高速对称加载下改性酚醛碳纤维材料的物理特性

利用一级轻气炮加载技术,对改性酚醛碳纤维材料进行了对称式抗冲击实验研究.探讨了改性酚醛碳纤维材料在对称高速撞击下的物理状态特性,构建了材料在高速冲击下的Hugoniot曲线和Griineisen状态方程,并计算了相应的Griineisen系数.实验结果表明,Griineisen系数与后自由面粒子速度呈负敏感效应的关系.     

金属微层裂模拟中的抗拉伸不稳定人为应力方法

金属微层裂是金属在熔化状态下近表面物质的一种拉伸破坏现象,由于该问题的复杂性,一直以来模拟与实验的定量化对比存在难度.本文使用有限元方法模拟了爆轰冲击金属锡微层裂现象,发现微层裂区的模拟出现非物理现象,从而导致自由面速度和微层裂区密度分布均难以比对实验自由面DPS测速及X光结果.针对有限元模拟中出现的微层裂区密度、速度不连续等非物理现象,本文提出了一种抗拉伸不稳定人为应力方法.引入抗拉伸不稳定人为应力后的模拟结果表明:金属微层裂区密度、速度连续性有极大改善,自由面网格脱离现象得到有效抑制,在密度分布及自由面速度上均能够与实验较好符合.通过定量化对比分析认为,虽然抗拉伸不稳定人为应力是并不真实存在的虚假应力,但其作用于金属微层裂稀疏区能够达到稳定计算、减弱或消除非物理现象的作用,具有作用范围限定强、幅值小、不影响原格式守恒性等特点.本文研究突破了金属微层裂模拟与实验难以定量对比的瓶颈问题,为金属微层裂动力学规律分析及物理模型研究提供了重要的模拟技术支撑.     

冲击荷载作用下钢-混凝土组合梁的动力性能研究

通过对6根简支钢-混凝土组合梁缩尺模型进行冲击试验,得到了相应的应变和挠度时程曲线.用大型通用有限元计算软件ANSYS/LS-DYNA进行参数比较分析,得出了钢-混凝土组合梁在冲击荷载作用下的更多的力学行为,如变形曲线、位移曲线、应变、速度、加速度时程曲线.分析表明,组合梁跨中附近钢筋混凝土上面层的横向变形最明显;加速度值从钢筋混凝土上面层到下面层逐渐减小.     

自由面对应力波反射诱发层裂过程影响的数值模拟

采用基于细观损伤力学基础上开发的动态版岩石破坏过程分析系统RFPA2D数值模拟软件,对冲击载荷作用下非均匀介质中应力波反射诱发层裂过程进行了数值模拟,重点探讨了不同自由面情况对层裂过程的影响.结果表明：动态版RFPA2D数值模拟软件可以逼真地模拟其过程;在不同自由面情况下,应力波传播至自由面产生反射诱发层裂破坏,除与应力波的峰值、延续时间和波形等有关外,还与应力波传播的方向有关,如果相同应力波垂直入射至自由面比斜入射至自由面更容易诱发层裂破坏的发生;当应力波平行入射至自由面时不会诱发层裂破坏.     

冲击载荷下氧化铝陶瓷的动态响应实验研究

为研究冲击载荷氧化铝陶瓷的动态响应特性,采用DISAR测试系统,测得了氧化铝陶瓷试件的自由面粒子速度时程曲线. 实验结果表明,在不同的实验条件下,粒子速度时程曲线的上升前沿出现了不同程度的趋缓现象,这说明陶瓷材料在冲击载荷作用下表现出了 "类塑性"的特征. 同时,实验中陶瓷材料的Hugoniot弹性极限存在着随试件厚度增加而衰减的变化规律,这在一定程度上反映了陶瓷材料的动态响应特性.      

低速冲击下纤维增强复合筋混凝土梁的动态响应

为了研究纤维增强复合筋(FRP筋)混凝土梁的动态响应特性,通过落锤冲击试验探讨了无箍筋FRP筋混凝土梁在不同冲击速度、纵向配筋和剪跨比下的破坏过程,以及能量转换与耗散问题。结果表明,FRP筋梁构件的破坏过程可分为4个阶段:冲击响应阶段、损伤起裂阶段、裂缝发展阶段和回弹阶段;在假定FRP筋混凝土梁在落锤冲击下的位移分布形式为正弦分布的基础上,利用虚功原理得到了广义惯性力的计算公式。通过对冲击力时程曲线与惯性力、支反力两者之和的时程曲线进行比较分析,验证了RC梁惯性力计算公式用于FRP筋混凝土梁的计算依然能够保证其精度。该研究对于FRP筋混凝土梁在冲击荷载下的破坏分析及设计具有参考意义。     

配筋对混凝土动态特性的影响

采用一级轻气炮驱动飞片撞击实验技术,对3种不同配筋率下的钢筋混凝土靶板进行了动力冲击压缩实验,测得不同冲击速度下的应力-时程曲线. 通过Lagrange分析方法对实验数据进行处理,分析了配筋及配筋率对材料性能的影响. 结果表明:在强冲击载荷作用下,配筋率的增加提高了整体的抗冲击性能;钢筋的加入在一定程度上降低了混凝土材料的刚度和强度.     

增韧氧化铝陶瓷的层裂强度及压缩损伤研究

采用一级轻气炮对增韧ZTA 95/10陶瓷进行一维应变冲击压缩,通过激光干涉测速技术测量样品的自由面速度剖面,计算经过冲击压缩后残余的层裂强度,分析了其与加载应力的关系,并与未增韧的AD95陶瓷进行了对比,讨论了冲击压缩损伤程度随加载应力的变化关系以及增韧效果. 结果表明:加载应力在其雨贡纽弹性极限σ_HEL(约4.1 GPa)以下,ZTA 95/10陶瓷的层裂强度基本稳定,平均值为0.39 GPa,材料未发生压缩损伤;超过σ_HEL,层裂强度逐渐降低,开始发生压缩损伤;层裂强度在1.5倍σ_HEL附近降低到0,表明压缩损伤程度比较严重. 与AD95陶瓷相比,加载应力在3.7 GPa(AD95陶瓷的冲击压缩损伤阈值应力)以下,两种陶瓷的层裂强度基本相当;加载应力进一步增大,AD95陶瓷的层裂强度快速降低,而增韧后的ZTA 95/10陶瓷的层裂强度下降并不明显,表明ZTA 95/10陶瓷的压缩损伤程度远小于AD95陶瓷,这在一定程度上体现了增韧效果.      

应县释迦塔扭转振动特性和地面周期性强迫振动试验与分析

对释迦塔实体结构进行现场环境振动测试试验,经分析得到了木塔各层不同自振频率下的扭转振型,指出木塔各层扭转与平动耦合振动导致现在其扭转和平动残损变形显著;通过周期性地面振动加载,实测得到各层相应频率下的的位移、速度和加速度时程曲线;考虑木塔木材和连接的非线性,选择了试验得到的双线型骨架曲线来描述木塔的层间恢复力计算模型,采用能量转换,求出相应点的非线性地震位移反应。     

T型铸钢节点冲击响应研究

对两端简支 T 型铸钢节点在冲击荷载下的响应进行了非线性有限元分析,得到不同荷载参数下节点的冲击力时程曲线和变形时程曲线. 分析中将铸钢节点的变形分为主管管壁局部凹陷、主管整体弯曲和支管轴向变形三部分,通过计算得到三部分变形随冲击时间变化的规律及其所耗散的能量在节点总耗能中所占的比例. 结果表明:冲击动能相同时,冲击荷载和支管轴向变形的最大值与初始冲击速度有关,节点塑性耗能总量随主管径厚比的增大而增加,随主管长径比及主支管直径比的增大而减小. 当主管长径比较小时,支管变形大于主管变形. 支管与主管的直径接近时,节点的局部凹陷变形可以忽略.     

基于烧蚀原理的激光抛光的数值建模与分析

采用连续激光对304不锈钢材料进行了基于烧蚀原理的激光抛光实验,得到了较好的抛光效果.耦合激光抛光中的传热和材料汽化,建立了一个二维瞬态数值模型,仿真了激光抛光中工件表面的演变,预测了激光抛光后工件的表面形貌和表面粗糙度值,仿真结果与实验结果十分接近,误差仅为8.17%.此外,利用该模型研究了激光抛光中工件表面移动速度的分布情况,确定了表面移动速度与初始表面形貌的关系:表面形貌波峰位置的表面移动速度较大,而波谷位置的表面移动速度较小,揭示了基于烧蚀原理的激光抛光降低工件表面粗糙度的机制.     

依球面波粒子速度研究材料的本构关系

材料的本构关系是研究应力波在材料中传播衰减规律的基础,拉格朗日方法可以通过几组实测数据得到材料的本构关系,是研究材料动态力学行为的常用方法.在适当假设下,利用拉格朗日反分析方法,对爆炸球面波实测数据进行处理,得到材料的动态应力应变关系曲线.给出了方程的主要推导过程,建立了利用径向粒子速度数据反演其他物理量的计算方法.分析和比较了有机玻璃和花岗岩的动力学特性.对粒子速度波形进行傅里叶变换得到其频谱曲线,讨论波传播过程中频波分量的变化对路径线构造的影响,对拉氏方法的实际应用提出几点认识.     

兰炭废水主要酚类制备酚醛树脂及热解动力学研究

使用GC-MS测定兰炭废水中有机物的成分及含量, 然后用兰炭废水中最具代表性的 5 种酚类物质(苯酚、间甲酚、2,3-二甲基苯酚、邻苯二酚和2,6-二甲基苯酚)组成的单酚或混合酚模拟兰炭废水, 在甲醛存在条件下制备酚醛树脂。通过对制备的酚醛树脂进行原位红外表征及热分析表征检测, 从热重分析数据获得热解动力学参数。结果表明, 混合酚的交联度更高, 酚醛树脂更稳定。研究结果可为优化甲醛法处理兰炭废水提供理论依据。     

金属材料动态响应过程中的卸载特性

 针对金属材料卸载过程中计算结果与实验数据之间存在比较大差异的现象,在卸载段采用与加载段不同的剪切模量,描述金属材料动态响应过程中卸载初期的准弹性卸载过程,结合所选取的本构模型和损伤演化模型,对靶材料冲击加载过程中的卸载、损伤、层裂等过程进行理论和数值模拟研究,数值模拟结果表明,文中采取的模型,对于动态响应过程中准弹性卸载过程、后续的损伤以及完全层裂过程的描述比较合理,获得了与实验数据符合比较好的计算结果。     

偶联剂改性纤维状坡缕石的优化工艺及效果评价

分别采用四种不同偶联剂对坡缕石进行表面改性,用沉降高度法对改性效果进行评价,得到了四种偶联剂表面改性坡缕石的优化工艺。红外光谱分析研究表明:偶联剂改性坡缕石中,铝锆偶联剂与坡缕石在改性过程中发生了相对强烈的化学键合;相对于其它三种偶联剂,铝锆偶联剂和丁腈改性酚醛树脂产生的化学键合最为强烈,因此可以认为铝锆偶联剂能够较好地改善摩擦材料中丁腈改性酚醛树脂和坡缕石纤维界面结合状况。     

应力波和层裂计算中的光滑粒子法

采用光滑粒子法,数值模拟了平板碰撞下一维弹塑性应变波的传播及其在自由面和固定端的反射.通过引入含损伤的应变率相关的本构方程,对铝-锂合金的层裂实验进行了数值模拟.计算结果表明,光滑粒子法能很好地模拟应力波的传播和相互作用,层裂的计算结果与实验结果也比较吻合.     

基于核磁共振成像技术的堆浸细观渗流速度场特性

采用核磁共振成像技术对柱浸渗流过程进行非接触、无损探测,得到溶液静止和流动时的核磁共振图像.通过对速度值分布的分析,评价了速度场均匀性,得到了均匀性指数与喷淋强度的关系,进而研究了细观渗流速度场分布特性和孔隙内速度场演化规律.研究表明：流速分布具有明显的不均匀性,流速值与孔隙大小并不严格一致;不同喷淋强度下速度值分布趋势相似,最大流速与喷淋强度正相关;通过分析速度场均匀性与喷淋强度间关系可得到喷淋强度阈值,实验中0.7 L· cm -2·h -1为此粒级级配的喷淋强度阈值.现场应用动态喷淋强度可明显改善堆场的渗透性,提高铜的浸出率.     

酚醛树脂基微孔炭的制备及双电层电容特性

以热固性酚醛树脂为原料,采用CO2物理活化法制备双电层电容器,用高比表面积活性炭.由氮气吸附法测定活性炭的比表面积和孔结构,采用循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电考察其在3000/KOH水溶液中的电容特性.结果表明,随着活化时间的延长,所得活性炭收率下降,比表面积、总孔孔容和质量比电容则不断增加;具有高比表面积和宽孔径分布的试样APF957质量比电容值最高,电流密度由50 mA/g提高到1000 mA/g时,其放电比电容由211.6 F/g降低到196.5 F/g,容量保持率达到9300/,显示出良好的功率特性.     

应用CFD消除气流脉动

采用计算流体力学(CFD)技术研究气流脉动,对新气流脉动消减装置内气流流场进行分析,得到了压力的分布规律、切向速度的减小趋势以及气流脉动曲线,并对新的消减脉动装置进行了优化设计。模拟计算结果揭示了装置内部气流流动的基本特征和变化的基本规律,阐明了该装置消除气流脉动的主要机理。