海洋环境下FRP增强混凝土构件结构劣化和性能退化的研究综述

随着我国海洋工程的快速发展,海洋环境下混凝土结构内部钢筋锈蚀导致的钢筋混凝土性能降低和结构破坏等问题越来越凸显。基于轻质、高强、耐腐蚀等性能特点,采用纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer, FRP)与混凝土的组合结构被认为是海洋工程建设中的优异选择。本文介绍了不同海洋腐蚀环境如水或碱性溶液浸泡、紫外线辐射等作用下FRP的降解机理,以及FRP的拉伸、弯曲、剪切、压缩强度等力学性能的退化规律。同时,综述了FRP-混凝土界面性能劣化机理及其对FRP增强混凝土结构性能的影响规律。本文重点讨论海洋环境下FRP增强混凝土结构的界面粘结性能和力学性能,将为海洋环境下纤维增强复合材料性能的研究和工程结构设计提供理论基础和研究方向。     

飞机结构用复合材料的力学性能要求

本文从飞机结构完整性要求出发提出了对聚合物基复合材料性能的具体要求,特别是在湿热和抗冲击性能方面的要求.为了降低全尺寸结构静强度验证中对湿热环境影响考虑的技术难度,建议提高对湿态玻璃化转变温度的要求;为了满足含冲击损伤(通常用一定深度的凹坑来描述)结构的剩余强度要求,适用于飞机主结构的复合材料体系应当是用静压痕试验得到易于产生表面凹坑同时损伤面积较小的材料体系.     

海洋环境下铝合金腐蚀与防护的研究进展探析

铝合金因具有较好的耐蚀性能和加工性能,并且本身也具有质量轻、强度好等优点,在海洋船舶和海洋工程装备等领域得到了非常广泛的应用。随着对海洋资源的探索,船舶及海洋工程装备领域迎来了快速发展时期。由于海洋环境的特殊性和复杂性,在深海或者极端环境下铝合金也有广泛应用的可能性,在深海油气勘探和极地航行船舶等设备中,铝合金可以作为结构材料,因其质量轻、耐腐蚀性能好,得到了广泛应用,但存在着诸多腐蚀铝合金的因素,给船舶及海洋工程装备的发展造成严重的影响。基于国内外最新相关研究进展,针对铝合金的种类、腐蚀类型、腐蚀监测技术以及腐蚀防护技术进行了综合分析,探究铝合金在海洋环境中的腐蚀行为以及不同的防腐技术,为将来铝合金在深海或极端海洋工程领域的应用以及改善和提高铝合金防腐技术研究提供借鉴。     

先进格栅增强复合材料结构在软模共固化成型过程中工艺参数研究

先进格栅增强复合材料结构(AGS)软模共固化工艺成型过程是一个包括固化度、温度和应力场等相互耦合作用的复杂历程,工艺参数的选择将直接影响AGS产品的性能.该文以一简单正交AGS板为例,采用有限元分析方法对其软模共固化成型工艺过程进行数值仿真,讨论了工艺间隙、工艺环境和固化制度等对成型工艺过程中预浸料内部固化度,温度和应...     

聚乙烯自增强材料结构与性能的研究EI

研究了自增强高密度聚乙烯(HDPE)的结构与性能。HDPE自增强后,模量和强度都得以大幅度提高,自增强HDPE改变了原来的聚态结构,呈串晶或纤维结构,从而赋予其优异的性能。     

X状Z-pin增强泡沫夹层结构的剪切性能

通过不同Z-pin角度(15°和25°)和夹芯厚度(8mm和12.7mm)的X状Z-pin增强泡沫夹层材料的剪切性能试验, 与相同材料同尺寸的未增强件进行对比, 考察X状Z-pin对泡沫夹层结构的增强作用。试验结果表明, X状Z-pin增强使材料的剪切强度和刚度都有较大幅度的提高; 同时, Z-pin的加入使该结构具有与传统泡沫夹层材料不同的剪切破坏形式。在此基础上, 结合空间网架结构和等效夹杂方法, 提出了X状Z-pin增强泡沫夹层结构剪切刚度模型, 计算结果与试验值符合良好。结果表明, X状Z-pin增强不仅能大幅度提高泡沫夹层结构的剪切性能, 并具有良好的可设计性, 可以通过改变Z-pin角度和材料等改变其力学性能。      

聚乙烯连续挤出自增强工艺与结构性能的关系

采用锥形流道挤出口模,通过控制挤出成型工艺获得了聚乙烯自增强棒材。研究了挤出成型工艺与制品结构性能之间的关系,结果表明,聚乙烯自增强产品连续挤出成型存在成型温度窗口,其产品的结构和性能强烈依赖于成型工艺参数,其结构主要由高度取向片晶构成。     

局部采用纤维增强混凝土剪力墙压弯性能研究

以提高钢筋混凝土剪力墙压弯性能为目的,将纤维增强混凝土(FRC)应用于剪力墙塑性变形关键部位。通过对6个高轴压比FRC剪力墙抗震性能试验结果的研究,并基于对FRC受力机理和钢套管影响的考虑,提出了与墙体开裂状态、屈服状态、峰值状态和极限状态相应的FRC剪力墙弯矩-曲率计算方法,并对影响其各阶段压弯荷载公式的因素进行了分析。研究表明,该文建议的压弯构件弯矩-曲率计算公式能较为准确地描述剪力墙各阶段的荷载-变形关系,计算值与试验值吻合较好;与普通混凝土剪力墙相比,考虑FRC材料的受拉性能,能提高正常使用状态下剪力墙截面的抵抗弯矩,减小墙体截面变形需求;显著改善承载能力极限状态下墙体的变形能力和损伤容限。     

C/C 复合材料增强体结构对性能影响的研究

研究了四种C/C 复合材料增强体(1K 碳布、3K 碳布、1K 碳布+ 碳纸、1K 碳布+ 特殊碳毡) 结构对弯曲性能的影响。结果表明: 用这四种增强体制备的C/C 复合材料表现出明显的假塑性, 弯曲断口的宏观形貌呈“之”字形, 其总体力学性能良好, 但也具有较大差异。本文作者结合材料的微观形貌对这些特点的成因进行了分析。      

纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究及数值模拟

为了改善钢筋混凝土（RC）柱的抗震性能和损伤容限,在柱端局部采用纤维增强混凝土（FRC）代替普通混凝土,考虑轴压比和剪跨比,设计了9根FRC柱以及1根RC对比柱试件。通过拟静力试验,观察试件在低周反复水平荷载作用下的裂缝开展过程和破坏形态,研究其滞回性能、变形和承载能力、耗能能力及刚度退化规律等。结果表明,与RC柱相比,剪跨比为2.0的FRC柱仍为压弯破坏,强度和刚度退化缓慢,具有较好的变形能力、耗能能力和损伤容限;轴压比及剪跨比对FRC柱的变形能力和耗能能力有明显影响;FRC柱仅需配置抗剪箍筋,不必另外配置约束箍筋,即可满足变形和耗能要求。基于OpenSees有限元软件,建立了多组FRC柱的有限元模型,在对有限元模型进行试验验证的基础上,进行参数分析。研究结果表明：模拟滞回曲线与试验滞回曲线总体上比较吻合;剪跨比、轴压比及FRC强度对FRC柱的承载能力均有一定影响。     

典型海洋环境当量加速试验环境谱研究

以典型海洋大气环境谱为基础,采用当量折算法,编制了由紫外照射和周期浸润2个环境块构成的典型海洋环境加速试验环境谱,给出了各环境块参数的确定方法及加速谱与外场暴露环境的当量关系。该谱的提出为水上飞机/水陆两栖飞机的选材和结构日历寿命评定提供了重要依据。     

飞机蒙皮防护涂层对海洋大气环境的适应性研究

为了评价飞机蒙皮防护涂层对海洋大气环境的适应性,选择飞机蒙皮常用的2种底漆和1种面漆,按照3种方式喷涂在铝合金表面,研究了3种试样涂层在实验室模拟环境中的耐盐水、耐碱、耐湿热、耐温度冲击性能,以及在海洋大气环境中的适应性.结果表明:2种底漆涂层的失效模式有较大差异,底漆B涂层对太阳辐射极其敏感,失效模式为老化失效,底漆A涂层除老化失效外,还对水分和污染介质敏感,表现为附着力大幅下降;底漆A+面漆的涂层对基体的防护性能较好,表现出良好的环境适应性.     

海洋环境下混凝土中钢筋锈蚀机理及监测技术概述

2014年我国由于腐蚀产生的损失约为21 278亿元,占国家GDP的3.34%。海洋环境中氯离子渗透至混凝土内部导致钢筋锈蚀是海洋环境下混凝土结构损伤的重要原因。海洋不同腐蚀区域的离子浓度、氧气浓度及海水干湿循环作用时间各不相同,这使得海洋不同腐蚀区域中暴露混凝土的氯离子传输速度和分布规律、钢筋锈蚀产物及锈蚀模式、钢筋锈蚀速率存在显著差异。其中海洋浪溅区和高潮位区域因氧气充足、海水干湿循环作用剧烈及浪溅作用导致钢筋混凝土更易破坏。钢筋锈蚀产物体积是原始体积的2~6倍,持续增加的锈蚀产物将导致混凝土开裂、保护层剥落并进一步加速钢筋锈蚀;考虑钢筋非均匀锈蚀、锈蚀产物填充效应、钢筋及混凝土性能的钢筋混凝土锈胀开裂模型将更加精确。根据海洋不同腐蚀区带特点、钢筋混凝土性能及受荷情况,建立不同腐蚀区域中混凝土的氯离子传输模型,钢筋锈蚀速率模型和混凝土锈胀开裂模型有助于准确预测海洋环境下钢筋混凝土的服役寿命。 通过对混凝土中钢筋锈蚀的检测与监测有助于实时了解混凝土的服役状态。采用线性极化、电化学噪声和电化学阻抗谱等电化学方法可以较好地检测钢筋锈蚀状态、获得混凝土中钢筋的锈蚀速率。基于电化学原理开发的阳极梯和环形电极、基于钢筋锈胀应力测试的光纤监测技术以及基于数字图像技术获得混凝土中钢筋锈蚀应力应变场,有助于实现对混凝土中钢筋锈蚀的监测,并且部分已应用于海洋工程。相比于普通钢筋,锈蚀钢筋的导电率和导磁率均显著降低,采用电磁感应原理开发钢筋锈蚀装置实现了暴露在海水中的普通钢筋和耐蚀钢筋磁通量变化值与钢筋质量损失线性关系的建立。这也为更精确监测混凝土中钢筋锈蚀全过程、实现混凝土中钢筋锈蚀源定位及损伤程度识别提供可能。因此,综合利用氯离子、pH微电极等实现混凝土内部微环境监测,开发先进的钢筋锈蚀监测传感器实现混凝土中钢筋锈蚀源和锈蚀速率监测,通过图像监测技术实现钢筋锈蚀诱导混凝土开裂过程监测。综合上述措施将实现对钢筋混凝土结构腐蚀的全过程监测,并为海洋钢筋混凝土服役寿命预测模型的验证与修正提供依据,同时为海洋环境混凝土的耐久性评估系统提供预警机制。     

乳化炸药的高原环境适应性研究

通过模拟高原环境,研究温度与气压的变化对乳化炸药爆速、猛度的影响,并通过显微镜观察乳化炸药的微观结构,研究其性能改变的原因,以利于指导高原地区乳化炸药的使用以及爆破参数的设计。实验结果表明:若温度为0 ℃不变时,海拔不超过2 500 m,乳化炸药的性能基本保持不变;海拔为2 500 m以上时,乳化炸药性能会迅速降低。而若温度随着海拔高度的增加而降低时,乳化炸药的爆速、猛度会迅速降低。在海拔为2 500~3 500 m时,化学敏化的乳化炸药敏化气泡开始转变为无效气泡。     

海洋环境中聚脲涂层防腐研究进展

聚脲因具有高拉伸强度、强附着力等物理优点以及优异的防水防腐性能,加之成熟的施工技术,在海洋防腐工程中有广泛的应用。综述了聚脲涂层技术的起源、特点和发展方向,总结了近年来聚脲涂层分别在海洋大气环境和海水环境中针对混凝土防护和金属防护等领域的应用情况。针对服役过程中温度、腐蚀性介质侵蚀、碰撞等复杂环境因素造成的涂层性能下降、失效等问题,探讨了新型聚脲涂层的研究进展,包括有机无机纳米粒子作为填料改进涂层耐腐、润湿、硬度等性能研究,能够智能响应、自主修复微裂纹的新型聚脲微胶囊涂层研究,以及静电纺丝等新型自修复材料加工制备工艺研究等。提出聚脲涂层研究中存在的不足和挑战,并展望了在海洋环境中聚脲涂层未来的研究趋势。     

多光谱表面温度计信号调理电路设计及环境适应性研究

多光谱测温是发动机和重型燃机热端表面温度测量的一种重要方法,但是由于背景环境温差大、湿度不确定和电磁干扰等不利因素,给多光谱表面温度计微弱信号处理带来非常大的困难。本文主要研究适用于复杂环境下的多光谱表面温度计微弱信号调理电路设计,研究选型适用于多光谱表面温度计的近红外探测器方法;创新性地采用了输入保护环、开尔文开关等技术,提升了信号放大的准确性;介绍了电路板板材选用方法,电路三防工艺和防电磁干扰的具体实施方式。通过实验表明,多光谱表面温度计满足测量需求,具有一定的环境适应能力。     

压力仪表现场校准环境影响因素试验研究

通过设计并实施一系列环境试验,分析得到了典型被校压力表与数字压力计在不同温湿度环境下的环境影响,为压力现场校准数据修正提供依据和参考,提高现场压力校准的准确度和可靠性。     

非金属材料海洋环境腐蚀性能及其影响因素研究

以典型的橡胶非金属材料为研究对象,分别置于我国南海、黄海和东海海域,进行不同试验条件下的长期海洋自然环境曝露试验。按一定周期取样,对材料力学性能进行测试,并对试验结果进行分析,研究不同曝露条件及海域等自然环境因素对材料性能的影响。     

海洋环境下钛合金主要服役性能研究

随着我国海洋装备对高性能材料的需求越来越紧迫,具有高比强度和优异耐腐蚀性能的钛合金受到越来越多的重视。然而,由于缺乏海洋环境下钛合金的相关服役性能数据,导致装备设计单位和应用单位选材困难,极大限制了钛合金在我国海洋工程装备上的应用。针对钛合金在海洋环境下服役面临的主要失效形式:压缩蠕变、低周疲劳和应力腐蚀,研究了不同组织形貌对TC4 ELI钛合金相关服役性能的影响,研究结果表明:TC4 ELI钛合金网篮组织的压缩蠕变性能优于双态组织;双态组织的低周疲劳性能优于魏氏组织;魏氏组织的抗应力腐蚀性能优于双态组织。可见,组织形貌对钛合金的服役性能具有重要影响,应根据具体的服役工况进行选取。