鋁合金車體主要采用MIG自動焊接，為實現(xiàn)自動焊接，要求焊絲尺寸精，且具有一定的剛度。國內(nèi)生產(chǎn)的鋁合金焊絲存在嚴(yán)重的質(zhì)量不穩(wěn)定問題，高速列車的鋁合金焊絲尚依靠進(jìn)口。為實現(xiàn)高速列車用鋁合金焊絲的國產(chǎn)化，本論文針對目前高速列車使用的ER5356及ER5183鋁合金焊絲，開發(fā)了鋁合金光亮焊絲生產(chǎn)工藝。
Abstract： At present our country’s high-speed aluminum alloy train body mainly used the automatic MIG welding. In order to realize automatic welding， welding wire must be accurated in size， and it has certain stiffness. Domestic Al-alloy welding wires have serious quality problem， so high-speed train aluminum alloy welding wire still relies on imports. In order to realize the localization of Al-alloy welding wires， this thesis aims at ER5356 and ER5183 aluminum alloy welding wire used in the high-speed train and develops the production process of aluminum alloy welding wires.
關(guān)鍵詞 ： 鋁合金；焊絲；生產(chǎn)工藝
Key words： aluimnium alloys；welding wire；production process
中圖分類號：TG422 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）18-0082-02
作者簡介：孫姝（1989-），女，湖北鐘祥人，碩士，現(xiàn)在寧夏建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程系任教師，研究方向為材料工程技術(shù)。
1 研究背景
我國鐵路運輸?shù)目焖侔l(fā)展，對于高速列車提出了更高的要求。目前，世界各國均在大力發(fā)展制造鋁合金車體[1]。高速列車鋁合金車體是以大型扁寬薄壁鋁合金型材作為骨架的焊接構(gòu)件，焊接可減少40%的車輛制造工作量[2]。鋁合金車體焊接結(jié)構(gòu)的性能，在基材一定的情況下，主要取決于焊接工藝和焊絲的合金成分和性能[3]。目前高速鐵路主要使用ER5356及ER5183焊絲進(jìn)行焊接，本文針對國內(nèi)生產(chǎn)的焊絲存在焊接氣體含量高、焊縫有缺陷及自動送絲易斷絲的問題，研究了鋁合金焊絲的生產(chǎn)工藝，制定出從熔煉、鑄造、均勻化處理、擠壓一直到拉拔的生產(chǎn)工藝。
2 實驗合金
本實驗針對目前高速列車使用的ER5356及ER5183鋁合金焊絲，其國際注冊的化學(xué)成分如表1所示。
3 焊絲的生產(chǎn)工藝
焊絲材料首先經(jīng)半連續(xù)鑄造出直徑為200mm或180mm的鑄錠，經(jīng)均勻化退火后，擠壓出直徑為12mm的線坯，擠壓出的線坯經(jīng)中間退火及多道次拉拔，得到直徑為3mm的線坯，再經(jīng)退火、扒皮后，送入光亮拉拔生產(chǎn)線進(jìn)行光亮拉拔，最后得到直徑為1.2mm的焊絲。圖1為焊絲的生產(chǎn)工藝流程圖。
3.1 熔鑄工藝
設(shè)計的熔鑄工藝路線如下：
裝料熔化扒渣調(diào)成分爐內(nèi)精煉爐外除氣和過濾半連續(xù)鑄造。
為了提高半連續(xù)鑄錠表面質(zhì)量及冶金質(zhì)量的穩(wěn)定性，半連續(xù)鑄造均采用熱頂半連續(xù)鑄造。
實驗時在低于750℃溫度下熔煉，添加特殊溶劑覆蓋后加Mg，爐內(nèi)同時進(jìn)行攪拌和噴粉精煉，在爐外保證旋轉(zhuǎn)石墨噴頭噴吹氬氣除氣過程熔體的溫度恒定，采用陶瓷片進(jìn)行雙級過濾，將AlTiB送絲裝置遠(yuǎn)離結(jié)晶器其在高溫處喂絲；同時采用直徑為200mm或180mm的圓結(jié)晶器進(jìn)行半連續(xù)鑄造，半連續(xù)鑄造過程的鑄造溫度為730-740℃，鑄造速度為110~120mm/min，冷卻水水壓控制在0.05MPa左右。將鑄錠的成分控制在5XXX焊絲鋁合金所要求的范圍之內(nèi)，焊絲合金半連續(xù)鑄錠的鈹含量控制到小于0.0005%（wt）、氫含量控制到小于0.18ml/100g。
3.2 均勻化處理
半連續(xù)鑄造得到的合金半連續(xù)鑄錠，由于冷卻速度快，容易形成成分偏析和枝晶偏析，造成合金力學(xué)性能下降，影響后續(xù)的塑性加工，因此，半連續(xù)鑄錠在擠壓前需進(jìn)行均勻化退火。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的常規(guī)制度，采用470℃×24h工藝對半連續(xù)鑄錠進(jìn)行均勻化處理。
3.3 擠壓拉拔工藝
合金鑄錠經(jīng)均勻化處理后，切頭扒皮，重新加熱進(jìn)行擠壓，在390℃～410℃采用直徑為185mm的擠壓筒同時擠出四根直徑為12mm或10mm線坯毛料。將擠壓的直徑為12mm或10mm的線坯退火之后在軋尖設(shè)備上進(jìn)行軋尖，軋尖要求以線坯端頭能穿過待拉伸的模具200~250mm為宜，軋尖后的線材在單模拉絲機(jī)上進(jìn)行多次拉拔與退火，即在Φ12.0mmΦ10.5mm之間、10.5mmΦ8.2mm之間、Φ8.2mmΦ6.2mm之間、Φ6.2mmΦ5.0mm之間配合390℃～400℃中間退火后將鋁合金焊絲線坯處理為直徑5mm 左右的坯材，目的是獲得具有較高力學(xué)性能（較高的強(qiáng)度和較大的延伸率），以便進(jìn)一步在鋁合金光亮焊絲線處理生產(chǎn)線上一次拉拔成成品規(guī)格的鋁合金光亮焊絲。再將Φ5.0mm線坯使用冷焊方法連接后，經(jīng)精確定徑拉拔成Φ2.76mm的鋁線坯，待喂入鋁合金光亮焊絲線處理生產(chǎn)線。
3.4 光亮處理
高檔鋁合金光亮焊絲的生產(chǎn)的最后一道生產(chǎn)過程為將Φ2.76mm的鋁線坯，喂入鋁合金光亮焊絲線處理生產(chǎn)線，經(jīng)過多個?？滓淮卫纬沙善芬?guī)格（Φ1.2mm）的鋁合金光亮焊絲，光亮拉拔過程中包括高速扒皮和超聲波清洗過程，最后得到成品焊絲。
4 生產(chǎn)出焊絲的性能
4.1 化學(xué)成分
表2為最終制備的ER5356及ER5183合金焊絲化學(xué)成分，可見，采用半連續(xù)鑄造—擠壓法制備的ER5356及ER5183合金焊絲成分除Si、Fe含量略低于國際標(biāo)準(zhǔn)外，其它元素含量均可控制在國際規(guī)定的范圍內(nèi)。
顯微組織：為保證焊絲的成分均勻，需要對焊絲的顯微組織進(jìn)行對比分析。為滿足焊接的要求，預(yù)期的顯微組織應(yīng)為第二相趨近于彌散、細(xì)小，在基體中分布均勻，且與基體結(jié)合牢固。
圖2為最終制備的ER5356及ER5183合金焊絲縱切面的金相組織。從圖中可見，最終制備的ER5356及ER5183合金焊絲金相組織中總體來看第二相尺寸較小，分布比較均勻。對比觀察可以發(fā)現(xiàn)，與5356合金焊絲相比，5183合金焊絲中第二相的數(shù)量略多、尺寸略大。
4.2 焊絲力學(xué)性能
自動焊接過程中自動送絲還要求焊絲具有良好的力學(xué)性能，有一定的剛度。因此，對制備的直徑為1.2mm的ER5356、ER5183合金焊絲進(jìn)行了力學(xué)性能測試，測試結(jié)果見表3。
表4為日本ER5356、ER5183合金焊絲出廠時控制的抗拉強(qiáng)度[4]，可見，采用半連續(xù)鑄造—擠壓法制備的焊絲達(dá)到日本報道的ER5356、ER5183合金焊絲強(qiáng)度指標(biāo)。這與國內(nèi)制備的焊絲第二相尺寸較小，分布較均勻有直接關(guān)系。
5 結(jié)論
高速列車用鋁合金焊絲的生產(chǎn)工藝為：焊絲材料首先經(jīng)半連續(xù)鑄造出直徑為200mm或180mm的鑄錠，經(jīng)均勻化退火后，擠壓出直徑為12mm的線坯，擠壓出的線坯經(jīng)中間退火及多道次拉拔，得到直徑為3mm的線坯，再經(jīng)退火、扒皮后，送入光亮拉拔生產(chǎn)線進(jìn)行光亮拉拔，最后得到直徑為1.6mm或1.2mm的焊絲。采用此工藝生產(chǎn)出的焊絲成分符合國際標(biāo)準(zhǔn)，顯微組織為第二相趨近于彌散、細(xì)小，在基體中分布均勻，與基體結(jié)合牢固，且制備出的ER5356、ER5183合金焊絲力學(xué)性能達(dá)到日本報道的焊絲強(qiáng)度指標(biāo)。很好地解決了國內(nèi)生產(chǎn)的鋁合金焊絲存在嚴(yán)重的質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，實現(xiàn)了高速列車用鋁合金焊絲的國產(chǎn)化。
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增強(qiáng)磚砌體組與未增強(qiáng)組受力過程及破壞形式。分析增加纖維網(wǎng)數(shù)量對抗剪強(qiáng)
度增強(qiáng)效果及受力機(jī)理。
【關(guān)鍵詞】玄武巖纖維網(wǎng)；ANSYS ；磚砌體；增強(qiáng)；抗剪
1. 試件制作
試件的制作及試驗均嚴(yán)格執(zhí)行《砌體基本力學(xué)性能試驗標(biāo)準(zhǔn)》【1】的要求，采用由9塊磚組成的雙剪試驗，采用多孔磚平均強(qiáng)度為10.31MPa，砂漿平均強(qiáng)度為5.9MPa。截面尺寸為230mm×280mm×350mm（厚×寬×高）共分為D、E、F 三組，每組6個試件。D組是未增強(qiáng)組，增強(qiáng)組是E、F組。增強(qiáng)方式為在試件正立面上粘貼一層纖維網(wǎng)（E組）跟兩層纖維網(wǎng)（F組）。
2. 加載方法和破壞過程
加荷采用規(guī)格為2000KN的微機(jī)控制全自動壓力試驗機(jī)，需嚴(yán)格按照下列步驟操作：1.測量各受剪面尺寸，精確至1mm。2.調(diào)整放置于下鋼板試件的位置，使試件豎向幾何中線與上壓板軸線處于同一條直線上。3.當(dāng)肉眼觀察到試驗機(jī)頂板與試件剛剛接觸時，使用勻速連續(xù)加荷方式進(jìn)行抗剪試驗。把握 好加荷速度將試件控制在1至3分鐘內(nèi)破壞。當(dāng)有一個受剪面被剪壞即認(rèn)為試件破壞，應(yīng)記錄破壞荷載值和試件破壞特征【1】。
試驗現(xiàn)象表明，D組磚砌體雙剪破壞顯示出脆性特征，迅速且沒有任何征兆。加載到試件的極限值后，試驗機(jī)的荷載曲線急劇下降，砌體縱向變形突增。最終破壞現(xiàn)象是：試件被劈成三個獨立體，破壞面的位置處于砂漿與砌塊的豎向粘結(jié)面，破壞面平整光滑。由此可以得出，砂漿與磚的粘結(jié)力決定砌體的抗剪強(qiáng)度。E組和F組砌體試件為纖維網(wǎng)增強(qiáng)試件，其受剪過程和破壞機(jī)理幾乎相似，與D組對比試件的破壞形態(tài)有較大的差別。大多數(shù)試件發(fā)生穿過增強(qiáng)面層的剪切破壞。裂縫呈斷續(xù)狀，寬度不大且有一定的延性。由此形成鮮明對比的是有些試件發(fā)生了增強(qiáng)面層開裂的剪切破壞，裂縫寬度大。表現(xiàn)為明顯的脆性破壞特性。
3. 試驗結(jié)果
由實驗數(shù)據(jù)測得，D組抗剪強(qiáng)度平均值為0.45MPa，破壞形式為雙剪破壞。E組抗剪強(qiáng)度平均值為0.65MPa比D組增加了44.4%，破壞形式為雙剪破壞，且纖維網(wǎng)被剪斷。F組抗剪強(qiáng)度平均值為0.69MPa，比D組增加了53%，破壞形式跟E組相似?？梢姡鋷r纖維增強(qiáng)層具有較好的抗拉性能及阻裂作用，不但能延緩裂縫的出現(xiàn)，控制裂縫的寬度，還能有效的分擔(dān)砌體的剪切荷載，延緩剪切破壞的時間。比較E、F組數(shù)據(jù)，兩者的平均值很接近，說明通過增加纖維網(wǎng)數(shù)量的方式來強(qiáng)化砌體的抗剪性能效果不明顯。
4. 有限元分析
多孔磚和砂漿均采用SOLID65單元，具有可以模擬模型的斷裂和壓碎功能。玄武巖纖維網(wǎng)采用SHELL41膜單元，具有面內(nèi)薄膜剛度，但是沒有向面外的彎曲剛度，可用于彈性薄壁的殼體結(jié)構(gòu)分析。假定玄武巖纖維網(wǎng)和磚砌體之間的連接保持完好，不考慮相對滑移—跟現(xiàn)實的試驗情況不符。本文采用耦合命令對兩種材料進(jìn)行粘結(jié).
表1-1 有限元分析結(jié)果比較（模型尺寸255mm×230mm×340mm）
組別 抗剪強(qiáng)度平均值（MPa）
增強(qiáng)情況 有限元結(jié)果 實驗結(jié)果 與試驗結(jié)果的偏差
D 未增強(qiáng) 0.52 0.45 15.6%
E 一層CBF網(wǎng) 0.66 0.65 1.0%
F 兩層CBF網(wǎng) 0.64 0.69 7.2%
由表1-1可看出，
（1） ANSYS計算結(jié)果與實驗結(jié)果很接近，說明用有限元能夠很好的模擬磚砌體的雙剪試驗。
（2） D﹑E﹑F組的有限元結(jié)果大致呈遞增的趨勢，驗證了纖維網(wǎng)能夠提高磚砌體的抗剪強(qiáng)度，與實驗結(jié)論基本相符。
（3） F組的有限元結(jié)果比試驗結(jié)果略微有所降低，其原因可能是有限元模擬忽略了網(wǎng)與網(wǎng)之間的粘結(jié)，導(dǎo)致有限元結(jié)果小于試驗結(jié)果。
5. 試驗結(jié)論
從試驗現(xiàn)象知，用CBFN進(jìn)行砌體的抗剪增強(qiáng)是非常有效的。在采用CBFN對磚砌體進(jìn)行增強(qiáng)時，CBFN的層數(shù)對抗剪強(qiáng)度的影響不大，表明單純增加CBFN的數(shù)量，不能使CBEN充分發(fā)揮作用。砌體的抗剪強(qiáng)度取決于塊體、砂漿和CBFN三者的粘結(jié)強(qiáng)度及CBFN的受力性能?？梢哉J(rèn)為增強(qiáng)墻體的抗剪承載力等于磚砌體的抗剪承載力和纖維網(wǎng)拉桿機(jī)制所承擔(dān)的抗剪承載力之和【2】。通過本次試驗，只要滿貼一層CBFN 就能達(dá)到理想的增強(qiáng)效果。
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