隧道衬砌背后注浆复合材料等效弹性模量研究

目的 研究地铁隧道衬砌背后注浆复合材料的等效弹性模量,使力学模型更符合工程实际.方法 将注浆材料当成理想弹性体,利用均匀化方法,研究单胞的宏细观尺度函数性质.利用摄动技术,将宏观结构中一点的位移、应力等展开为与细观结构尺度相关的渐进展开式,得到一系列摄动控制方程.结合弹性力学基本方程,联立求解得到等效刚度矩阵.将两种材料的三维弹性刚度矩阵的具体形式代入前面推出的公式,求出复合材料的等效弹性模量的具体计算解析解.结果 由任意弹性模量的两种材料以任意配比混合而成的隧道衬砌复合材料都可以直接应用公式求解等效弹性模量.对于各种配比的复合材料,当砂砾所占体积为0时,复合材料的等效弹性模量都是混凝土本身的弹性模量;当砂砾所占体积比率为1(混凝土体积为0)时,复合材料的等效弹性模量都是砂砾本身的弹性模量;其他配比时在曲线上呈规则分布.复合材料的等效弹性模量小于用体积平均法求得的等效弹性模量.当砂砾和混凝土的弹性模量相差越大时,回填层的等效弹性模量和用体积平均法求解结果相差越大.随着砂砾弹性模量的增大,复合材料的等效弹性模量呈增大趋势.结论 用均匀化方法求得的复合材料的等效弹性模量值小于用体积平均法求得的数值,更能真实反映材料力学性能.     

基于XFEM的骨料分布对混凝土有效模量的影响

混凝土的弹性模量是结构设计中最基本的参数,在计算方法上需要保证足够的准确性。基于现有的3层球壳解析模型,将骨料、界面过渡区和薄层砂浆组成的整体先行处理为等效夹杂体,并根据解析模型获得相应的弹性模量,随后将混凝土视为由此等效而来的夹杂体与基体砂浆组成的二相复合材料。在固定背景网格体系中,采用无附加自由度的扩展有限元方法计算不同级配和骨料含量的混凝土等效弹性模量。当混凝土的骨料分布发生变化时,无附加自由度的扩展有限元方法能够在程序设计上避免整体刚度矩阵的维度变化问题。此外,为了能在获得不同的骨料分布的同时获得较高的骨料含量,混凝土的级配采用固定的粒径分布形式。结果表明：骨料含量同为47.12%的3种级配的混凝土弹性模量基本相同,说明级配对混凝土弹性模量的影响可以忽略;解析解可较准确地预测稀疏骨料分布情况下的混凝土等效弹性模量,但骨料增加后其预测值出现较大偏差;混凝土弹性模量随硬骨料含量的增加线性增大,随软骨料含量的增加线性减小。     

SiCp／ZL201复合材料切削加工性能研究

用硬质合金ＹＧ６和高速钢Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ为切削刀具,研究了碳化硅颗粒增强ＺＬ２０１复合材料中的碳化硅颗粒含量及其尺寸等参数对切削加工性能的影响。试验结果表明：碳化硅颗粒尺寸越大、碳化硅含量越多,对刀具的磨损速度越快;在相同材料、相同切削条件下,高速钢比硬质合金刀具磨损速度快;碳化硅颗粒粗大,加工工件表面粗糙度大,且随颗粒含量的增加而增大,而碳化硅颗粒细小时,加工表面粗糙度较小,且随着颗粒含量的增加而减小。探讨了刀具磨损机理,认为复合材料对刀具的磨损属磨粒磨损。     

等径角半固态挤压（ECASE）镀镍金刚石/2A12复合材料的显微组织与力学性能

为获得兼备高弹性模量与高强塑性的铝基复合材料,采用等径角半固态挤压(ECASE)方法制备了镀镍金刚石/2A12复合材料,对复合材料的界面构成,等径角半固态挤压道次与基体晶粒尺寸、镀镍金刚石分散性和力学性能之间的关系进行了研究.结果表明：金刚石颗粒表面镀镍可阻止Al₄C₃的生成,复合材料的界面构成为diamond-Ni-NiAl-Al; 3道次的等径角半固态挤压,兼有良好地改善镀镍金刚石颗粒分散性以及细化、均匀化基体晶粒组织的双重作用.复合材料的弹性模量随镀镍金刚石分散性的提高而提高,在5道次挤压时达到了与理论值趋近的最大值99.4 GPa;复合材料的强塑性则主要受晶粒细化与均匀化程度的影响;在挤压道次为3时,获得了最佳综合力学性能的3 vol.%镀镍金刚石/2A12复合材料,其弹性模量、屈服强度、抗拉强度及延伸率分别为96.7 GPa、253 MPa、356.6 MPa、8.94%.     

颗粒增强脆性基复合材料的尺寸效应

在材料细观非均匀性的基础上研究了含粒径不同颗粒的脆性基复合材料的宏观力学性质和破坏过程的尺寸效应。采用材料破坏过程分析数值模拟软件，对多颗粒增强脆性基复合材料在单轴拉伸荷载作用下经变形、损伤直至破坏的全过程进行模拟研究。结果表明当脆性基体分别复合体积分数相同而大小不同的柔性颗粒时复合材料具有不同的破坏机制，颗粒的尺寸会显著影响材料的破坏及失稳方式，材料的宏观强度随颗粒粒径的增加而降低：但颗粒的尺寸对复合材料线弹性阶段的刚度却影响甚微。     

周期性复合材料热力耦合性能的多尺度方法

基于多尺度方法预报了周期性复合材料的热传导系数、弹性模量和热膨胀系数.针对复合材料热力耦合问题,分别引入了细观和宏观两种尺度坐标描述细观单胞的非均匀化构造和宏观均匀化结构,利用小参数摄动展开技术,建立了复合材料内部温度场和位移场的多尺度表达式,给出了复合材料有效热传导系数、有效刚度系数和有效热膨胀系数的均匀化方程.利用有限元数值模拟分析了夹杂百分含量、形状、排列方式以及间距的变化对复合材料有效性能的影响.     

多相颗粒复合材料的弹塑性本构关系

多相单一颗粒材料集合而成的材料称为多相颗粒复合材料.为了废弃材料的再生利用,人们经常将多种单相废弃材料打碎成颗粒后黏结在一起形成多相颗粒复合材料.本文把多相颗粒复合材料中的任意一颗粒看成夹杂,通过等效夹杂法和本征应变自洽法,给出多相颗粒复合材料的宏观弹塑性应力-应变增量关系,寻找出颗粒复合材料的宏观弹塑性力学性质与各相弹塑性颗粒材料力学性质的关系.     

方形气固流化床中局部颗粒速度实验研究

对FCC颗粒在截面尺寸为368mm的方形流化床中研究了局部颗粒速度分布的基本行为。实验利用光纤探针测试了三个不同轴向高度的颗粒速度分布和静止床层高度对颗粒速度分布的影响。结果表明：截面局部颗粒速度随表观气速Ug的增大同步增加,颗粒速度沿截面分布不均匀。在截面中心区,局部颗粒速度随Ug增加而增加,上行颗粒速度增加更为显著。在边壁区,低气速时上、下行局部颗粒速度随Ug增加而增加且增幅相近;高气速下局部颗粒速度表现出显著的波动过程。静床高度增加,对上行颗粒速度影响明显,但随着气速增加影响减弱。     

基于微体积扰动的颗粒增强复合材料有效弹性性能的预测模型

基于对埋入无限大基体中的夹杂作微”膨胀”型体积扰动的假设,提出复合材料有效弹性模量的一种预测模型。以自洽理论为出发点,推导出基体和夹杂均为各向同性的颗粒增强复合材料有效弹性模量的细观力学解析计算公式。以颗粒增强金属基复合材料和纳米增强相复合材料为算例对有效弹性模量进行了预测,并与已有的实验及用传统的Mori—Tnanka法的预测结果进行比较,证明所提出的解析公式的合理性和工程实用性。     

WC-12Ni硬质合金粉体粒径及固含量对表面化学镀Ni-MoS2复合层的影响

为了研究颗粒粒径以及固含量对WC-12Ni粉体表面化学复合镀Ni-MoS2层的影响及作用机制,对商用WC-12Ni粉体筛分得到3种不同粒径范围(10～25μm、25～30μm和30～40μm)的粉体并在固含量分别为25、75、125 g/L的条件下进行化学镀包覆Ni-MoS2复合层.采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和能谱仪(EDS)对镀覆前后WC-12Ni粉体的表面形貌、Ni-MoS2层厚度以及元素分布进行表征,并对粉体表面复合镀层的均匀性、致密性和完整性进行评价.结果表明,无论何种粒径分布的WC-12Ni粉体,增加待镀粉体在镀液中的固含量均有利于提高其表面Ni-MoS2复合镀层的均匀性、致密性和完整性;当镀液中粉体固含量较低时,只有尺寸较大的WC-12Ni颗粒(25～30μm和30～40μm)表面能获得均匀致密的Ni-MoS2镀层,尺寸分布为10～25μm的细小WC-12Ni颗粒表面镀覆不均匀、甚至有一定比例未包覆粉体.镀液中固含量的增加提高了WC-12 Ni颗粒之间在机械搅拌时发生碰撞、剪切和摩擦等相互作用的概率,而粉体粒径增加使得颗粒之间的相互作用更加强烈,均有利于Ni-MoS2复合镀层在颗粒表面的均匀沉积和致密化.     

Analysis of Mechanical Characteristics of Fly Ash Cenospheres Reinforced Epoxy Composites

Fly ash cenospheres(FACs) as a recycling material of industrial waste has become a competitor for other inorganic particle fillers. Epoxy resin(EP) composites reinforced with different content of FACs as well as different size grading ratio were prepared. The surface modification of FACs particles was conducted before incorporating into EP matrix. The impact and flexural strengths and the flexural modulus were investigated, and the fracture surfaces of the testing samples were analyzed using SEM. Results showed that FACs had an obvious effect on the mechanical characteristics of the FACs/EP composites. With increasing weight fraction of FACs, the impact and flexural strengths and the flexural modulus of EP composite samples increased, and reached the highest values when the weight fraction of FACs reached 15 wt%. The mechanical characteristics of the FACs/EP composites however deteriorated with further increasing of FACs content. For the EP composites reinforced with different size grading ratio of FACs, the larger proportion of small FACs particles, the better mechanical properties of the EP composites. The results were analyzed from the aspect of the plastic deformation, new surface formation and fracture absorption energy. The synergistic effect of the size grading ratio of FACs was not obvious, which would be further investigated.     

Prediction of the Overall Elastic Behavior of Composites by Homogenization Method

The objective of this study was to determine the overall thermal elastic behavior of composites by homogenization method. The results obtained were compared with those by other well-known methods such as mean field method , self-consistent method and etc. A good agreement is achieved and thus a reliable nwthod for predicting the effective behavior of composite is presented. It is very easy to extend this method to multi-phase composite. The materiol properties determined here include elastic modulus, Poisson ratio and thermal expansion coefficient （CTE）.     

基于渐进均匀化理论的复合材料力学性能预测

为了更好地预测复合材料的力学性能,以碳纤维增强木质复合材料为研究对象,建立了渐进均匀化理论的分析模型.利用小参数将宏、微观两尺度进行耦合,将以小参数渐进展开的力学变量代入单胞控制方程,最终推导出复合材料等效弹性模量的求解方程.采用ANSYS软件建立了复合材料的单胞模型,并在周期性边界条件下对弹性模量进行了预测分析.结果表明,与一般工程经验相比,渐进均匀化理论对复合材料的预测精度更高,且预测结果在一定范围内与物理实验结果吻合良好,验证了此理论的有效性.     

Effect of N on microstructure and mechanical properties of as-cast Ti-6Al alloy

Duetotheirhighspecificstrength,goodcorrosionresistance,goodhightemperatureproperties,titanium andtitaniumalloysareconsideredidealmaterialsforspace,oil,chemicalandmedicalindustries[1-3].They alsohavepotentialapplicationintheautomobileindus try[4-7].Titaniu…     

C/C复合材料制备过程中的有效弹性模量预报

为了对C/C复合材料在不同温度条件下的制备工艺提供实际指导,本文根据沥青基先驱体C/C复合材料制备过程中化学反应特征,利用Arrhenius方程建立了C/C复合材料液相制备工艺力学模型.根据制备工艺中各组分相的体积分数变化,结合均匀化方法和细观力学方法计算和分析了制备工艺过程中材料基体有效弹性模量及其变化规律,并且利用有限元方法预报了制备成型后的细编穿刺C/C复合材料的整体有效弹性模量.     

Preparation and characterization of nano-hydroxyapatite/polyvinyl alcohol gel composites

Nano-hydroxyapatite reinforced poly(vinyl alcohol) gel (nano-HA/PVA gel) composites has been proposed as a promising biomaterial, especially used as an articular cartilage repair biomaterial. In this paper, nano-HA/PVA gel composite was prepared by in situ synthesis method and incorporation with freeze-thaw cycle process. The microstructure and morphology were investigated by X-ray diffraction, TEM, SEM and FTIR. The results showed that the size of HA particles synthesized in PVA solution was on the nanometer scale. Both the size and crystallinity of HA particles synthesized in PVA solution decreased compared with that of HA synthesized in distilled water. The nano-HA particles were distributed in PVA matrix uniformly due to the effect of PVA solution as a dispersant while low content of HA particles in the composites. On the contrary, with high content of nano-HA particles in the composites, the particles tended to aggregate. The result of FT-IR analysis indicated that the chemical bond between nano-HA particles and PVA matrix existed. The conformation and degree of tacticity of PVA molecule changed because of the addition of HA particles. Furthermore, the interfacial strength of the composites was improved due to the interaction between nano-HA particle and PVA matrix and this was beneficial to improving the mechanical properties of the composites.     

考虑颗粒破碎的堆石料动力变形特性模拟

颗粒破碎是影响堆石料强度和变形特性的重要因素,但目前针对颗粒破碎的模拟研究多在静力荷载条件下.为研究颗粒破碎对小应变条件下堆石料的动力变形特性的影响,采用多个等粒径小球按最密六方排列随机组合模拟不规则形状的堆石颗粒,通过碎片替换法模拟颗粒破碎,研究了花岗岩堆石料不同围压下的动力响应,探索了孔隙率对动弹性模量的影响,分析...     

有机化纳米SiO2填充尼龙66复合物的结构与性能

通过原位表面修饰法制备了有机化纳米SiO2,用熔融共混法制备了尼龙66/SiO2纳米微粒复合材料并研究了复合材料的力学性能.通过示差扫描量热分析(DSC)和动态力学热分析(DMA)研究了复合材料的结晶性能和动态热机械性能.研究表明,纳米SiO2质量分数为4%的复合材料性能提高较为明显,其中简支梁缺口冲击强度提高51.3%,断裂伸长率提高47.3%,弹性模量提高23.8%;纳米SiO2在尼龙66结晶过程中起到异相成核作用,限制了尼龙66的分子链段运动使得复合材料的玻璃化转变温度提高,提高了尼龙66的结晶速率,降低了结晶度;纳米SiO2质量分数为1%复合材料在0℃时的储能模量较纯尼龙66提高21.1%,损耗模量较纯尼龙66提高83.6%,说明纳米SiO2能改善复合材料的低温脆性.     

材料参数对短纤维增强金属基复合材料变形行为和性能的影响

运用大应变弹塑性有限元方法和修正混合律,研究了材料参数（纤维长径比、体积分数、根间距）对短纤维金属基复合材料变形行为和性能（弹性模量和屈服应力）的影响。研究结果表明,低应变阶段的应力应变分配系数与复合材料弹性模量之间存在确定的关系,预测的弹性模量与试验结果及Ｅｓｈｅｌｂｙ模型吻合得很好,屈服应力明显小于基体屈服强度。     

包覆法制备Gp/SiC复合材料的显微结构和性能

以不同粒径的石墨颗粒和SiC粉体为原料,采用SiC粉体包覆石墨颗粒的方法,于2000℃热压制备了石墨/碳化硅（Gp/SiC）复合材料.利用扫描电子显微镜（SEM,EDS）分析了材料的金相和断口显微结构.研究表明,石墨粒径较小且质量分数较少的复合材料比石墨粒径较大且质量分数较多的复合材料在热压工艺中更致密.石墨颗粒呈岛状紧密地镶嵌在SiC基体中,石墨与SiC界面处C和Si的扩散不明显.复合材料的相对密度、抗折强度,断裂韧性和硬度随石墨粒径和质量分数的减少而增加.断口形貌表明SiC陶瓷基体为脆性,石墨为韧性断裂.当石墨粒径为125μm、SiC与石墨的质量比为3.5时,复合材料的综合性能最佳,开口气孔率为0.3%,相对密度为97.9%,抗折强度为75±15 MPa,断裂韧性为5.4±0.5 MPa.m1/2,硬度为26.8±3GPa.