基于应力物理模型的碳纤维复合材料温阻效应

碳纤维增强复合材料(CFRP)既具有承载能力又具有一定的智能特性。开发其智能特性,研发具有相关功能的传感元件运用于结构健康监测具有重要的理论与应用价值。基于应力模型,建立了CFRP温阻效应预测模型,在室温(18.5、20℃)~高温(100℃)温度条件下,分别对有无掺入碳粉/SiO_2混合颗粒的CFRP传感元件进行温阻试验,并验证CFRP温阻效应预测模型。试验结果表明:第1次升温中两种传感元件均表现为正温度系数(PTC)效应;第2、3次温度循环试验中,掺入碳粉/SiO_2颗粒的CFRP传感元件负温度系数(NTC)效应/PTC效应之间的转变温度为45.20℃,重复性和规律性更好,CFRP温阻效应预测模型相关系数均大于0.85。研究结果对研发CFRP传感元件运用于结构健康监测的温度检测方面具有实际工程意义。     

碳纳米纤维调控粉煤灰基地质聚合物力学/传感性能优化

采用物理混合法向粉煤灰基地质聚合物中加入碳纳米纤维(CNF),制备不同CNF质量分数(0～2.0%)的粉煤灰基地质聚合物复合材料。通过对粉煤灰基地质聚合物复合材料微结构、力学性能、电学性能及传感性能进行研究,揭示CNF调控粉煤灰基地质聚合物力学与传感性能的具体演变规律,并对CNF质量分数为0.5%的复合材料进行循环稳定性实验及方差稳定性量化分析。研究结果表明：当CNF添加量增加时,粉煤灰基地质聚合物的弹性模量和抗弯强度皆显著提升;当CNF质量分数为0.5%和2.0%时,复合材料的弹性模量分别提升到1.35 MPa和0.23 MPa,抗弯强度分别提升到3.9 MPa和0.32 MPa;此外,随CNF质量分数增加,复合材料的电阻率随之降低,当CNF质量分数达到2.0%时,复合材料的电阻率降低到46Ω·m,CNF的添加有利于粉煤灰基地质聚合物导电能力提升;在单向加压实验条件下,当CNF质量分数为0.5%、1.0%和2.0%时,复合材料的传感灵敏度分别为71.56、57.33与25.58,随着CNF的加入量不断增大,粉煤灰基地质聚合物的传感灵敏度先增后减,通过实验判断CNF质量分数阈值可能为0...     

水对粉砂岩受力破裂红外辐射温度敏感性实验

为研究含水粉砂岩破裂过程中红外辐射温度变化对应力的敏感程度,采用实验与数据分析的方法,对粉砂岩单轴加载红外辐射温度进行分析.研究结果表明:水对粉砂岩破裂红外辐射敏感性影响较大,且存在一个临界转换点(质量分数1.464%).当质量分数MF1.464%时,质量分数增大"红外辐射-应力"的敏感性增强;反之,敏感性减弱.另外,MF=2.563%是水对红外辐射温度变幅影响的一个关键点.低于2.563%时,质量分数增大红外辐射温度降幅增大;反之,红外辐射温度降幅减小.     

高效减水剂对结构混凝土长期性能影响

研究了聚羧酸(PCA)、高浓、低浓萘系(H-PNS,L-PNS)3种高效减水剂对混凝土浆体初始流动度、抗压强度及碳化、氯离子渗透扩散系数、干湿循环破坏性能影响.结果表明,PCA高效减水剂与H-PNS,L-PNS高效减水剂相比,具有掺量低、混凝土坍落度保持性好、早期强度发展快的特点.掺加3种高效减水剂混凝土中,相同碳化时间里,掺加L-PNS减水剂混凝土碳化深度>掺加H-PNS减水剂混凝土碳化深度>掺加PCA减水剂混凝土碳化深度,掺加L-PNS减水剂的混凝土氯离子渗透扩散系数>掺加H-PNS减水剂的混凝土氯离子渗透扩散系数>掺加PCA减水剂的混凝土氯离子渗透扩散系数.掺加3种高效减水剂的混凝土受干湿循环劣化损伤(相对抗压强度比、相对动弹性模量、质量损失)影响不大.     

老化沥青介入下SBS改性沥青特性研究

目的通过分析不同老化沥青掺量(0%、10%、20%、30%)的再生沥青的温度敏感性、高低温性能、蠕变疲劳性能和微观分析等,系统地研究老化沥青介入下SBS改性沥青的特性.方法对不同沥青的动力黏度、黏温指数(VTS)进行测定和分析;采用高温动态剪切流变仪、弯曲梁流变仪、直接拉伸仪对样品试验,利用荧光显微镜分析了沥青样品成分.结果在高低温下,再生沥青的黏度变化不一致;当老化沥青掺量大于30%时,才能改善再生沥青的温度敏感性;随着老化沥青掺量的增加,再生SBS改性沥青具有更好的高温抗车辙性能,临界开裂温度温度则不断升高;老化沥青少量掺加有利于提高再生沥青的疲劳寿命,大量掺加会降低沥青的蠕变疲劳性能.结论随着老化沥青掺量的增加,再生SBS改性沥青具有更好的高温抗车辙性能,但再生沥青的低温开裂性降低,蠕变疲劳性能下降,SBS分布变得不均匀且粒径大小不一.     

片式PTC热敏电阻瓷片再氧化工艺的研究

以乙酸钡(Ba(CH3COO)2)、钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)和硝酸钇(Y(NO3)3.6H2O)为原料,采用溶胶-凝胶法制备掺1.6%(质量分数)施主钇(Y)的钛酸钡nm粉体.用此粉体制备叠层片式正温度系数热敏电阻(PTCR)用瓷片,其中用氮化硼(BN)和钛酸钡作为玻璃相原料.利用流延方法成型,流延生胚在体积分数为97%的N2和体积分数为3%的H2的还原气氛下烧结成瓷.通过采用不同的再氧化温度和时间去氧化烧成的瓷片,研究再氧化工艺对正温度系数(PTC)瓷片电性能的影响.结果显示:室温电阻率随再氧化温度的升高先增加后减小,而PTC效应逐渐增加;室温电阻率随再氧化时间的增加会出现一个最小值,再氧化时间对PTC效应影响不大;样品的耐压值随着再氧化温度或时间的增加而增大.     

纳米纤维素-聚乙烯醇复合凝胶的制备及表征

为了增强聚乙烯醇(PVA)凝胶,采用2,2,6,6-四甲基哌啶-氧-自由基(TEMPO)氧化法制得直径4~10 nm、长径比达到100以上的纤维素纳米纤维(CNF),将CNF与PVA在水相中进行混合,并进一步添加硼砂、戊二醛交联制备增强型CNF-PVA复合凝胶材料。考察在不同交联剂的条件下CNF与PVA的质量分数对CNF-PVA复合凝胶黏弹性及其内部孔隙结构的影响。结果表明:硼砂交联的CNF-PVA复合凝胶的黏弹性随PVA质量分数的增加而增大,而其刚性随CNF含量的增大而提高,随CNF的增加CNF-PVA复合凝胶内部孔隙结构更为丰富,形成蜂窝状的多孔材料;戊二醛交联的CNF-PVA复合凝胶的黏弹性随PVA及CNF质量分数的增加而增大。因此,CNF的复合添加及交联能够有效改善PVA凝胶的力学性能及孔隙结构,达到增强效果。     

再生橡胶颗粒沥青混合料水稳定性试验

为了研究不同粒径(1~2.5mm和4~5mm)和掺量(质量分数为0%、1%、2%、3%)的橡胶颗粒对再生橡胶颗粒沥青混合料的水稳定性能的影响,采用真空饱水马歇尔试验和冻融循环(循环次数为0、1、2、5次)劈裂试验对未掺加橡胶颗粒和掺加了橡胶颗粒的再生沥青混合料的水稳定性能进行对比研究.试验结果表明:最佳橡胶颗粒掺量下的再生橡胶颗粒沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度和TSR均满足规范要求,水稳定性能方面掺加小粒径橡胶颗粒的再生橡胶颗粒沥青混合料要优于掺加大粒径橡胶颗粒的再生混合料.随着冻融循环次数的增加,再生橡胶颗粒沥青混合料TSR呈现出下降趋势,空隙率呈现上升趋势.     

SBS/废胶粉复合改性沥青的性能

以AH-70为基质沥青,加入经糠醛抽出油预溶胀的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS),外掺胶粉制备复合改性沥青(SBS/CRMA)。通过正交试验考察糠醛抽出油掺量、胶粉掺量、搅拌温度和搅拌时间对改性沥青性能的影响,采用动态剪切流变仪对SBS/CRMA、SBS改性沥青(SBSMA)和胶粉改性沥青(CRMA)的流变性能进行分析,并通过荧光显微镜观察SBS/CRMA的微观结构。由正交试验得到最优方案为:糠醛抽出油掺量8%(质量分数)、胶粉掺量25%(质量分数)、搅拌温度210℃和搅拌时间2.5h。在最优方案下制得SBS/CRMA的5℃延度为327mm、软化点为78.0℃、弹性恢复91.6%。SBS/CRMA在低温下更柔韧,高温下更坚硬,温度敏感性降低,抗车辙形变能力增强。结合荧光显微镜结构图,提出了SBS/CRMA的三维网络结构模型。     

竹浆纤维增强水化硅酸镁与水化硅酸钙的性能研究

以竹浆纤维为增强材料,采取抄取法制备了竹浆纤维/水化硅酸镁复合材料(BFMSC)和竹浆纤维/水化硅酸钙复合材料(BFCSC),研究了竹浆纤维掺加质量分数对两种基体复合材料物理和力学性能的影响。研究结果表明：与未掺纤维对照组相比,掺加质量分数为20%的纤维导致BFMSC和BFCSC的表观密度分别下降了26.8%和30.3%;竹浆纤维的掺加显著改善了两种复合材料的力学性能,纤维掺加质量分数为20%时,蒸养2 d之后BFMSC与BFCSC的抗弯强度分别较未掺纤维的对照组提高了11.9倍和9.9倍,断裂韧性提高了492倍和515倍;复合材料荷载-挠度曲线结合XRD和SEM分析结果表明,随着龄期的延长,BFMSC受力破坏时依然保持延性断裂,而BFCSC受力破坏时则存在由延性断裂向脆性断裂发展的趋势。     

天然气掺氢配合废气再循环发动机燃烧过程的数值模拟

基于AVL-FIRE软件,数值模拟了掺氢比为20%、不同当量比(0.9～1.4)、不同废气再循环率(0-0.25,指废气的质量分数)的情况下,天然气掺氢发动机缸内压力、温度、氮氧化合物随曲轴转角的变化规律及其三维空间分布.缸内压力的计算值与实测值达到很好的吻合,表明模拟计算能进行天然气掺氢发动机的燃烧分析.计算结果表明:当天然气掺氢发动机使用废气再循环(EGR)后,缸内温度、压力、放热量和NO质量分数都降低,NO出现的时刻推迟.废气再循环率大于15%时,NO质量分数降低的速度已不明显.使用EGR是降低NO排放最直接和最有效的手段.在过量空气系数1.1处,NO生成量最高.稀薄燃烧也是天然气掺氢发动机实现低NO排放的重要手段.     

处置利用垃圾焚烧飞灰共研制硫铝酸盐水泥

以垃圾焚烧飞灰作为主要原料,在实验室电炉内研制成功了硫铝酸盐水泥熟料,并采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光分析(XRF)等手段对该熟料的适宜烧成制度、力学性能、水化进程和微观结构等进行了研究.结果表明,该水泥熟料的适宜烧成温度范围为1 200～1 300 ℃,较佳保温时间为120 min.掺加垃圾灰的熟料中氯离子质量分数虽达到1.08%,但氯离子多以固定氯的形式存在,氯离子浸出量不超过总氯质量分数的6.30%.采用该熟料配制的水泥具有较高的早期抗压强度,后期抗压强度也能稳定增长.     

感应加热CFRP温度控制算法

为了解决在电磁感应加热碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)过程中,因系统抗干扰性弱、响应速度慢导致的CFRP成型质量差的问题,提出了一种基于改进粒子群优化的模糊PID(improved particle swarm optimization fuzzy PID,IPF-PID)控制算法,利用IPF对PID三个参数进行寻优和自调整.该算法结合PSO和Fuzzy-PID算法的优点,在避免了陷入局部最优的同时,保证控制精度和最佳的寻优性能.结果表明,该算法在增强控制器的自适应能力和减小调整时间方面效果显著.比传统的PID算法具有更小超调和稳态误差,更适用电磁感应加热CFRP温度控制系统.     

基于丙烯酸的聚电解质与聚乙二醇溶液的粘度行为

报道不同温度下PEG-PAA-C2H5OH-H2O体系的相图,以及质量分数、温度、PEG摩尔分数、Na Cl和尿素对中和度分别为50%的PAA(DN-50%)和100%的PAANa及其与PEG构成的复合体系的粘度行为的影响.结果表明,PAA线团内氢键作用形成羧基"桥架"结构、柔性带疏水结构的PEG分子的缠绕作用以及乙醇分子对大分子间作用力的消弱作用共存;与PAANa比较,PAA(DN-50%)因受羧基"桥架"结构影响,质量分数对其比浓粘度影响较小;PEG分子对PAA(DN-50%)和PAANa的缠绕模式不同,在PEG摩尔分数小于0.5的情况下,复合体系的比浓粘度变化趋势不同;聚合物链段的内能随温度升高而增大,溶液的比浓粘度降低;主要由于同离子效应缘故,随Na Cl质量分数增加,2种复合体系比浓粘度都降低;尿素分子在PAA(DN-50%)线团表面因氢键结合及水化,使得复合体系PEG+PAA(DN-50%)的比浓粘度在尿素质量分数低于0.25%时随质量分数增大有所增加;当质量分数超过0.25%后,进入聚合物线团的尿素分子因其氢键作用使得线团收缩,比浓粘度降低.     

掺硅钛酸钡纳米粉体及其陶瓷的制备和表征

目的 制备均匀的掺硅BaTiO3纳米粉体及其高介电常数和高介电温度稳定性的钛酸钡基陶瓷.方法 采用溶胶-凝胶(sol-gel)法制备掺硅钛酸钡基纳米粉体及其陶瓷样品,通过XRD,TEM和SEM对它们进行表征,并测试陶瓷的介电性能.结果 采用sol-gel制得纳米级(～50 nm)掺硅BaTiO3粉体,主要相组成为立方相,当掺硅摩尔分数增加到0.10时,有Ba2TiSi2O8新相生成;烧结后的掺硅钛酸钡陶瓷主要相组成为四方结构;当掺硅摩尔分数为0.003,陶瓷的室温介电常数为4 081,介电损耗为0.004,而且ε-T曲线比较平坦,介电温度稳定性较好.结论 采用sol-gel可制得掺硅的钛酸钡纳米粉体和具有高介电常数和高介电温度稳定性的钛酸钡基陶瓷,温度稳定性满足Z5U(E)特性.     

温度和Cl~-质量分数对304不锈钢耐点蚀性能的影响

采用线性极化技术和动电位循环伏安法2种电化学测试技术,研究温度和氯离子的质量分数对304不锈钢耐点蚀性能的影响,从而得到二者对点蚀的影响规律.结果表明:随着温度的升高和氯离子质量分数的增大,304不锈钢点蚀坑的孔径和数量均变大,电流密度也变大,击穿电位Eb负移,钝化区变窄,因此二者的升高使钝化膜的修复能力变差,点蚀敏感性增加.同时得到Eb与温度、Cl-质量分数都呈线性关系:温度每升高10℃,Eb向负方向移动约30 mV.Cl-质量分数每增加0.5%,Eb向负方向约移动10 mV.Eb-Ep随着温度或Cl-质量分数的升高而变大,但其与温度或Cl-质量分数并不成线性关系.     

石墨烯微片聚丙烯/高密度聚乙烯的复合材料的正温效应

以KNG-150石墨烯微片(GNPs)为导电填料,PP(聚丙烯)/HDPE(高密度聚乙烯)复合体系为基体材料,制备石墨烯微片/PP/HDPE导电复合材料,研究GNPs质量分数,PP/HDPE质量比对材料的正温度系数效应(PTC)强度和负温度系数效应(NTC)强度的影响.结果表明:GNPs质量分数处在渗滤区间6%时,材料的PTC强度达到最大值;PP的加入可以有效地提高材料的PTC强度,同时还抑制了NTC效应;当PP/HDPE质量比为3:7时,效果最佳,此时PTC强度为5.58,NTC强度仅为0.25.     

催化裂化工艺掺炼焦化液化气的研究

采用在催化裂化工艺过程中掺炼焦化液化气(LPG)的方法来处理高含硫的焦化液化气,在提升管催化裂化中试装置上进行了增产丙烯的研究.考察了焦化液化气掺炼量、反应温度等工艺条件的影响,还考察了LPI-1增产丙烯助剂的效果.结果表明,当掺炼LPG的质量分数为9.41%,LPI-1助剂添加的质量分数为5%时,可使丙烯对原料的产率提高1.05%,即增产丙烯达18.83%,同时转化率提高,轻油收率基本不变.反应温度对丙烯产率和产品分布有一定的影响,提高温度有利于增产丙烯.     

水浸与周期荷载耦合下CFRP锚固系统的耐久性分析

借助光纤布拉格光栅(FBG)传感器,在不同浸润时间下,对碳纤维复合材料(CFRP)锚固结构进行周期荷载实验,探究水浸与周期荷载下CFRP锚固结构的耐久性.试验结果表明:随着循环次数的增加,环氧体塑性变形减小,并趋于稳定;水浸与周期荷载作用下,锚具内CFRP筋发生变形,但无脱锚现象发生;CFRP筋与环氧体界面受水浸环境影响小,筋材表面无腐蚀.     

新拌纳米偏高岭土水泥浆流变性

为了探明纳米偏高岭土(NMK)对新拌水泥浆流变性能的影响,采用流变仪开展了水胶质量比(0.40、0.45、0.50)和减水剂(SP)影响下,掺加不同质量分数(1％、3％、5％、10％、15％)NMK水泥浆流变试验,得到了表观黏度、屈服应力、塑性黏度等流变参数,探讨了NMK掺量对水泥浆流变性的影响规律;基于修正Krieger-Dougherty模型预测了NMK水泥浆黏度;并建立了流动参数与流变参数之间的关系.结果 表明:随NMK掺量增加,表观黏度、屈服应力和塑性黏度增大,流动度降低;水胶质量比0.50,掺质量分数15％ NMK水泥浆的屈服应力、塑性黏度较普通水泥浆分别增大约6倍和9倍,流动度降低约50％.NMK导致水泥浆内部絮凝结构增加,触变性增大.修正Krieger-Dougherty模型所预测低掺量(质量分数＜3％)NMK水泥浆黏度与试验值吻合良好;流动度与黏度、屈服应力、塑性黏度间均存在幂函数关系.