利用电石渣替代水泥开发固碳胶凝材料

本研究利用电石渣替代部分水泥,制备新型固碳胶凝材料,研究了不同电石渣含量的胶凝材料对600 kg/m³等级泡沫混凝土的基础性能及固碳性能的影响。研究表明：电石渣的掺入导致泡沫混凝土气孔变大,28 d抗压强度先升高后降低,保温性能提高;当电石渣取代10%水泥,制备出的泡沫混凝土干密度为595 kg/m³,28 d抗压强度比未掺加电石渣的提高4.2%,达5.0 MPa;当电石渣取代50%水泥,制备出的泡沫混凝土导热系数比未掺加电石渣的降低17.1%,为1.131 W·m^-1·K^-1。电石渣掺加有利于改善泡沫混凝土收缩,当电石渣掺量增加,泡沫混凝土先呈现收缩减小后出现膨胀。碳化养护不仅能够固化封存CO₂,还能提高泡沫混凝土的力学性能与保温性能。电石渣掺量越高,泡沫混凝土固碳能力越强,电石渣掺量为50%时,CO₂的捕获量达到46.02 wt%。     

水下爆炸载荷作用下梯度PVC泡沫夹芯结构的动态响应

采用ANSYS/LS＿DYNA有限元软件对分层梯度PVC泡沫夹芯板在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行数值分析。针对表观密度为79 kg/m³,107 kg/m³,134 kg/m³,162 kg/m³,203 kg/m³,252 kg/m³的6种泡沫材料，通过改变不同泡沫芯层的密度实现不同的密度梯度设置，共设计了两类不同密度梯度跨度的构型。选用背板峰值挠度和能量吸收作为结构抗水爆性能评价指标，讨论了不同密度梯度比对结构动态响应的影响，并与均质构型进行了比较。结果表明：与均质构型相比，合理的设置泡沫芯层密度能够有效地提升结构的抗爆性能；芯层的密度梯度设置对大密度梯度(large gradient density, LGD)构型的影响大于小密度梯度(small gradient density, SGD)构型；小密度梯度构型LGD-3具有最小的背板峰值挠度，为设计优质抗水爆性能泡沫夹芯板提供了参考。     

泡沫钢填充管的准静态压缩变形模式、力学性能及吸能特性

本工作以430L不锈钢粉为原料,采用粉末冶金法制备泡沫钢,然后通过物理粘结法将泡沫钢芯与薄壁金属管结合,分别对空管和泡沫金属填充管进行准静态轴向压缩实验,并对比分析空管和填充管的压缩变形模式、力学性能和吸能性能.研究表明:在压缩变形过程中,空铝管和泡沫钢填充铝管均呈现轴对称变形模式,而空钢管呈现非轴对称变形模式,泡沫钢填充钢管呈现混合变形模式;泡沫钢填充铝管抗压强度约为56.09 MPa,比泡沫铝填充铝管高1.69倍;泡沫钢填充钢管抗压强度高达116.03 MPa,比泡沫铝填充钢管高1.05倍;当应变量为40％时,泡沫钢填充铝管单位体积能量吸收值为27.93 MJ/m3,是泡沫铝填充铝管吸能值的2.91倍,泡沫钢填充钢管单位体积能量吸收值为35.98 MJ/m3,是泡沫铝填充钢管吸能值的1.15倍;当泡沫钢填充铝管的壁厚由1 mm增大到2 mm时,泡沫钢填充管的平台应力值增大1.36倍;在应变量为40％时,单位体积能量吸收值增大1.26倍,同时泡沫钢填充管在压缩过程中的变形褶皱数随着壁厚的增加而减少.     

负泊松比三明治结构填充泡沫混凝土的面内压缩性能

为改善负泊松比三明治结构的受压破坏模式且提高其缓冲吸能能力,提出一种填充泡沫混凝土的新型复合三明治结构。在负泊松比结构中填充不同密度(409 kg/m3、575 kg/m3、848 kg/m3、1 014 kg/m3)的泡沫混凝土得到负泊松比填充结构,并对无填充负泊松比结构、负泊松比填充结构和泡沫混凝土对照试块在准静态压缩下的破坏模式和吸能特性进行比较。根据荷载-位移关系和破坏模式得到以下结论:当填充物密度较小时,负泊松比填充结构能够将填充物的泊松比限制在较小的数值,胞元表现出内凹的变形模式,结构发生逐渐被压实的压缩破坏;当填充物密度较大时,结构发生“X”型剪切破坏,塑性铰区域和剪切带附近的胞壁发生断裂破坏;泡沫混凝土填充物的密度越大,填充结构的压实应变越小,吸收的能量越多,但当填充物密度超过一定值后,填充物密度的增加对负泊松比填充结构能量吸收能力的提升作用不再明显,结构的比吸能降低。      

泡沫填充型蜂窝纸板面外压缩性能实验研究

对泡沫填充型蜂窝纸板的面外压缩性能及其影响规律进行了试验研究。将不同密度的聚氨酯泡沫以不同填充方式填充入不同边长的蜂窝胞元中,以不同的压缩速率对上述泡沫填充型蜂窝纸板进行准静态压缩试验,结果发现:蜂窝胞元边长显著影响泡沫填充型蜂窝纸板的面外压缩性能,初始峰值应力和平台应力均随着胞元边长的增大而减小;当使用低密度(高发泡倍率)的泡沫填充蜂窝纸板时,初始峰值应力和平台应力均优于高密度(低发泡倍率)泡沫填充型蜂窝纸板;部分填充和完全填充的泡沫填充型蜂窝纸板相对于未填充的蜂窝纸板的平台应力和吸能性能均有大幅提升,不但降低了初始峰值应力,还提高了平台应力,对面外压缩性能和缓冲性能改善明显;在2 mm/min~50 mm/min的压缩速率区间内,泡沫填充型蜂窝纸板面外压缩性能受压缩速率的影响不显著。本文的研究成果可为蜂窝纸板的合理使用及多目标优化提供依据。     

填充泡沫铝的多层铝管动态压溃吸能特性研究

采用数值模拟的方法研究和分析了无填充物的多层铝管结构的吸能特性,结果发现多层铝管相比单层铝管,不但具有较大的吸能量,而且还具有较高的比吸能率;在此基础上,设计了不同层数的多层管泡沫铝填充结构,研究发现泡沫铝不但受轴向压溃变形,同时也受到了铝管层之间的相互作用力使其在径向发生了变形;之后对多层管填充3种不同密度的泡沫铝,采用变参分析的方法研究了多层管层数和泡沫铝密度对整个结构吸能特性的影响;研究结果表明:填充泡沫铝的多层管,随着层数的增加,其比吸能率和吸能量也随之有所增加,随着泡沫铝密度的提高,比吸能率的提高量开始下降,但仍高于填充相同泡沫铝的单层管。     

泡沫铝填充管的研究进展

泡沫铝填充管是在一个或多个不同横截面形状的薄壁金属管内填充泡沫铝而形成的一种结构功能一体化材料。泡沫铝的填充不仅提高了薄壁金属管的轴向压缩性能和抗弯曲性能,也避免了泡沫铝本身强度不高的劣势。从泡沫铝填充管的制备、结构及性能方面综述了其研究现状,从泡沫铝单管、双管与多管填充的角度分析了结构对泡沫铝填充管压缩和弯曲性能的影响。单管填充泡沫铝改变了薄壁管压缩及弯曲的失效形式,提高了薄壁管的吸能性;双管填充泡沫铝的内管多数以同心管形式排列,在管内部所填充的泡沫铝支撑的基础上,内管进一步支撑起泡沫铝填充管的承载和吸能作用,其压缩及弯曲性能较单管填充更为突出;多管填充泡沫铝在双管基础上进行拓展,可以同心或并列排布,对薄壁管性能的提升各有不同,平行排列的多管结构能量吸收效率高于泡沫铝填充单管,但低于相应的薄壁空管结构。泡沫铝填充管的制备技术通常是分别制取泡沫铝和管材再进行填充,尽管过于单一且工艺复杂,但由于其具有优异的承载和吸能能力,仍然在交通运输、航空航天等领域极具应用潜力。     

坑道内化爆载荷数值模拟与泡沫混凝土吸能效应优化分析

针对密闭空间化爆载荷数值模拟及泡沫混凝土结构吸能效应优化设计问题,该文基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法建立坑道内化爆的三维数值模型。采用有限元计算软件LS-DYNA对坑道试验进行数值模拟,研究200 kg TNT化爆下泡沫混凝土防护结构的三维构型、横截面积以及道数等因素对其吸能效应的影响。计算结果表明:在坑道内对称面各设置3道等距分布(比例距离为R=0.19 m/kg1/3),半径为1 m圆柱体泡沫混凝土防护结构的吸能效果较优,其超压峰值和100 ms准静态压力值较空腔爆炸分别下降71.4%和37.6%。     

孔径对球体开孔泡沫铝压缩及吸能性能的影响

目的 研究在准静态压缩过程中,不同孔径（泡沫铝内部胞孔的直径）对球体开孔泡沫铝压缩性能及吸能性能的影响。方法 针对3种不同孔径的泡沫铝试样进行准静态压缩实验。通过准静态压缩试验得出泡沫铝的应力-应变曲线,并通过应力-应变曲线计算得到吸能-应变曲线。结果 当泡沫铝孔径从5 mm增加到9 mm时,球形孔开孔泡沫铝的屈服强度增加了4.6862 MPa,最大吸能效率由24.45%提升到27.71%,力学性能和吸能性能均得到提升。结论 泡沫铝的压缩性能和吸能性能随着球体开孔泡沫铝孔径的增加而增强。     

偏高岭土对泡沫混凝土物理力学性能及微观结构的影响

为探究偏高岭土对泡沫混凝土的影响规律,配制干密度为600 kg/m³的泡沫混凝土,通过偏高岭土取代水泥不同的质量分数(6%,12%,18%,24%,30%)来研究偏高岭土对泡沫混凝土的流动度、28天抗压抗折强度、吸水率和软化系数的影响,并采用X射线衍射和扫描电子显微镜研究偏高岭土掺量不同时物相组成、气孔结构和微观形貌结构的变化规律。试验及研究结果表明,偏高岭土能显著提高泡沫混凝土的抗压强度,对抗折强度、吸水率和软化系数都有适宜的掺量为12%,这些都能够由物相分析和微观形貌得到相互映照和改善机理的解释。微观结构分析表明,偏高岭土有着能提高密实度、改善孔隙结构等对泡沫混凝土的积极影响。     

410L和430L泡沫钢性能的比较

以410L和430L不锈钢粉为基体,以CaCl₂为造孔剂,采用粉末冶金烧结溶解法制备出不同孔隙率的410L和430L泡沫钢并分析比较其组织和性能。结果表明：410L和430L泡沫钢的基体组织都是α-Fe;在相同的腐蚀条件下430L不锈钢的抗腐蚀性更强;在烧结过程中410L泡沫钢孔壁表面的氧化程度比430L泡沫钢严重;在准静态压缩变形过程中孔隙率为73%~83%的410L泡沫钢屈服应力为22.06~5.45 MPa,相同孔隙率的430L泡沫钢其屈服应力为56.77~10.44 MPa,430L泡沫钢的抗压强度是410L泡沫钢的2~3倍;应变量为50%时,孔隙率为73%~83%的410L泡沫钢单位体积的能量吸收值为6.12~2.90 MJ/m³。应变量为50%时,孔隙率为72%~83%的430L泡沫钢其单位体积的能量吸收值为40.35~8.25 MJ/m³。430L泡沫钢的单位体积能量吸收值约为410L泡沫钢的3~5倍。     

泡沫铝-聚氨酯复合材料压缩性能分析

目的研究泡沫铝孔径(泡沫铝内部孢孔直径)对泡沫铝压缩性能的影响,并对泡沫铝、聚氨酯(PU)、泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能和吸能性能进行对比分析。分析泡沫铝孔隙率、聚氨酯含量对泡沫铝-聚氨酯复合材料压缩性能和吸能性能的影响规律。方法对试样进行准静态压缩试验。结果通过准静态压缩试验,分别得出了对应的应力-应变曲线,并通过应力-应变曲线推导出吸能-应变曲线。结论从试验所得的应力-应变曲线和吸能-应变曲线可知,泡沫铝压缩性能、吸能性能随着泡沫铝孔径的增加而变好,且在泡沫铝中加入聚氨酯形成泡沫铝-聚氨酯复合材料后,其压缩性能、吸能性能相对于单纯泡沫铝、聚氨酯有很大提升。当泡沫铝孔隙率一定时,泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能、吸能性能会随着聚氨酯含量的增加而变好。当聚氨酯含量一定时,泡沫铝-聚氨酯复合材料的压缩性能、吸能性能会随着泡沫铝孔隙率的减小而变好。     

承载立柱爆破破坏特征及应变演化规律研究

为分析不同单位面积炸药量及不同截面应力下的钢筋混凝土立柱爆破后破坏特征及应变演化规律，以弹性力学理论为基础，利用自主研制的单轴惯性动载力学模型试验系统对12个钢筋混凝土立柱进行爆破试验。当钢筋混凝土立柱上部截面应力为0 MPa时对应单位面积炸药量为0.11 kg/m²、0.23 kg/m²、0.27 kg/m²;上部截面应力为2 MPa时对应单位面积炸药量为0.13 kg/m²、0.18 kg/m²、0.23 kg/m²;上部截面应力为3 MPa时对应单位面积炸药量为0.18 kg/m²、0.23 kg/m²、0.32 kg/m²;上部截面应力为4 MPa时对应单位面积炸药量为0.13 kg/m²、0.18 kg/m²、0.23 kg/m²,并且运用数值仿真模拟软件对不同截面应力影响爆破效果进行模拟分析。定义纵向中轴线破碎距离...     

泡沫铝填充多棱管的吸能分析

通过LS-DYNA模拟分析泡沫铝填充多棱管的准静态过程。以柱壳比（R）作为比较具有不同截面形状的泡沫铝填多棱管的依据。通过比吸能、比力和能量吸收率,实现泡沫铝填充多棱管吸能性能的定量化比较分析。研究发现在具有相同柱壳比的条件下,泡沫铝填充四棱管的比吸能最高;泡沫铝填充八棱管的能量吸收率最高（约78%）;四棱管的吸能量占泡沫铝填充四棱管总吸能量的比例最小（约57%）。不同的几何形状和结构对泡沫铝填充多棱管的吸能性能有着显著的影响。同时,对泡沫铝填充多棱管的变形模式和内在机制也做了初步的分析     

泡沫填充型蜂窝纸板面外压缩性能实验研究EI北大核心CSCD

对泡沫填充型蜂窝纸板的面外压缩性能及其影响规律进行了试验研究。将不同密度的聚氨酯泡沫以不同填充方式填充入不同边长的蜂窝胞元中,以不同的压缩速率对上述泡沫填充型蜂窝纸板进行准静态压缩试验,结果发现:蜂窝胞元边长显著影响泡沫填充型蜂窝纸板的面外压缩性能,初始峰值应力和平台应力均随着胞元边长的增大而减小;当使用低密度(高发泡倍率)的泡沫填充蜂窝纸板时,初始峰值应力和平台应力均优于高密度(低发泡倍率)泡沫填充型蜂窝纸板;部分填充和完全填充的泡沫填充型蜂窝纸板相对于未填充的蜂窝纸板的平台应力和吸能性能均有大幅提升,不但降低了初始峰值应力,还提高了平台应力,对面外压缩性能和缓冲性能改善明显;在2 mm/min^50 mm/min的压缩速率区间内,泡沫填充型蜂窝纸板面外压缩性能受压缩速率的影响不显著。本文的研究成果可为蜂窝纸板的合理使用及多目标优化提供依据。     

基于矿渣材料的低密度发泡混凝土制备及性能研究

为了解决发泡混凝土制备过程中发泡不稳定及成型后抗拉强度不足的问题,该文通过化学发泡的方法制备了一种基于矿渣材料的低密度发泡混凝土。通过强度测试、泡沫完整性测试及微观分析,研究了泡沫混凝土的强度及体系的稳泡能力。结果表明：1)对比3种稳泡剂对体系泡沫稳定性的影响规律,可以看出动物蛋白对体系的稳定效果最佳。2)体系反应温度为50℃时,制备的发泡混凝土干密度最小,能够达到250kg/m³。3)掺入适量的催化剂可以提高体系的发泡量,同时能够降低发泡混凝土的干密度。当催化剂掺量为1%时,其制备的混凝土抗压强度为0.2MPa。     

聚甲基丙烯酰亚胺泡沫压缩失效寿命预测及模型验证

聚甲基丙烯酸酰亚胺(PMI)泡沫因其性能优越,在航空航天领域广泛应用。本文主要针队PMI泡沫在弹筒适配器领域的功能特性开展研究,主要研究了其在常温条件下的压缩蠕变特性。依据使用工况及高分子材料的蠕变特性,采用“时间强化”模型设计实验,分别对密度为0.075 g/cm³和0.110 g/cm³的PMI泡沫进行了为期180天的常温压缩蠕变实验。通过对实验数据分析、拟合,预测了两种不同密度的PMI泡沫常温、1 250 N条件下的压缩蠕变寿命,密度0.075 g/cm³ PMI泡沫压缩蠕变失效寿命约为11年;而密度0.110 g/cm³PMI泡沫约为53年,同时对模型的可靠性进行了验证分析。     

露天矿山台阶爆破爆炸水雾降尘实验

通过露天矿山爆破现场降尘实验,研究了地表水袋爆炸水雾形成过程及布置参数。在总结前人研究的基础上,针对水袋直径、起爆药量、发泡剂浓度进行对比实验,利用高速摄像系统及分析软件分析水雾形成过程,获得了不同水袋直径下爆炸水雾的抛撒半径、最大高度、水平和竖直方向的水雾持续时间和初始速度及其变化规律,得出了对于直径?=300mm的水袋当比药量为q=0.55kg/m³、发泡剂浓度为E=5kg/m3、发泡剂浓度为E=5kg/m³时,爆炸水雾降尘效果最佳,对于直径?=200mm的水袋当比药量q=0.83kg/m3时,爆炸水雾降尘效果最佳,对于直径?=200mm的水袋当比药量q=0.83kg/m³、发泡剂浓度为E=5kg/m3、发泡剂浓度为E=5kg/m³时爆炸水雾降尘效果最佳。通过实例应用,发现地表水袋爆炸水雾在露天矿山台阶爆破中进行降尘效果明显,为地表水袋布置参数提供参考。     

铝土尾矿泡沫轻质土的物理力学性能及细观特征

为了降低泡沫轻质土生产成本并促进其在土木工程中的广泛应用,本工作提出将大量废弃的铝土尾矿泥用于制备泡沫轻质土的方法,并通过开展铝土尾矿泡沫轻质土合成正交试验,对铝土尾矿泡沫轻质土流动度、湿密度及无侧限抗压强度的影响因素进行敏感性分析,揭示面积孔隙率对铝土尾矿泡沫轻质土物理力学性能的影响规律,并建立相互之间的关系式。研究结果表明,铝土尾矿泡沫轻质土湿密度和无侧限抗压强度的最大影响因素是泡沫掺量,其次是水泥掺量,铝土尾矿泥掺量影响最小;湿密度从450 kg/m³增加至1 080 kg/m³时,面积孔隙率由97.65%降至57.15%,面积孔隙率随湿密度的增加呈指数型减小;随着铝土尾矿泡沫轻质土面积孔隙率的增加,28 d无侧限抗压强度呈指数型减小,而体积吸水率呈线性增加。研究结果为铝土尾矿泥在泡沫轻质土中的应用提供了配合比参考。     

具有高比电容的纳米Ni-MOF/GO的制备及赝电容特性研究

以不同温度和不同制备时间作为实验条件，采用溶剂热法制备了1^#、2^#、3^#三类Ni-MOF材料。然后，将MOF材料中的3^#和氧化石墨烯(GO)等多孔碳材料复合，测得其具有优异的电化学性能。3^#在50mA/g时的比电容达700F/g,在500mA/g通过100次循环后仍有电容为222F/g,可保持3^#器件初始电容的58.9%以上。3^#/GO在500mA/g时表现出412F/g的高质量比电容，并且在100次循环后，保持其初始电容的72%以上。该器件的最大能量密度和最大功率密度分别为11.58Wh/kg和46.32W/kg。通过X射线衍射、X射线光电子能谱技术、比表面积和氮气吸脱附、红外光谱和扫描电子显微镜等测试，证实了GO能显著地改善MOF赝电容的电化学性能。