玄武岩纤维增强泡沫混凝土的单轴拉伸及准静态压缩性能

为研究玄武岩纤维增强泡沫混凝土的力学性能,共设计了52组试件,讨论了玄武岩纤维体积掺量和纤维长度对各密度试件的拉伸和压缩性能的影响。结果表明：玄武岩纤维可显著提高试件的抗拉峰值应力(最大提升达到737%)和峰值应变(最大提升达到833%),可有效改善中高密度试件的受拉失效模式,使其出现伪应变硬化现象,提升了试件的抗拉承载能力和变形能力。试件抗拉峰值应力和峰值应变随纤维体积掺量增大而增大,随纤维长度增长先增大后降低;另一方面,玄武岩纤维能改变试件的受压破坏模式,使其从纵向劈裂破坏转变为斜向剪切破坏和横向压溃破坏,显著提高了中低密度试件的抗压承载力和吸能能力(最大提升达到328%)。试件的吸能能力随纤维体积掺量增大而增强,随纤维长度增长先提升后降低。     

基于响应面法的铝合金筋板锻件工艺参数多目标优化

为了能获得更好的铝合金筋板类锻件锻造成形工艺参数,提出了基于响应面法(Response Surface Methodology,RSM)和有限元模拟技术(finite element simulation,FEM)的锻造成形工艺参数多目标优化策略.以铝合金筋板类锻件晶粒均匀性和锻造变形力作为评价指标,建立了有限元数值模拟与响应面法相结合的二阶分析模型,求得的回归模型拟合度达89.59%.并运用MATLAB软件求出可行设计空间中目标函数最佳工艺参数组合为始锻温度465℃、锻造速度8.7 mm/s、摩擦系数0.2.锻件的晶粒均匀性有了很大的改善,同时有效的降低了锻件变形力,并通过DEFORM-2D模拟和热加工图对其进行了验证,表明了所提出方法的有效性.     

玄武岩纤维粉煤灰增强陶粒混凝土力学性能试验研究

为研究玄武岩纤维（BF）、陶粒（C）和粉煤灰(FA)对玄武岩陶粒粉煤灰混凝土（BCFC）力学性能的影响,应用正交试验法开展9组BCFC抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度试验并进行极差和方差分析。结果表明：当玄武岩纤维体积率为0.3%,陶粒代石子率为8%,粉煤灰代水泥率为5%时,BCFC强度综合表现最佳;玄武岩纤维掺入混凝土中能显著提高BCFC的强度,三因素对BCFC抗折强度的增强效应最大,玄武岩纤维、陶粒和粉煤灰对BCFC抗折强度的最大提升幅度分别为34.9%、5.08%和1.94%;玄武岩纤维体积率是影响BCFC强度的特别显著性因素。对玄武岩纤维增韧BCFC机理进行分析,最后建立BCFC强度回归方程且精确度较高。     

玄武岩纤维增韧混凝土冲击性能

采用三点弯曲冲击试验装置, 结合超声波测试技术, 研究了玄武岩纤维质量分数为0%～0.60%时, 玄武岩纤维增韧混凝土（Basalt Fiber Reinforced Concrete, BFRC）的冲击性能及其损伤演化规律, 研究了混凝土冲击破坏过程中基于超声波波速的损伤演化过程, 并应用体视显微镜观测了冲击过程中试件表面裂纹的发展, 分析了玄武岩纤维提高混凝土冲击韧性的机制。结果表明: 玄武岩纤维对混凝土的抗压强度无明显改善, 但可以显著提高混凝土的冲击韧性, 当纤维质量比为0.36%时冲击韧性提高了2.2倍。各玄武岩纤维掺量下混凝土的冲击破坏均表现出脆性特征, 但玄武岩纤维的加入有效提高了混凝土对冲击能量的吸收, 其临近破坏时损伤变量较素混凝土提高了40%～83%; 玄武岩纤维混凝土冲击破坏过程表现出多缝开裂的特征, 在最终破坏时主裂缝附近有明显的副裂缝出现。      

玄武岩纤维耐碱性及对混凝土力学性能的影响

为研究玄武岩纤维的耐碱性能及其对混凝土力学性能的影响规律,试验将玄武岩纤维分别置于不同碱浓度、不同温度的溶液中浸泡 1天、3天和5天后,测量其质量损失率;并在偏光显微镜下观察腐蚀后的表面形貌;同时研究了3种不同玄武岩纤维掺量的混凝土强度性能,采用SEM观察混凝土中纤维的腐蚀情况。结果表明,随着碱溶液浓度和浸泡温度的提高,纤维的质量损失率增加,表面剥落严重。玄武岩纤维混凝土与空白样相比7天的力学性能变化不大,而养护28天的抗压、抗折强度则随纤维掺量的增加有明显的下降,电镜照片显示混凝土中纤维表面被腐蚀,混凝土强度损失可能与玄武岩纤维耐碱性能不强有关。      

玄武岩纤维网格布增强混凝土板双向弯曲性能试验

为研究玄武岩纤维网格布增强混凝土(BFT/PC)板的双向弯曲性能，首先进行了耐碱试验，通过碱液处理前后纤维的微观形貌及网格布断裂强力保持率评价了玄武岩纤维网格布的耐碱性能。在此基础上进行了双向板弯曲试验，研究了网格布层数、混凝土保护层厚度和结构型聚丙烯(PP)纤维对BFT/PC板受弯性能的影响。结果表明:玄武岩纤维网格布在NaOH溶液处理28 d后的经向、纬向断裂强力保持率分别为63%和73%，仅次于耐碱玻璃纤维网格布，具有较好的耐碱耐久性能。较小的混凝土保护层厚度可提高BFT/PC板在正常使用极限状态挠度下的残余承载力。增加网格布层数和PP纤维掺量可改善BFT/PC板的内力和应力重分布，提高正常使用极限状态挠度下的残余承载力、极限承载力和弯曲韧性，在BFT/PC板中掺入8 kg/m3 PP纤维，残余承载力、极限承载力和能量吸收值分别提高了1.40倍、0.36倍和5.10倍。本试验将PP纤维和玄武岩纤维网格布作为增强材料应用于混凝土构件的尝试为海工及近海侵蚀环境的基础设施建设提供了新思路。      

玄武岩纤维布增强树脂基复合材料约束高温损伤混凝土轴压力学性能

对36个玄武岩纤维布增强树脂基复合材料（BFRP）约束加固的高温损伤混凝土圆柱体和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,BFRP侧向约束能显著改变混凝土圆柱体的破坏形态,提高混凝土圆柱体的轴压强度和变形能力。其中二层BFRP包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土圆柱体的轴压强度分别提高了56%、82%、234%和250%,轴向变形分别提高了328%、198%、232%和136%。采用典型的纤维增强复合材料约束常温未损伤混凝土轴压强度和变形计算模型预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土轴压极限强度和极限变形时存在较大的偏差。基于本文试验数据,确定了BFRP约束高温损伤混凝土极限应力和极限应变计算模型中与温度相关的参量,建议了适用于预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土的极限应力计算模型和极限应变计算模型。     

复合材料用玄武岩增强纤维的性能研究

对玄武岩纤维结构与成分进行了介绍,对其力学性能、耐久性能、阻燃性能和耐温性能进行了研究。结果表明:玄武岩纤维性能因其原料产地不同而有较大差异,复杂的化学组成是决定其性能的根本原因。通过与其他高性能纤维对比,玄武岩纤维具有优异的力学性能、耐湿热老化性、阻燃性能、耐温性能,能够很好的应用于复合材料中。     

基于多尺度建模与响应面法的55NiCrMoV7模具钢调质热处理工艺优化

目的 探究大型55NiCrMoV7模具钢锻件(Φ1000 mm×1700 mm)调质热处理的最优工艺方案.方法 建立大型55NiCrMoV7模具钢锻件的宏微观耦合的多尺度有限元模型,基于现场实验测试不同位置温度场和组织场的演化规律验证该模型.模拟研究此锻件在不同淬火与回火工艺下的应力分布、HRC硬度和屈服强度变化.以残余应力均方差、硬度和屈服强度为目标函数,建立淬、回火工艺参数与力学性能之间的回归模型.结合所建立的响应面模型分析与遗传算法,对该模型进行参量约束条件下的多目标优化.结果 通过响应面模型分析得出最优工艺范围为:淬火温度为850～910℃,回火温度为400～550℃.多目标优化后得到Pareto最优解集:淬火907.4℃+回火443.1℃、淬火907.4℃+回火411.5℃、淬火903.4℃+回火485.1℃、淬火895.2℃+回火535.8℃和淬火892.1℃+回火507.1℃.结论 建立的淬、回火温度对应力均方差、HRC硬度和屈服强度的回归模型,为大型55NiCrMoV7模具钢锻件调质热处理工艺优化提供了理论依据.     

玄武岩纤维对混凝土梁抗裂性能的影响

为研究玄武岩纤维对混凝土梁抗裂性能的影响,以纤维长度及纤维体积掺率为变化参数,对纤维长度分别为12mm和30mm,纤维体积掺率分别为0.1%和0.2%的4根纤维混凝土梁和1根对比梁进行静载试验,试验中对纤维混凝土梁开裂荷载、裂缝宽度以及挠度进行监测。结果表明:与普通钢筋混凝土梁对比,玄武岩纤维混凝土梁的开裂荷载显著增大,且裂缝宽度发展更为缓慢,相同荷载作用下的裂缝宽度和跨中挠度显著减小,其主要原因是玄武岩纤维改善了混凝土梁的抗裂和阻裂性能,提高了梁的整体刚度。     

玄武岩纤维增强酚醛树脂复合材料烧蚀性能研究

考察了材料组成对玄武岩纤维/S-157复合材料烧蚀性能的影响及在不同烧蚀时间下材料烧蚀变化情况,通过SPSS 13 for Windows数据分析软件运用多元非线性回归法得到此种材料在氧-乙炔烧蚀条件下的烧蚀规律,从而为复合材料性能设计提供参考.     

短切玄武岩纤维混凝土力学性能试验与分析

为了研究短切玄武岩纤维掺量变化对混凝土基本力学性能的影响,对6种不同体积掺量的短切玄武岩纤维混凝土(BFRC)分别进行立方体抗压、轴心抗压、劈裂抗拉、抗折试验;基于试验结果,通过BP(Back Propagation)神经网路强度预测模型的构建,对附加纤维掺量的混凝土进行强度训练及预测。试验实测数据表明:掺入短切玄武岩纤维对混凝土早期抗压强度的发展有着延缓作用;当纤维掺量为0.1%时,抗压强度达到峰值。随着纤维掺量的增加,劈拉强度增幅较大,抗折强度保持上升趋势。通过BP神经网络的训练及发展趋势预测,结果表明:当纤维体积掺量为0.1%时,抗压强度达到最大值;劈拉强度与抗折强度则随着纤维掺量的增加而持续增大。基于试验数据及预测结果,得出短切玄武岩纤维的最佳体积掺量。     

UUV耐压结构多目标优化设计

UUV(unmanned underwater vehicle,无人水下航行器)在海洋民用与军事领域具有广阔的应用前景。UUV耐压结构作为影响UUV负载能力及保障UUV航行任务安全高效执行的重要部件,其优化设计有重要意义。为了最大程度地实现减重目标,有效平衡耐压结构质量、结构强度和稳定性之间的矛盾,进而提升UUV综合性能,提出一种基于组合加权响应面法的多目标优化方法。通过试验设计得到初始采样点,利用有限元工具计算响应值并构建代理模型;然后,以折衷规划法对子目标进行归一化处理,采用组合加权法设定子目标权重系数,以进行耐压结构的多目标优化设计。以某型UUV为例,利用所提方法对其梯形肋骨耐压结构进行多目标优化设计,优化后耐压结构质量减轻了6.6%,肋骨应力下降了6.7%,同时满足稳定性要求。在此基础上,分别以质量为优化目标和以质量、结构强度和稳定性为综合优化目标,对不同肋骨形式耐压结构进行优化设计。结果表明:梯形肋骨耐压结构的综合优化效果最佳。该研究方法适用于UUV耐压结构的多目标优化,研究结果可为UUV耐压结构优化设计提供理论指导,具有实际工程意义。     

低温下玄武岩纤维混凝土的抗冲击性能

采用直径15μm的两种长度的玄武岩纤维,制成不同纤维体积掺量的玄武岩纤维混凝土。对其进行抗冲击试验,分析玄武岩纤维混凝土在低温环境下的抗冲击性能。结果表明:玄武岩纤维能够提高混凝土在低温环境下的抗冲击次数。对试验结果进行统计分析和失效概率预测,结果表明:威布尔分布可以有效地对基于U形试件的玄武岩纤维混凝土抗冲击性能进行统计分析。以玄武岩纤维混凝土在冲击试验中的初裂和终裂次数的自然对数来评价其抗冲击性能,则在相同的失效概率情况下,玄武岩纤维混凝土的抗冲击性能与玄武岩纤维的掺量近似呈线性关系。且在相同的失效概率和玄武岩纤维掺量的条件下,18mm长纤维对混凝土的抗冲击性能的改善作用优于6mm短纤维。     

玄武岩纤维增强聚合物筋增强珊瑚礁砂混凝土柱轴压试验

为了解决南海岛礁强腐蚀海洋环境下普通钢筋混凝土结构耐久性不足的问题,提出一种新型玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋增强珊瑚礁砂混凝土柱。对15根混凝土柱进行了轴压试验,分析了试件的受力过程和破坏形态,获得了荷载-位移和荷载-应变曲线,揭示了BFRP筋增强珊瑚礁砂混凝土柱的破坏机制。结果表明:BFRP筋增强珊瑚礁砂混凝土柱破坏模式具有三阶段特征,破坏始于强度较低的珊瑚礁石骨料,最终为珊瑚礁石骨料和交界面的整体破坏;相同配筋率下,BFRP筋增强珊瑚礁砂混凝土柱的承载力与钢筋增强珊瑚礁砂混凝土柱相当。      

纳滤膜深度处理维C制药废水的响应面法优化

选用型号为NFW的纳滤膜处理维生素C(简称维C)废水,进水COD、TOC平均浓度和电导率分别为160mg/L、18.21mg/L和18.62mS/cm,COD和TOC去除率为93.75%和95.67%,脱盐率为38.01%.采用响应面法分析了膜运行主要操作条件(操作压力P;温度T;进水流量Q)与膜污染评价指标(膜通量和污染指数)的关联性并建立了拟合方程,在此基础上获得了最优操作条件.结果表明:关于膜通量和污染指数的二次拟合方程,决定系数(R2)分别是97.53%和90.04%,拟合结果良好.该拟合方程获得的纳滤膜处理维C废水的最优操作条件为:压力P=966kPa,温度T=24℃,进水流量Q=456L/h.实验验证结果表明,上述最优操作条件结果可靠.     

碳纤维复合材料控制臂多尺度多目标优化

为实现悬架控制臂轻量化设计,采用碳纤维复合材料(CFRP)对钢制控制臂进行材料替换,并利用多层次优化方法对CFRP控制臂进行铺层优化。基于多尺度分析方法,考虑碳纤维复合材料细观结构参数及铺层角度对控制臂宏观性能的影响,选取细观尺度下纤维束截面高度、宽度、纱线曲折度、单位长度经纬纱数量及四个经典铺层角度作为设计变量,以控制臂的质量最小、一阶模态频率最高为优化目标,以刚度和强度为约束条件,结合响应面近似模型和NSGA-Ⅱ优化算法对碳纤维复合材料控制臂进行多尺度多目标优化,得到Pareto解集。优化结果表明,在刚度满足使用性能要求下,CFRP控制臂的质量较钢制控制臂下降了65%,且强度、振动特性等性能得到大幅提升,轻量化效果显著,可为碳纤维复合材料结构件的轻量化设计提供参考。     

基于响应面方法的多支柱起落架着陆缓冲性能优化

基于起落架缓冲系统受力分析,在MSC.ADAM S平台上建立了某型飞机多支柱主起虚拟样机模型,在给定的投放质量和下沉速度下分析了该起落架的缓冲系统行程、轮胎垂直力和功量曲线。为降低飞机着陆载荷,选取对缓冲器性能敏感程度较大的参数为优化参数,包括空气腔初始容积、初始充气压力及主油孔面积,以着陆时轮胎最大垂直载荷为优化目标。通过基于正交设计的响应面方法,建立优化变量和优化目标间的数学关系,求解方法为模拟退火法。优化后,对新设计参数进行了虚拟试验验证,结果表明降低着陆总载荷8.3%,明显改善了起落架着陆缓冲性能。     

玄武岩纤维布约束高温损伤混凝土方柱轴压力学性能试验

对36个玄武岩纤维布增强聚合物基复合材料（BFRP）约束的高温损伤混凝土方柱和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,玄武岩纤维布横向约束能改变高温损伤后混凝土方柱的破坏形态,显著提高混凝土方柱的轴压强度和变形能力。其中三层玄武岩纤维布包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土方柱轴压强度分别提高了48%、130%、206%和389%,轴向变形分别提高了433%、344%、319%和251%。采用典型的纤维增强聚合物基复合材料（FRP）约束常温未损伤混凝土轴压力学性能的设计模型预测FRP约束高温损伤混凝土的轴压强度和变形时存在较大的偏差。通过构建柱状膜结构静水压力平衡模型和约束混凝土方柱与FRP体积应变能平衡模型,分别改进了FRP约束混凝土方柱轴压极限应力和极限应变计算模型的基本形式。基于该基本形式和试验数据,分别确定了BFRP约束高温损伤混凝土方柱轴压极限应力和极限应变计算中与温度相关的参量,提出了适用于高温损伤混凝土方柱的轴压极限应力和极限应变的设计模型。      

连续玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料抗冲击性能研究

制备了连续玄武岩纤维增强的环氧树脂基复合材料靶板,并进行了抗冲击性能测试,研究了影响其抗冲击性能的主要因素及抗冲击机理.结果表明,表面处理会使复合材料抗冲击性能下降;而降低织物面密度、提高纤维体积含量可以使复合材料抗冲击性能得到提高.复合材料靶板的主要能量吸收形式为靶板局部变形、分层和纤维拉伸、剪切断裂及纤维拔脱.