电流变液抗压效应的实验研究

为研究电流变液在准静态下的挤压力学性能,建立了用于测试电流变液在平行平板电极间经受沿电场方向挤压时所产生抗力的实验装置。利用此装置对自制的基于沸石和硅油的电流变液在不同外加电场强度下的抗压强度进行了研究,并与圆盘剪切条件下该电流变液的动态剪切屈服应力进行了比较。结果表明:在外加电场作用下电流变液的抗压强度远大于相同电场强度条件下的剪切屈服应力,可以利用电流变液的抗压效应设计新型的电流变器件。     

电场下电流变液静态以及流动和剪切状态的结构

为深入了解电流变液的粘度和剪切屈服应力等宏观力学性能与其微观结构的关系,对不同高压电场作用下电流变液的成链过程,成链后的流动、屈服状态以及受剪切时链结构的变化进行了微观结构观测。结果表明:改变电场和运动状态等外部条件,电流变液的微观链结构会发生相应变化,从而影响其力学性能;电流变液的链结构主要在极板附近发生屈服和滑移;单链在剪切作用下会形成带状离散结构。     

电流变减振器阻尼力计算及影响因素分析

电流变减振器的工作模式主要有流动模式、剪切模式和复合模式等三种。针对流动模式的充气式电流变减振器，推导出其在压缩和复原过程中阻尼力的计算公式。压缩和复原阻尼力主要由三部分构成，即电流变液基础粘度引起的本底阻尼力，电场强度函数的电致阻尼力和气室气体引起的压力。电流变减振器的特点就在于可以通过调节电场强度来控制电致阻尼力，达到调节复原和压缩阻尼力的目的。并对影响阻尼力大小的结构因素进行了讨论分析。     

在Poiseuile流场下的FMP效应的动力学

以通过FMP(flow-modified permittivity)效应修正的静电极化模型为基础,采用分子动力学方法,模拟了电流变液在poiseuile流动场下的情况.进而分析了在流场下FMP效应对电流变效应的影响.仿真结果表明:在压力梯度作用下,相对于无压力梯度作用时,电流变液体终态结构有所改变(不规整),并且电流变液体结构演变时间也受到了影响;通过分析不同弛豫时间下,剪切应力与压力梯度的关系曲线,发现电流变效应的强度与粒子极化的弛豫时间关系密切,对于同种电流变液材料,应该有一最佳介电松弛频率.     

电流变液产生屈服应力的理论分析

本文通过对电流变液系能量变化的分析，建立了一种Ｂｉｎｇｈａｍ流体的压缩模型，导出了ＥＲＦ产生屈服应力的必要条件。模型之结果说明，固体粒子凝聚区域在剪切过程中会被压缩，从而产生屈服应力。此模型从理论上论证了陶荣甲教授对电流变液产生屈服应力原因之论断。在本文的最后对所得到之结果作了适当的讨论。     

不同测试条件对含蜡原油流变特性的影响研究

以大庆新庙原油为研究对象,采用流变学测试与分析方法,探讨了降温速率及剪切速率对原油低温静屈服值的影响、测试时间和冷却速率对原油低温流变曲线的影响,以及热处理温度、降温方式及降温速率对原油粘温曲线的影响。结果表明,非牛顿含蜡原油的流变特性强烈地依赖于测试条件。在此基础上,提出了含蜡原油流变特性测试思路,通过模拟计算或合理设计来确定降温速率、剪切速率、测试时间等测试条件,为其它含蜡原油流变特性的测定提供了参考。     

阳极氧化铝膜抗电强度的研究

实验研究电解液温度、草酸浓度、草酸-硫酸混酸浓度、电流密度及膜层厚度等因素对阳极氧化铝膜的抗电强度的影响.结果表明,随生长条件不同,阳极氧化铝膜的抗电强度在50~120 V/μm范围内变化.其中,电解液温度对抗电强度影响大,降低电解液温度有利于抗电强度的提高;电流密度对抗电强度的影响存在最佳值特征,低于该值时,氧化终止电压低,随之膜层抗电强度低,高于该值时,氧化电压随电流密度非线性上升,热功耗过大导致实际氧化温度上升,抗电强度降低;草酸电解液制备膜层的抗电强度高,并随草酸浓度上升而提高,微量硫酸添加均会导致抗电强度的下降;抗电强度随膜层厚度增加呈现先上升后下降的特征.1     

平盘-波纹盘式电流变传动装置的剪切运动特性

提出以平盘-波纹盘配合来提高电/磁流变传动装置可传递的力矩.首先分析了平盘-波纹盘间电流变液的剪切运动特点,推导出平盘-波纹盘间电流变液的速度分布、压强分布及可传递力矩的特点.通过实验,将双平盘式与平盘-波纹盘电流变传动装置比较,证明了平盘-波纹盘结构可增大传递力矩,且其传递力矩的放大程度与波纹盘的波纹头数无关,而主要取决于装置和波纹的结构参数以及电/磁流变液的流变特性.     

泾阳黄土抗剪强度的环剪试验研究

以泾阳滑带土为研究对象,采用HJ-1型环剪仪对泾阳县的重塑黄土进行了单级环剪试验,研究了不同含水率,干密度,剪切速度下重塑黄土在较大剪切位移下的强度变化规律。研究表明:土体应力-应变曲线呈软化现象;粘聚力和内摩擦角均随含水率的增加而降低;剪切速度越大的其达到峰值强度所需的剪切位移越小,粘聚力越大,但其对内摩擦角影响不显著;干密度与峰值强度呈正相关关系,对残余强度的影响不明显。脆性指数随含水率和剪切速率的增大而减小。     

含水岩石动态抗压强度与微观机制

通过选取云南迪庆某地区红砂岩进行不同含水状态和不同脉冲强度下的SHPB试验和SEM试验,分别从宏观和微观角度研究含水岩石的动态强度特性及其破坏机制。结果表明:静态或动态单轴压缩时,随着含水率的升高,岩石的强度均降低;根据SHPB试验中的应力-应变全过程曲线,含水试样体积压缩变形明显,具有较高的峰值应变,峰后有应变软化特征,而干燥试样具有较高的峰值强度,峰后应力迅速跌落;根据各试样的动态抗压强度变化曲线,相同脉冲强度下试样的抗压强度随含水率的增加而降低,而相同含水状态时的抗压强度随脉冲强度的增加而增大;根据SEM图像,饱水试样颗粒结构疏松而干燥试样颗粒结构致密,冲击破坏机制饱水试样以初始微裂纹破裂和矿物边界或物相边界破裂为主,破坏时的动态抗压强度较低,而干燥试样还包括矿物颗粒直接剪断破裂,因此破坏强度较高。     

Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头在热循环下的电迁移行为

自主设计了热循环下钎焊接头电迁移试验装置,探究了热循环下电流密度对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu无铅钎焊接头界面及组织性能的影响。研究结果表明:在电流密度达到7.0×10~3A/cm~2时,出现明显的电迁移现象。随电流密度增加,钎焊接头阳极区金属间化合物(IMC)厚度显著增加,增厚的化合物主要是Cu_6Sn_5;阴极区IMC厚度呈幂指数缓慢增加,主要表现为Cu_3Sn的生长,且在阴极区与钎缝过渡区域出现裂纹和孔洞。钎焊接头发生电迁移后剪切强度降低50%,断裂发生在阴极界面IMC上,剪切断口呈脆性断裂。     

BaTiO3电流变液微波衰减可调控特征

分别考虑微波传播方向与电流变液颗粒链方向相垂直与平行的情况,对BaTiO 3电流变液的微波衰减行为进行了研究.实验发现在垂直的情形,当流体浓度较低时,微波衰减随电场强度增加而加大,并且随浓度增加电场调节微波衰减的幅度增加.超过一定浓度后,衰减由增加改变为减小,同时衰减的电场调节幅度较大.存在一个饱和电场强度,低于此值时,衰减变化显著;超过此值后,衰减变化趋于平稳.在平行的情形,发现衰减随电场强度单调增加.另外,微波衰减随电场强度的变化具有弛豫效应.初步认为微波衰减调控特征与外电场作用下电流变液结构转变和BaTiO 3 自身极化状态改变有关.     

电流变液的流变性试验和建模

利用旋转粘度计装置,研究电流变液的流变特性.通过试验,分析电场强度、剪切速率和分散相粒子的百分比等对电流变液剪切应力的影响.利用实验数据,建立描述电流变液流变特性的Bingham模型、广义Bingham和非线性模型,并讨论它们的误差.     

南京盾构渣土工程特性及其微观结构

城市地铁建设将产生大量的盾构渣土,为探讨泥态废弃物的充分处理和资源化利用,本文以南京地铁盾构渣土为研究对象,进行无侧限抗压强度,侧限压缩和抗剪强度等室内试验得到其基本物理力学特性,分析其力学性质随风干天数增加的变化规律,并观测风干至恒重试样的微观结构形貌特点。结果表明：该区域盾构渣土成分主要以石英、方解石等为主,具有流塑性、天然含水率高和级配良好等基本物性特征,随着风干天数的增加,无侧限抗压强度不断增大,强度增量系数降低,压缩曲线的整体斜率增大,极限压应变前的压密阶段和屈服阶段的范围减小;压缩曲线在低压阶段能产生较大的压缩变形而高压阶段压缩变形有限,压缩性类别由高压缩性向中等压缩性转变;抗剪强度持续增大,内摩擦角增长幅度缓慢,而粘聚力增长幅度较急剧。微观结构表明试样具有大量的团聚体主要以边-面、面-面的形式接触,接触较为松散,外包颗粒,结构易发生错位移动,符合本文所测中高压缩性和低剪切强度特征。此研究成果能够为我国盾构渣土的再利用提供可靠的基础研究。     

缔合聚合物溶液岩芯剪切流变行为研究

针对疏水型缔合聚合物和普通线性高分子聚合物两种不同分子结构的聚合物,开展了岩芯剪切对聚合物溶液流变行为的影响研究。测试了剪切前两种聚合物溶液的流变曲线,分析了流变特性。用人造岩芯进行了岩芯剪切实验,测试了剪切后的聚合物溶液各自的流变曲线并进行了对比分析。将剪切后的聚合物溶液进行了阻力系数和残余阻力系数测试,以 模拟经地层剪切后聚合物溶液在油层深部的变化状况。研究结果对聚合物驱具有重要参考价值和指导意义。     

低温冻结条件下板岩破坏类型及单轴抗压强度试验研究

为揭示低温冻结作用对板岩破坏类型及抗压强度的影响,采用DX-40型低温数控试验箱、DNS100微型控制电子万能试验机进行7种不同层理倾角β和6种不同试验温度t的单轴压缩试验,对其应力-应变曲线以及单轴抗压强度、峰值应变、破坏类型的变化规律进行分析。在JAEGER层理面理论的基础上,建立以冻结温度和层理倾角为控制变量的单轴抗压强度公式,给出影响板岩破坏类型的2个极限角度β1和β2的表达式,并通过试验结果验证强度公式的正确性。研究结果表明:受低温冻结作用的影响,板岩的单轴抗压强度随温度降低呈指数增加;板岩的单轴抗压强度随倾角增加先减小后增大;在低温冻结条件下,板岩的破坏类型有3种,即当0°≤β27.0°时,板岩沿与竖直轴线呈一定角度的方向发生剪切破坏;当27.0°≤β≤82.7°时,板岩沿层理面发生剪切破坏;当82.7°β≤90.0°时,板岩沿垂直方向发生劈裂破坏。     

冻结黏土的强度与变形特性及参数研究

为了更全面地分析冻土的强度与变形特性,以皖北某矿取样的原状黏土为研究对象,进行不同温度(-5℃、-10℃、-15℃)下的单轴抗压强度试验和三轴剪切强度试验.试验结果表明,在试验温度下,试样单轴抗压强度的应力-应变曲线为应变软化型;试验条件下,冻土三轴剪切应力-应变曲线可以用双曲线模型描述.随着温度的降低,冻土的单轴抗压强度和弹性模量均增加.初始弹性模量和极限偏应力均与围压呈正相关,与温度呈负相关.冻土的抗剪强度随围压增加而增大,随温度增加而减小.通过冻土三轴试验得到的抗剪强度指标推算单轴抗压强度,可以为人工冻结法施工提供理论依据.     

剪切增稠液流变性能及其复合材料动态冲击压缩性能

制备二氧化硅质量分数为23%的二氧化硅/聚乙二醇剪切增稠液(STF),采用流变仪测试STF的稳态和动态流变性能.将STF与经编间隔织物(WKSF)复合后,测试其动态冲击压缩性能.研究结果表明,在低剪切速率作用下,STF出现剪切变稀现象,达到临界剪切速率后,出现增稠现象.在动态冲击压缩下,STF-经编间隔织物复合材料与纯经编间隔织物表现出不同的压缩性能,纯经编间隔织物在压缩过程中存在弹性阶段和压实阶段,STF-经编间隔织物复合材料则表现为均一弹性模量压缩.相比于纯经编间隔织物,STF-经编间隔织物复合材料变形较小,在相同形变时吸收的能量较多.     

长支链聚丙烯/有机蒙脱土纳米复合材料的结构及性能

采用熔融共混法用双螺杆挤出机制备了长支链聚丙烯(LCB-PP)/有机蒙脱土(OMMT)纳米复合材料,并对其结构、流变和力学性能进行了研究.透射电镜(TEM)测试结果表明,大部分OMMT在LCB-PP中发生剥离.流变行为研究发现,当OMMT的填充量达到一定临界值后,制备的纳米复合材料呈现出在低频处储能模量增加、剪切变稀行为明显等线性黏弹性行为,表明LCB-PP/OMMT内部形成了紧密和稳定的网络结构,从而抑制了大分子链的松弛和运动.力学测试结果表明,OMMT显著提高了LCB-PP的拉伸强度、缺口冲击强度和弯曲模量,但降低了其弯曲强度.     

具有复合结构颗粒的介电相互作用

讨论了电流变液分散相固体颗粒采取分层复合结构时可能对电流变效应产生的影响．分析过程基于介电极化理论．给出了电场作用下具有复合结构颗粒间的结合能、失配参数的解析表达式，分析了固体颗粒各层的材料性质、厚度、介电常数等因素变化对颗粒间结合能的影响．讨论显示：尽管复合结构颗粒的电流变液具有较为复杂的失配参数表达式，但与单一结构颗粒的电流变液相比，两者在颗粒间结合能的表现上十分类似，提示了以改善电流变效应为目的而采用复合结构固体颗粒作为分散相的建议缺乏理论依据．同时还发现，颗粒外覆层厚度的变化随介电常数的不同、对颗粒间结合能的影响具有正、逆两种效应．