時間：2022-09-21 18:57:45
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇力學性能論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
面對高技術時代對高性能鈦合金材料日益緊迫的要求，非連續增強鈦基復合材料因其具有的高比強、高比剛度、耐高溫和耐蝕性能已成為研究的熱點。人們對其制備工藝、微結構、力學性能等進行了一系列的研究，而這些研究的主要目標為外加法制備的鈦基復合材料。而本研究則采用原位合成工藝制備非連續增強的鈦基復合材料。與外加法比較，原位合成法因其工藝簡單、材料性能優異，在技術和經濟上更為可行。增強體的原位合成，避免了增強體的污染問題，也避免了熔鑄過程中存在的潤濕性問題，有利于制備性能更好的復合材料。然而，為了低成本高效制備高性能的鈦基復合材料尚有許多問題需要解決。因此，從理論和實驗上研究這些問題，對低成本高效制備高性能的鈦基復合材料具有非常重要的理論和實際意義。
針對金屬基復合材料發展應用中的關鍵問題??成本和性能，本文開發設計了新型的鈦基復合材料的制備工藝，可以低成本高效制備性能優異的鈦基復合材料。即可利用鈦與碳化硼、硼及石墨之間的自蔓燃高溫合成反應，采用普通的鈦合金冶煉工藝制備出單純TiB晶須、單純TiC顆粒增強或TiB晶須和TiC粒子混雜增強的鈦基復合材料。為了拓展鈦基復合材料的應用領域，為制備高性能的鈦基復合材料打下堅實的基礎，本文的研究主要包括以下幾個方面工作：
1、研究了利用鈦與石墨、硼及碳化硼之間的反應制備TiB和TiC增強鈦基復合材料的原位合成機理。利用熱力學理論計算了鈦與石墨、硼、碳化硼反應的Gi自由能DG和反應生成焓DH，結果表明：各個反應的Gi自由能DG值都為負值，說明在熱力學上上述反應是可行的。雖然在熱力學上可以利用鈦與碳化硼之間的化學反應合成TiB2和TiC增強體，但從化學平衡考慮，TiB2不能穩定存在于過量鈦中，因此能夠穩定存在于普通鈦合金中的增強體為TiB和TiC。上述反應都為高放熱的反應，從理論上講絕熱溫度都大于自蔓燃高溫合成的判據，表明反應能自發維持。
2、利用非自耗電弧爐和自耗電弧爐經普通的鈦合金鑄造工藝制備出單純TiB晶須、單純TiC顆粒增強或TiB晶須和TiC粒子混雜增強的鈦基復合材料。X射線衍射分析結果表明：原位合成的增強體為TiB、TiC。這些增強體分布非常均勻，主要呈現為短纖維狀、樹枝晶狀和等軸或近似等軸狀。電子探針和帶能譜的掃描電鏡分析結果表明：短纖維狀增強體為TiB，而樹枝晶狀和等軸或近似等軸狀增強體為TiC。實驗結果與理論分析一致，這為原位自生鈦基復合材料的工業化生產提供了依據。
3、研究了原位合成鈦基復合材料增強體的生長機制，結果表明：增強體的生長機制與凝固過程及增強體的晶體結構密切相關。原位合成的增強體以形核與長大的方式從熔體中析出而長大。對于原位合成TiB和TiC混雜增強的鈦基復合材料，經歷了析出初晶、二元共晶和三元共晶三個階段。由于不同的晶體結構，增強體TiB與TiC形成不同的生長形態。TiB具有B27晶體結構，易于沿[010]方向生長長成短纖維狀，而且TiB橫截面的形狀呈多邊形，其晶面主要由(100)、(10)和(101)組成。同時，在TiB的(100)面上容易形成層錯。而TiC具有NaCl型對稱結構，容易長成樹枝晶狀、等軸狀和近似等軸狀。發現原位合成的增強體TiB容易在（100）面上形成高密度的層錯，層錯的形成與增強體的晶體結構、生長機制有關，同時也有利于降低增強體與基體合金界面的晶格畸變。而原位合成增強體TiC的晶格比較完整，偶爾在(111)面上形成孿晶，該孿晶結構在增強體形核與長大的過程中形成。
4、研究了合金元素鋁的加入對原位合成鈦基復合材料微結構及力學性能的影響。合金元素鋁的加入，并不改變復合材料的物相組成，也不改變復合材料的凝固過程，但由于合金元素的存在，阻礙了增強體的形核與長大過程，導致形成的TiB和TiC初晶更為細小，尤其是使TiC增強體易于形成等軸狀。合金元素鋁不僅固溶強化了基體合金，而且細化增強體也有利于提高復合材料的力學性能。
5、利用透射電鏡、高分辨透射電鏡對原位合成(TiB TiC)/Ti復合材料界面微結構進行研究和分析，發現兩種增強體與基體的界面均為清潔界面，為直接的原子結合、界面結合狀況良好。TiC增強體與基體合金沒有確定的位相關系，而TiB增強體與基體合金存在以下位相關系：、、(0002)Ti//(001)TiB和以及、(0002)Ti//(200)TiB和。該位相關系在凝固過程中形成，與增強體的晶體結構及基體合金的晶體結構密切相關，形成該位相關系有利于降低增強體與基體合金界面的晶格畸變能。
6、研究了鑄態鈦基復合材料和熱鍛后高溫鈦基復合材料的力學性能。由于原位合成增強體的加入，鈦基復合材料的力學性能與相應基體合金比較有了明顯的提高，在增強體含量為8％時，其彈性模量E、屈服強度s0.2和抗拉強度分別達到131.2GPa，1243.7MPa和1329.8MPa，與基體合金Ti6242比較分別提高了19.3，47.4和45.5。其強化機理主要來源于增強體承載、晶粒細化及高密度位錯的形成。石墨的加入，形成更多等軸狀、近似等軸狀TiC粒子有利于提高復合材料的室溫性能，這與短纖維狀TiB的存在導致復合材料低應力斷裂有關。
7、研究了原位合成鈦基復合材料的高溫瞬時拉伸性能。在600oC、650oC和700oC的抗拉強度分別超過800MPa，750MPa和650MPa，與高溫性能較好的IMI834合金比較，在600oC的抗拉強度提高幅度超過25。隨著溫度的提高，其屈服強度、抗拉強度降低，塑性提高，但與基體合金比較高溫強度有了明顯的提高。斷口分析表明：低溫時，裂紋由增強體斷裂引起，而在高溫時裂紋最先在短纖維晶須TiB的端面上形核，然后裂紋擴展到基體合金中，最后導致材料失效。說明低溫時，增強體承載對提高復合材料的力學性能非常有利，而在高溫時，其強化作用主要由增強體與位錯的交互作用引起。位錯容易在短纖維狀晶須TiB的端面處塞積，形成裂紋源導致材料失效。因此與等軸狀及近似等軸狀增強體TiC比較，短纖維狀增強體TiB對復合材料高溫力學性能的強化效果要低一些。這也是石墨的加入形成等摩爾的TiB和TiC增強體有利于提高復合材料高溫性能的主要原因。
8、研究了原位合成鈦基復合材料的高溫蠕變性能和持久斷裂性能。原位合成鈦基復合材料的高溫蠕變經歷了典型的蠕變變形的三個階段。蠕變持久強度與基體合金比較有了明顯的提高。持久強度與溫度及載荷密切相關，溫度和載荷的提高都降低復合材料的高溫蠕變和高溫持久性能。石墨的加入形成更多的TiC粒子，同樣有利于提高鈦基材料的持久強度。在高溫、持久載荷作用下，材料的失效仍然主要由短纖維端面處形成裂紋而導致材料失效引起。
本研究首先從理論上分析了原位合成TiB、TiC及TiB和TiC混雜增強鈦基復合材料的原位合成機制，并以此為基礎開發出了一種新型鈦基復合材料加工工藝。利用該工藝鈦合金生產廠家可以在不改變設備和工藝的條件下，低成本高效制備高性能的鈦基復合材料。而采用該原位合成工藝制備復合材料的性能是可設計和可控制的，針對不同的應用條件，可以設計不同成分的基體合金及不同含量、不同配比增強體的復合材料以滿足不同的需求。從合金相圖、增強體晶體結構及凝固理論相結合分析了原位合成增強體的生長機制、生長形態、分布狀態以及界面微區特征。研究了鈦基復合材料的微觀組織對鈦基復合材料力學性能的影響規律。這些研究為以后制備高性能的鈦基復合材料和拓展 鈦基復合材料的應用領域打下了堅實的理論基礎和為批量生成提供了實用途徑。近兩年來，研究成果引起了國家航空航天部門的關注，國家“十五”軍工重點課題和航天支撐基金、航天創新基金課題獲得了批準。并將用于我國的先進戰略導彈XX－2改，戰術導彈XX－19及新一代洲際導彈和潛地導彈的構件。鑒于該技術在國防軍工方面具有的戰略意義以及在民用領域的潛在應用前景，與國內大型鈦合金加工企業—寶鋼集團五鋼有限公司開展產業化研究，完成了該材料的中試過程，實現了新型鈦基復合材料的工業化生產。研制開發的材料近期將在國家戰略、戰術武器、宇宙飛船等方面得到驗證和應用。并將逐漸推廣應用于民用領域，為國民經濟的發展作出貢獻。
關鍵詞非連續增強鈦基復合材料，原位合成，生長機制，凝固，晶體結構，微觀結構，力學性能，位向關系，界面結構
Fabrication,MicrostructureandMechanicalPropertiesofinsituSynthesizedTitaniumMatrixComposites
ATRACT
Duetoincreasingrequirementfortitaniumalloywithhighpropertiesinhightechnologyera,discontinuouslyreinforcedtitaniummatrixcompositesownthefollowingadvantages:highecificstrength,highecificmodulus,highelevatedtemperatureproperty,wearresistanceandlowfabricatingcost,sotheyhavebecometheresearchhotot.Theproceingtechnique,microstructureandmechanicalpropertieshavebeenexteivelystudied.However,themainaimisdiscontinuouslyreinforcedtitaniummatrixcompositepreparedbytraditionaltechniquesuchaspowdertechnologyandliquidmetallurgy,wheretheceramicparticlesaredirectlyincorporatedintosolidorliquidmatricesreectively.Inthispaper,paredwithtraditionaltechnique,insitutechniqueownthefollowingadvantages:thetechniqueisverysimpleandthepropertiesareexcellent,soitiseasiertofabricatetitaniummatrixcompositesintechnologyandeconomic.Theinsitusynthesisofceramicparticleavoidsthepollutionofreinforcementsandwettabilityexistingincastingtechnique,soitisvaluabletofabricatetitaniummatrixcompositeswithbetterproperties.However,therearestillquitealotofproblemstoberesolvedinordertofabricatetitaniummatrixcompositeswithhighpropertiessimplyandatlowfabricationcost.Therefore,theresearchontheseproblemsintheoryandexperimentisveryimportant.
Itiswellknownthatthekeyproblemindevelopmentandalicationofmetalmatrixcompositesiscostandproperty.Anewtechniquehasbeendesignedtoproducetitaniummatrixcomposites,inwhichitispoibletofabricatetitaniummatrixcompositeswithhighpropertiessimplyandatlowfabricationcost.TitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiBwhisker,TiCparticleorTiBwhiskerandTiCparticle,wereproducedbycommontitaniumalloycastingtechniqueutilizingtheself-propagationhigh-temperaturesynthesisreactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4C.Inordertodeveloptheutilizationareaoftitaniummatrixcompositesandmakebasisforproducingtitaniummatrixcompositeswithhighproperties,thefollowingworkshavebeendeveloped.
1.InsitusynthesismechanismoftitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiB,TiCorTiBandTiCutilizingthereactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4Chavebeeninvestigated.GifreeenergyDGandformationenthalpyDHofreactiobetweentitaniumandboron,graphite,B4Cwerecalculatedbythermodynamictheory.TheGifreeenergyDGofabovereactioisnegative,whichindicatesthattheabovereactioallcantakeplace.ItispoibletosynthesizeTiB2andTiCutilizingthereactionbetweentitaniumandB4C.However,coideringfromchemicalbalance,TiB2cannotexistintitaniummatrixalloystably.Theabovereactioreleasequitealotofheat.Moreover,theadiabatictemperatureisgreaterthanthetheoreticalcriterion,whichindicatesthatthereactioncanbesustainedbyitself,namelyself-propagationhigh-temperaturesynthesisreactioncanoccur.
2.TitaniummatrixcompositesreinforcedwithTiBwhisker,TiCparticleorTiBwhiskerandTiCpart iclehavebeenproducedbynon-coumablevacuumarcremeltingfurnaceandcoumablevacuumarcremeltingfurnace.TheresultsofX-raydiffractionshowthattheinsitusynthesizedreinforcementsareTiBandTiC.Thereinforcementsweredistributeduniformlyinmatrixalloy.Theshapesofreinforcementsareshort-fibreshape,dendriticshapeandequiaxedshapeornear-equiaxedshape.Thereinforcementwithshort-fibreshapeisTiB,thereinforcementwithdendriticshapeandequiaxedshapeornear-equiaxedshapeisTiC.Theexperimentalresultisingoodagreementwiththeoreticalresult,whichprovidesgistforcommercialproductionofinsitusynthesizedtitaniummatrixcomposites.
3.Thegrowthmechanismsofreinforcementsininsitusynthesizedtitaniummatrixcompositeshavebeeninvestigated.Thegrowthmechanismsarecloselyrelatedtosolidificationpathsandcrystalstructures.Thereinforcementsdiersefrommeltandgrowinthewayofnucleationandgrowth.FortheinsitusynthesizedTiBwhiskerandTiCparticlereinforcedtitaniummatrixcomposites,thereinforcementsundertakethefollowingthreestages:primarycrystal,binaryeutecticandternaryeutectic.Duetothedifferentcrystalstructures,TiBandTiCgrowindifferentshapes.TiBisliabletogrowalong[010]directionandformshort-fibreshapeduetoit’sB27crystalstructure.TheshapeofTiBatcrosectionispolygon,thecrystalfacesarecomposedwith(100),(101)and(10).Moreover,thereisstackingfaultinTiBandthestackingfaultislikelytoformat(100)crystalface.TiCwithNaClcrystalstructuregrowsindendritic,equiaxedornear-equiaxedshape.
4.Theeffectsofaluminumadditiononmicrostructureandmechanicalpropertiesofinsitusynthesizedtitaniummatrixcompositeshavebeeninvestigated.Theadditionofalloyingelementaluminumdoe’tchangephasesandadjustthesolidificationpath.However,thealloyingelementhindersthenucleationandgrowthofreinforcementsthatresultinmorefineTiBandTiCreinforcementsandmakeTiCreinforcementsgrowwithequiaxedparticleseasily.Aluminumnotonlystrengthethematrixalloybysolidsolutionstrengthening,butalsoimprovesthemechanicalpropertiesbyrefiningthereinforcements.
5.TheinterfacialmicrostructuresofinsitusynthesizedTiBwhiskerandTiCparticlesreinforcedtitaniummatrixcompositeshavebeenoervedbymeaoftramiionelectronicmicroscopyandhigh-resolutiontramiionelectronicmicroscopy.Theresultsshowthattheinterfacesareveryclean.Theyarebondedwell.ThereisnocoistentcrystallographicrelatiohipbetweenTiCandtitanium.However,therearefollowingcoistentcrystallographicrelatiohibetweenTiBandtitanium:,,(0002)Ti//(001)TiB,and,,(0002)Ti//(200)TiB.Moreover,itiscloselyrelatedtothecrystalstructuresofreinforcementandmatrixalloy.Theformationofabovecrystallographicrelatiohiisvaluabletodecreasetheenergyoflatticestrainbetweenreinforcementandmatrixalloy.
6.Themechanicalpropertiesofcast-titaniummatrixcompositesandhigh-temperaturetitaniummatrixcompositesafterhot-forginghavebeeninvestigated.Duetotheincorporationofinsitusynthesizedreinforcements,themechanicalpropertiesimproveobviouslycomparedwithmatrixalloy.Whenthevolumeofreinforcementsis8,theYoung’smodulusE,yieldstrengths0.2andteilestrengthare131.2GPa,1243.7MPaand1329.8MPa,reectively.Theyimprove19.3,47.4and45.5,reectively.Thestrengtheningmechanismsincludethefollowingfactors:undertakingloadofreinforcements,refinementofgrainsizeandformationofhigh-deitydislocatio.TheadditionofgraphiteformsmoreTiCparticleswithequiaxedornear-equiaxedshapethatisvaluabletoimprovethemechanicalpropertiesoftitaniummatrixcompositesatroomtemperature.ThisisrelatedtoexistingofTiBthatresultfractureofcompositesatlowlevelofaliedstrain.
7.Theultimateteilemechanicalpropertiesoftitaniummatrixcompositesatelevatedtemperaturehavebeeninvestigated.Theultimateteilestrengthsofinsitusynthesizedtitaniummatrixc ompositesat600oC,650oCand700oCare786.1MPa,657.4MPaand564.3MPa,paredwithIMI834alloy,theultimateteilestrengthat600oCimproves23.8.Astemperatureincreases,theyieldstrengthandultimatestrengthdecrease,paredwithmatrixalloy,themechanicalpropertiesathightemperatureofinsitusynthesizedtitaniummatrixcompositesimproveobviously.Theanalysisoffracturesurfacesshowthatcrackareformedduetothefractureofreinforcementsatlowtemperature,whilethecracksarelikelytonucleateattheendsofshort-fibreTiBandpropagatetomatrixalloyathightemperaturesothatcompositesfailure.Theyindicatethatundertakingloadofreinforcementsisvaluabletoimprovethemechanicalpropertiesatlowtemperature.Athightemperature,thestrengtheningeffectresultsfromtheinteractionbetweenreinforcementsanddislocatio.DislocatioareliabletoaccumulateandentangleattheendsofTiBwhiskers,paredwithequiaxedornear-equiaxedTiCparticle,thestrengtheningeffectofTiBwhiskerontitaniummatrixcompositesislowerthanthatofTiC.ThisisalsothemainreasonthattheadditionofgraphitetoformmoreTiCisvaluabletoimprovethemechanicalpropertiesathightemperature.
關鍵詞：碳纖維增強復合材料（CFRP）;（CFRP）力學性能;混凝土結構
Abstract: In the past two years, the author contact with the reinforcement of more housing, such as Guangzhou City to know the middle school project, the Guangzhou Health School student dormitory project, it all used to the technology of CFRP reinforced concrete structures, however, construction members of the technical level. Of CFRP reinforced concrete structures technology in order to progress to understand, access to large amounts of data are summarized in the following of thinking and understanding of CFRP.
Key words: carbon fiber reinforced composite materials (CFRP); (CFRP) mechanical properties; concrete structures
中圖分類號：TU377 文獻標識碼：A文章編號：
一、 CFRP纖維材料混凝土加固技術現狀
CFRP纖維材料通常加固鋼筋混凝土結構的方法是將它粘貼在混凝土的表面，通過樹脂將CFRP纖維材料與混凝土有效的粘結以實現它們之間傳遞受力的作用。受損的鋼筋固混凝土結構經過用CFRP修復后一般還可繼續使用多年時間。目前，我國關于CFRP加固混凝土結構的研究熱點主要是FRP加固鋼筋混凝土后的破壞模式及其計算方法。對于影響CFRP與混凝土粘貼界面之間力學性能的因素的研究則相對較少。
二、CFRP纖維材料混凝土加固技術的優點
建筑結構長期在自然環境和使用環境的雙重作用下的逐漸損壞是一個不可逆轉的客觀規律。目前工程上常用的混凝土結構加固補強的方法主要有以下幾種：體系法、體外預應力法、外包鋼法、 外部粘鋼法等。
但是，以上的這些方法無論在施工的難易程度還是被加固的對象都受到了極大限制。與傳統的加固修復方法相比，CFRP加固技術具有明顯的優越性：
（1）適用范圍廣闊：因為CFRP可以規模是生產并具有優越的力學性能，故其可以運用的建筑工程范圍較為廣泛，例如：建筑物、構筑物、橋梁、地鐵、隧道等。
（2）使用方便：運用CFRP加固修復時，其使用的工器具簡單并且容易攜帶，能夠快速、安全、有效的完成加固任務。
（3）本身自重小：通常的CFRP成平為布狀或者片材形狀，其質量輕并且強度高，對被加固修復的混凝土結構不具有任何的自重荷載和不占用結構的使用空間。
（4）施工質量好：用CFRP加固混凝土結構施工工藝非常簡單和易于操作，故其施工質量的控制也能達到較大的保證率。
（5）有良好的耐久性能：通過前人所作的實驗研究可以了解到CFRP加固混凝土結構在耐久性能方面具有很大的優勢，無論是酸雨侵蝕還是日光的作用等CFRP都可以有效的抵抗而幾乎不降低它的力學性能。
（6）使用成本低： 雖然CFRP的價格相對較高，但在施工的工藝還有工器具的選擇上，CFRP加固混凝土結構具有絕對的優勢，并且它的加固過程使用的人工和時間均較少，故綜合起來CFRP加固混凝土結構的成本也具有很大的優勢。
三、（CFRP）纖維材料的性能
碳纖維（CFRP）指纖維在1000℃以上碳化，含碳量超過85％以上的纖維，包括碳素纖維和石墨纖維，碳纖維材料是最常用的纖維增強復合材料之一。表1-1為廠家提供的碳纖維布的主要相關性能指標。可以看出，CFRP的各項力學性能較為優異。
表1-1 碳纖維布主要技術指標
從表1-1中可以看出，與傳統的主要建筑材料鋼筋相比較，CFRP材料具明顯的優勢，主要有以下幾點：
1、CFRP材料輕質高強，其抗拉強度可達到普通碳素結構鋼的10倍以上，彈性模量略高于鋼筋，而密度僅為鋼材的1/4。能夠有效提高混凝土結構的承載力和延性，改善其受力性能，基本不增加原結構自重及原構件尺寸；
2、良好的抗腐蝕能力，其中CFRP耐久性能尤為突出，對酸、堿、鹽和有機溶劑等腐蝕介質的耐腐蝕性能和耐候性能優良，并具有極佳的抗疲勞性能；
3、施工便捷，沒有濕作業，不需大型施工機具，無需現場固定設施，施工占用場地少；
4、有良好的設計性，可以通過適當的纖維含量及成型方法，得到預期的材料特性和各種形狀的結構；
5、可檢測性，可以在CFRP里面埋入光纖等傳感器，其樹脂層能給傳感器提供優良的保護，可以對構件進行長期實時檢測，既可靠又方便。
四、影響CFRP拉伸性能的主要因素
1、纖維對片材拉伸性能的影響。在碳纖維增強樹脂基復合材料CFRP片材中，纖維承擔主要載荷，纖維承擔的載荷比例遠高于基體，因此纖維的性能直接影響復合材料力學性能的好壞，提高纖維的性能對改善復合材料的性能起著關鍵的作用。就碳纖維其力學性能而言，可分為通用級碳纖維(GP)和高性能碳纖維(HP)；其中高性能碳纖維包括中強型(MT)、高強型(HT)、超高強型(UHT)、中模型(IM)、高模型(HM)和超高模型(UHM)[5]。幾種碳纖維的性能見表1－2。總體看來，碳纖維的拉伸強度與其本身的拉伸模量成反比，即彈性模量越小其拉伸強度越大。在加固時碳纖維粘貼的層數也是影響其拉伸性能的因素之一，粘貼的層數并不與其強度成正比，當粘貼的層數達到一定時，碳纖維的拉伸強度的拉伸強度不會增加甚至會有降低的趨勢。這主要由以下幾個原因引起的：1）施工工藝的控制，碳纖維布粘貼的層數越多，粘貼的密實度和平整度就越來越難控制，從而影響了整體的拉伸性能。2）碳纖維布粘貼的層數越多，多層碳纖維布作為一個整體，它的彈性模量也大大增加，從而使其整體的拉伸性能降低。
表1－2碳纖維的性能
2、樹脂對CFRP拉伸性能的影響。樹脂的性能和特性主要有以下幾個方面：1）固化方便，可以選用各種不同的固化劑，樹脂體系幾乎可以在0～180℃溫度范圍內固化。2）粘附力強，樹脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對各種物質具有很高的粘附力。樹脂固化時的收縮性低，產生的內應力小，這也有助于提高粘附強度。3）收縮性低，樹脂和所用的固化劑的反應是通過直接加成反應或樹脂分子中環氧基的開環聚合反應來進行的，沒有水或其它揮發性副產物放出。它們和不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂相比，在固化過程中顯示出很低的收縮性（小于2%）。4）力學性能優良。固化后的環氧樹脂體系比其他粘結材料具有優良的力學性能。5）化學穩定性，通常，固化后的環氧樹脂體系具有優良的耐堿性、耐酸性和耐溶劑性。像固化環氧體系的其它性能一樣，化學穩定性也取決于所選用的樹脂和固化劑。適當地選用環氧樹脂和固化劑，可以使其具有特殊的化學穩定性能。
工程實際的大量資料表明，樹脂對CFRP片材拉伸性能的好壞至關重要。但是樹脂本身性能具有分散性，這是因為：1）所用的環氧樹脂的種類不同，每種環氧樹脂的分子量、分子量分布均有差別，最終形成固化物的交聯密度不同，從而影響樹脂性能；2）稀釋環氧樹脂的活性環氧稀釋劑的種類、加入量不同也會影響樹脂的性能；3）各品牌樹脂所用的固化劑種類不同(一般選用聚酰胺、改性脂環族多元胺或改性脂肪族多元胺)，不同分子結構的固化劑與環氧樹脂反應形成的樹脂固化物在拉伸強度等物理力學性能方面都有差別。正常情況下，樹脂具有良好的的可塑性能和力學性能，把它作為粘貼劑用于CFRP加固混凝土結構工程上能很好的發揮它的力學優越性。樹脂作為CFRP加固混凝土結構傳遞CFRP材料與和混凝土結構之間應力的介質，故樹脂的性能影響著整個加固結構的力學性能。樹脂的黏結能力和其它的力學性能指標，如抗拉伸強度、抗剪強度、彈性模量、可塑性能等對實際的加固工程有著重要的影響。對于所粘貼的碳纖維布能否一起共同工作，樹脂的彈性模量起著決定性的作用，樹脂的彈性模量越大則，碳纖維布的整體性能就越好，反之則越低。在用樹脂作為基體加固混凝土結構時，它的用量的多少也直接影響著加固結構的整體力學性能。圖1－1所示是強度與含膠量關系曲線，可以看出，隨著含膠量的逐漸升高，拉伸強度先變大，后又逐漸變小，在含膠量為33％－35％之間時達到最大值，這說明含膠量太高和太低都不利于強度的發揮，含膠量太高，碳纖維含量降低，強度降低；含膠量太低時，樹脂浸潤不好，可能引起局部缺膠，纖維間應力得不到很好的傳遞，從而影響碳纖維的強度發揮。
圖1－1拉伸性能與含膠量關系圖
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第37卷第5期69
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關鍵詞：自密實混凝土（SCC）；粉煤灰；砂率；擴展度
自密實混凝土（Self CompactingConcrete 或Self-Consolidating Concrete 簡稱SCC）是指在自身重力作用下，能夠流動、密實，即使存在致密鋼筋也能完全填充模板，同時獲得很好均質性，并且不需要附加振動的混凝土。該種混凝土流動性良好，具有優越的工作性能和填充性，硬化后具有良好的力學性能和耐久性能。目前，不振搗混凝土的開發與施工已在日本掀起了熱潮，并深受社會的關注及好評，歐洲在20世紀90年代中期才將SCC第一次用于瑞典的交通網絡民用工程上，而在我國的應用還非常有限，需要進行大量的技術研究和推廣應用工作。
本文結合混凝土攪拌站具體的原材料和實際工程情況，對內摻粉煤灰的C35自密實混凝土進行了試驗研究。
1 原材料
水泥：吉林冀東水泥廠P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，主要性能指標見表1。
粉煤灰：吉林熱電廠F類I級灰，主要性能指標見表2。
細骨料：蛟河法河沿砂場河砂，II區中砂，細度模數2.7，含泥量1.0%。
粗骨料：敦化市新昌橄欖石礦業碎石，粒徑為5～25mm，含泥量0.4%。
減水劑：山西凱迪建材生產的KDSP-型聚羧酸減水劑，減水率≥25%。
2 配合比試驗及結果
與普通混凝土相比，自密實混凝土具有較大的漿骨比、較大的砂率并摻用了大量的礦物摻合料。首先根據配置強度確定水膠比，計算膠凝材料用量，確定砂率及減水劑摻量。要滿足自密實混凝土的流動性要求，水膠比一般根據經驗在0.30-0.40之間取值，自密實混凝土的砂率一般在45%～55%范圍內取值比較適宜，經過計算基準配合比，試驗時將膠凝材料用量定為430 kg/m3，水膠比為0.35，減水劑摻量為1.2%，并進行適當調整。為了獲得較大的流動度，在既定的原材料基礎上，對混凝土砂率及減水劑摻量進行優化試驗。
2.1 砂率及減水劑摻量優化試驗
試驗采用坍落擴展度法來評價混凝土的自由流動能力，擴展度值是從坍落度筒提起后到混凝土完全擴展后的平均直徑值。試驗結果見表3。
由試驗可知，混凝土在46%砂率情況下坍落度及擴展度都較小，狀態較為干澀；隨著砂率的增加，混凝土的流動性有明顯改善；但砂率提升至52%時，對混凝土流動度的影響較小。減水劑的摻量提高0.1%時也對和易性產生明顯改善，但繼續提高摻量影響較小，且外加劑摻量過大容易造成泌水、離析現象，外加劑摻量達到1.3%即可。
流動性良好的自密實混凝土需選擇合適的砂率，粗骨料含量過小，會使混凝土彈性模量下降，產生較大的干縮。而粗骨料含量過大，集料之間的相互作用會引起較大的壓應力和剪應力，拌和物間隙通過性能差而易堵塞。在保證混凝土流動性的前提下，本試驗將砂率定為50%。
2.2 粉煤灰摻量試驗
適當的摻入粉煤灰將提高自密實混凝土的多項性能（1）摻入粉煤灰能夠降低混凝土初期的水化熱，很好的防止混凝土因為早期水化熱過高而開裂，特別是對于大a體積混凝土；（2）粉煤灰中含有球形玻璃體，能起到作用，增加自密實混凝土的流動性；（3）粉煤灰成本較水泥低，能節約成本，提高經濟性；（4）摻入粉煤灰能很好的提高混凝土的和易性，防止泌水離析等現象。試驗選取膠凝材料中粉煤灰摻量在20%、30%、40%、50%情況下進行對比試驗，通過測試拌合物的流動度和力學性能綜合評價粉煤灰的摻量對自密實混凝土的工作性能的影響。試驗結果見表4。
水膠比提高0.01并未能取得理想的效果，反而使強度的降低速率更快，因而仍選擇0.35的水膠比進行摻量對比試驗。加入粉煤灰摻和料之后，混凝土的流動性有了明顯的改善，坍落度和擴展度均增大，且無泌水現象。從表中可見，摻加粉煤灰的混凝土其坍落度均接近240mm，而擴展度也達到了600mm以上，基本達到自密實混凝土的工作性能要求。基準混凝土的抗壓強度在7d、28d和56d分別為39.8MPa、49.3MPa和50.9MPa。而自密實混凝土7d、28d和56d，其抗壓強度變化分別在20.0MPa～34.4MPa、31.7MPa～46.6MPa和39.3MPa～49.2MPa。可見，在獲得良好的工作性能條件下，依然可以獲得理想的強度。
但當粉煤灰摻量超過40%時，坍落擴展度增長趨于平穩，而強度的降低速率加快，56d強度已達不到C35混凝土的試配強度的要求。這就表明，粉煤灰的摻入量不宜過高，應該控制在30%～40%為最佳，過大的摻量會導致強度大幅度降低。
綜合考慮經濟性和現場實際施工技術要求，在粉煤灰摻量達30%和40%時，水膠比為0.35的條件下，無論是符合28d齡期或56d齡期設計要求的自密實混凝土，流動度和力學性能均能滿足要求。
3 結束語
（1）在適當的膠材用量和水膠比情況下，提高外加劑摻量、砂率、粉煤灰摻量能顯著提高自密實混凝土的工作性能，配置的C35自密實混凝土坍落度達到240mm、擴展度達到600mm以上；不離析不泌水；力學性能也能滿足要求；減少水泥用量也大大提高了經濟效益。
（2）高性能減水劑、適當砂率及礦物摻和料的摻量是配置自密實混凝土的關鍵性要素，過小的摻量無法滿足混凝土工作性能的需求，而摻量過大又會造成強度的下降速率加快。使用本試驗所選擇的原材，當減水劑摻量為1.3%、砂率為50%、粉煤灰摻量在30%～40%時，混凝土性能達到最佳。
（3）在混凝土硬化過程中，摻入粉煤灰還能有效降低水化熱，避免水泥漿體在水化過程中由于放熱大而產生裂縫，采用大摻量粉煤灰和高效減水劑進行復合能制備出滿足要求的自密實高性能混凝土。
如果自密實混凝土的使用能更廣泛適應施工建設的大生產化、快速化的要求，將對于縮短工期，加快施工速度，降低工人勞動強度具有重要意義，而且使得許多復雜的，不便振搗的混凝土結構施工成為可能，滿足建筑物設計多功能化，復雜化的要求。
參考文獻
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關鍵詞：低溫地板輻射供暖系統，設計和施工，注意的問題
在人的一生中，有80%以上的時間是在室內度過的。隨著國民經濟的高速發展和城鎮人民生活水平的不斷提高，人們對室內環境質量有了更高的要求，室內環境的品質對人的身心健康、舒適感及工作效率都會產生直接的影響，尤其是熱環境和空氣品質對人的影響更為突出，總之，能源結構的調整、建筑節能以及按戶計量供暖收費制度的實施，特別是“以塑鋼”技術的發展，使得低溫熱水地板輻射采暖技術日益完善，低溫熱水地板輻射供暖以其舒適、衛生、不占房間使用面積、節能、低噪音、便于分戶計量等優點在采暖行業逐漸被人們認可接受。
低溫熱水地板輻射采暖系統的介紹
低溫熱水地板輻射采暖是將熱水管道埋沒在房間內部地面墊層內的供暖系統。該系統以整個地面作為散熱面，地板在通過對流換熱加熱周圍空氣的同時，還與四周的圍護結構的人體進行輻射換熱，從而達到供暖效果，其輻射換熱量占總換熱量的50%，所以地板輻射供暖是在輻射強度和溫度的雙重作用下對房間進行供熱的，形成較合理的室內溫度場分布和熱輻射作用，可有2~3℃的等效熱舒適度效應。因此《低溫熱水地板輻射供暖應用技術規程》規定，低溫熱水地板輻射供暖的熱負荷計算宜將室內計算溫度降低2℃或取常規對流式供暖方式計算熱負荷的90%~95%，也就是說，可以適當降低建筑物熱負荷。另外，在室外溫度一定的情況下，由房間的能量很大部分都通過輻射獲得，因此房間的空氣溫度較傳統的散熱器供暖溫度低，所以房間由于換氣而帶來的損失較小，有利于節能。
加熱盤管管材的選擇
加熱盤管是低溫地板輻射采暖的核心，而塑料管對溫度很敏感，其所承受的壓力，隨著相應的溫度的升高而劇烈下降，如果選用不當將為低溫地板輻射采暖留下一大隱患。目前市場上使用的地熱管材大多品種為交聯聚乙烯管（PE-X）、無規共聚聚丙烯管（PP-R）、聚丁烯管（PB）、耐高溫聚乙烯管（PE-RT），各種管材各有其優缺點。下面分別簡單介紹一下這些管材：
PE-X管：合格的PE-X管材具有力學性能好，耐高溫和低溫性能好等優點，但PE-X管材沒有熱塑性能，不能用熱熔焊接的方法連接和修復。
PP-R管：耐高溫性能好、力學性能好和連接性能優越，但低溫沖擊性能較差。
PB管：乃蠕變性能和力學性能優越，幾種管材中最柔軟。相同壓力下設計計復壁厚最薄，但價格較貴。
PE-RT管：力學性能十分穩定，有耐低溫沖擊，耐水壓和耐熱蠕變性能，可以用熱熔連接方法連接。
對于上述幾種管材在設計施工中，我們要充分根據項目特點、使用溫度、壓力綜合考慮，做到即安全可靠又價廉物美，并能滿足設計和使用壽命的要求。論文參考網。
在低溫熱水地板輻射采暖設計施工中應注意的問題：
1.一般每戶集中設置一組分水器，按照分室控制的要求，應按房間數確定支環路個數，衛生間餐廳廚房可為一環，房間較大時可分多環。為使各環路平衡，每環盡量長度相等，且控制在60~100米之間，最長不得超過120米。
2.在采暖系統中，每組立管所帶的總戶數不宜超過40戶，同層一般不超過4戶，并對系統進行合理的豎向分區，以減小埋地盤管的壓力和系統的垂直失調。
3.計算盤輔設間距時，首先要弄清使用房間的地面是水泥瓷磚還是木地板或者其他別的形式，然后再根據實際情況查《地面單位面積散熱表》確定其配管間距和地板表面溫度。
4.當采暖房間面積超過30m2 長邊長度大于6米時應按要求設置伸縮縫。
5.盤管敷設完進行填充層施工時，在混凝土填充層施工及護養過程中管道必須保持不小于0.4MPa的水壓，并檢查壓力表指示情況，防止管道被施工中損失。
6.低溫地板輻射采暖系統試壓后，其系統中的水無法自行排泄干凈，尤其在冬季施工。論文參考網。如盤管中留有水，則很可能因水結冰而破壞整個加熱盤管，實際上這種現象時有發生。論文參考網。因此在試壓或沖洗后，應采用壓縮空氣將加熱盤管中的水全部吹出，以防凍壞管路。
7.為了減小無效熱損失，在加熱盤管下面均敷有絕熱層，絕熱層一般采用聚苯乙烯泡沫塑料，絕熱層較軟而其上面是混凝土墊層，兩種不同硬度的材質貼合在一起，很容易造成地板的龜裂。為了增強地板的抗裂性，可對豆石混凝土加入防龜裂乳劑，并在加熱盤管的上部和下部布置鋼絲網，這樣不盡增強了地板的抗裂性，在施工過程中也便于安裝和固定加熱盤管，同時也均衡了地板表面的散熱，一舉三得。
結束語：
低溫地板輻射供暖系統與傳統的散熱器供暖方式相比，有很多的優越性，其舒適、衛生不占空間，節能、低噪音、便于分戶計量等優點，被廣大消費者認可。我們要在設計和施工中揚長避短，充分發揮低溫地板輻射供暖系統的優勢，鼓勵推行地板輻射供暖方式，滿足人們對室內環境質量的更高要求。
參考文獻
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不拆卸復合模板在混凝土硬化后不用拆除，并與混凝土形成整體共同承受荷載效應，可替代鋼模和木模，具有可觀的經濟和社會效益，但其復合模板的制備工藝還在不斷更新。本項目研究不同原料配比下復合模板的制備以及其基本力學性能試驗方法。本項目的研究成果將推動不拆卸復合模板技術在混凝土框架結構中的應用，具有廣闊的應用前景。
[關鍵詞]
不拆卸復合模板；制備；力學性能
0.前言
目前，我國現澆鋼筋混凝土框架結構的施工多采用鋼模板或木模板，模板工程費用約占混凝土工程造價的三分之一，勞動力和工期的一半。近年來，不拆模施工工藝逐漸發展。對國內外永久性模板形式、技術特點歸納總結，提出一種新型GRC—PVC組合免拆模板。澳大利亞Ritek公司研發了硅鈣板永久性墻體模板，由于執行的是該國的規范標準，引進后需根據中國國情，開發出適用于我國墻體的新型速成墻模。
本文以不拆卸復合模板替代現行的鋼模板和木模板。采用水泥、砂、石、耐堿玻璃纖維網布[和水，按一定工藝制成，其厚度不超過混凝土保護層厚。利用配套的組合鋼構件，將復合模板組合成符合設計要求的形體。澆筑的主體結構混凝土硬化后，復合模板作為混凝土保護層，與混凝土粘結為一體，共同承受各種作用。節約鋼木資源，符合環保要求。混凝土達到拆模齡期，僅需拆除組合鋼構件，而不需拆除模板，且無需粉刷，可直接裝飾。勞動強度低，效率高。
1.不拆卸模板的制備
1.1 原材料
試驗采用P·C 42.5級硅酸鹽水泥，應符合GB 175-2007的規定；耐堿玻璃纖維網格布，應符合JC/T 841-2007的規定；直徑小于9.5mm的卵石，應符合GB/T 14685-2001的規定；細砂應符合GB/T 14684-2003的規定。
玻璃纖維網格布應選用耐堿性玻璃纖維網格布。由于硅酸鹽水泥水化時產生大量Ca（OH）2，使混凝土呈較強的堿性，玻璃纖維常因被堿蝕而導致脆化，使混凝土的韌性和抗彎強度嚴重下降。目前普遍使用抗堿玻璃纖維代替普通玻璃纖維作為混凝土的增強材料，使玻璃纖維的堿蝕脆化現象得到了一定的改善。
1.2 不拆卸復合模板的制作工藝
攪拌：將原料按一定比例倒入混凝土攪拌機內加水攪拌均勻；
布網入模：在設有方框肋條的模具內布入一層耐堿玻璃纖維網布，將攪拌好的混凝土倒入；
振動成型：用振動機將混凝土振實，讓其自然凝固成型；
養護：在混凝土養護室內養護24小時后脫模，然后再養護27天。
2.試驗方法
2.1 試件參數
本次試驗制作的試件參數如表1所示。
2.2 抗折強度試驗
玻璃纖維復合模板試樣長寬尺寸500mm×500mm，厚25mm。在抗折試驗機上進行抗折破壞試驗。
（1）清除試樣表面的粘渣、毛刺，放入潔凈水中浸泡24小時；
（2）將試樣從水中取出，擦去表面附著水，外露表面朝上，置于抗折機的支座上。兩個支座為圓形鋼棒，直徑40mm，中到中距離為100mm，其中一個固定，另一個可滾動。
（3）啟動試驗機，連續均勻加載，直到試樣破壞。
混凝土標準抗折試樣以及摻入了玻璃纖維標準抗折試樣，試樣尺寸均為40mm×40mm×160mm，按《普通混凝土力學性能實驗方法標準》（GB/T 50081-2002）中規定的標準實驗方法，進行混凝土標準抗折強度試驗。
2.3 抗壓強度試驗
混凝土標準抗壓試樣以及摻入了玻璃纖維標準抗壓試樣，試樣尺寸均為150mm×1500mm×150mm，按《普通混凝土力學性能實驗方法標準》（GB/T 50081-2002）中規定的標準實驗方法，進行混凝土立方體抗壓強度試驗。
復合模板長寬尺寸500mm×500mm，厚25mm，在抗壓試驗機上進行抗壓強度試驗。
3.結果與討論
抗壓強度、抗折強度試驗結果分別如表2、3所示。
從實驗數據看出，標準抗折試樣摻加了玻璃纖維后，混凝土的抗折強度有了明顯的變化；標準抗壓試樣摻加了玻璃纖維后，混凝土的抗壓強度也有了明顯的變化。由此，復合模板的制作中采用耐堿玻璃纖維網格布，也能有效提高其強度。
4.結論
（1）通過在普通混凝土中摻入玻璃纖維短切絲，在摻入一定量的范圍內可有效提高混凝土的抗壓強度。
（2）添加一定量的玻璃纖維后，混凝土的抗折強度得到了大幅度的提高。
（3）采用耐堿玻璃纖維網格布制作的復合模板的基本力學性能的研究有待進一步完善。可通過對比試驗法，將得出不拆卸復合模板與標準試樣的強度換算公式。
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關鍵詞：地方高校；工科類；培養模式；優秀專業人才
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）08-0120-02
人才培養模式，被認為是為實現一定的人才培養目標的整個管理活動的組織構建方式。本科培養模式的改革涉及本科教育的多個方面，包括專業定位、培養目標、課程體系和教學管理體系等。近十年來，地方工科類高校經過資源整合、擴大規模，取得了較大的發展，如何結合專業特點和地方社會經濟發展的需要，在原有更加平均化的本科人才培養模式的基礎上，進一步建立更加高效的本科優秀專業人才培養模式是一個值得探討的問題。
一、課堂教學
近幾年，地方院校隨著本科生數量的大幅度增加，加上一大批年輕教師走上講臺，承擔了更大比例的教學任務；而多數地方高校對教學的重視程度和投入力度較低，致使部分青年教師的工作重心放在了科研上，而對教學的投入精力很少。因此，地方院校的本科生教學質量層次不齊，甚至有明顯的滑坡現象。基于此，首先，青年教師應該對本科教學工作有高度的責任感；其次，高校教務管理部門應該加大教學投入成本，加大對青年教師擔任教學任務的支持或獎勵力度。對于授課教師而言，除了抓好課前準備過程外，應著重抓好下面兩個環節。
1.課堂講授過程。（1）專題講座式教學法，為了讓學生能夠在更加豐富多樣的教學方式中獲取專業知識，更準確、深刻理解較難懂的專業名詞，同時，也為了讓學生在學習專業課的過程中拓寬專業知識面，增加對專業領域的深層次理解，從而調動學生對專業課學習的積極性，在每一章的教學中適當穿插專題講座的形式提高專業課的課堂教學效果。（2）小組學習法，以“材料科學與工程”專業為例，其教學過程可包括以下內容。①專題設計。首先，任課教師應該提出與教學大綱相關的具有研究價值或者產業化前景的專題，對涉及的主要內容、理論難點、熱點、創新點，以及與生產相關的問題進行概括和引導，由學習小組根據自己的興趣和實際情況確定選題；其次，在講授中，應注意理清專題的框架結構和邏輯線索，重點解決難點問題，多給學生留下思考和拓展的空間。例如，圍繞與《材料力學性能》專業課第一章中材料的強度（硬度）、塑性和韌性相關的研究方向――“硬質納米復合材料的研究”，可以分組設計如下專題：a.TiN系列硬質納米復合薄膜的力學性能；b.CrN系列硬質納米復合薄膜的力學性能；c.TiN/MeN多層復合薄膜的綜合力學性能等。這個研究方向中重點研究復合材料的力學性能，尤其是硬度和塑性的協調性，對于目前的高端刀具和模具涂層產業化應用具有很強的指導意義。在講授中，應讓學生抓住主要問題討論，比如在這些專題中需要使用的硬度和塑韌性的評價方法及之間的關系；此外，對這方面的應用感興趣的小組也可以做些市場調研，了解不同系列硬質納米復合薄膜的適用場合和實現產業化遇到的主要問題，從而通過下面“問題體驗”環節的調研文獻和“交流與展示”環節的討論過程，得到任課教師的指導。②問題體驗。包括資料搜集過程，即圖書館查閱相關資料，在互聯網上搜索相關科技論文，咨詢相關企業技術人員等。分析研究過程是對收集到的資料進行消化吸收、觀點整合，對現實生產中的問題進行調研、思考，形成一定的觀點或研發思路。學習小組可就本組形成的基本觀點與教師溝通，教師對學生的相關問題進行指導。③交流與展示。專門安排討論會，每個學習小組都有機會在本專業展示自己的研究報告，同時回答同學們提出的相關問題。每次交流之后，教師都要對每個學習小組認真點評總結，并為以后的專題設計提供經驗。
2.課后實習過程。目前，大多數地方高校工科專業都設置“認識實習”和“生產實習”環節，然而，兩個階段的實習教學內容的質量亟待提高。以安徽工業大學材料科學與工程專業的實習為例，主要存在如下問題。（1）本專業學生人數較多，本年度四年級參加生產實習的人數多達175人，從而為集中帶隊實習帶來了較多的問題，如接收實習的相關企業不太愿意，集中住宿地點較難選擇和安全因素等。（2）由于人數較多，相關企業為了不影響正常生產進度，“生產實習”亦為參觀實習，因此，“生產實習”環節的教學內容幾乎與“認識實習”模式相同。（3）由于時間集中和學生人數多，實習廠家只能聯系較傳統的國企，實習地點往往是工藝和生產技術較落后的車間。本文提出如下整改措施。（1）從原有集中時間、集中學生的生產實習過程調整為某個學期分組、分階段的形式。（2）改變原有一個老師帶一個班級的教學方式，由教研室根據現有教師的橫向合作企業及學校教務處聯系的本科生實踐企業名單，分小方向，然后在學生選擇的基礎上分組安排每個方向對應的廠家、帶隊教師以及實習時間。這種形式的一個明顯優勢是能夠利用本專業老師產學研課題的合作關系聯系相關的實習企業，尤其對于“材料科學與工程”專業而言，越來越多的老師和新型的高科技企業建立合作關系，這也是資源充分利用的一個機會。（3）改進原有的通過學生遞交生產實習報告的考核形式，可以結合分組討論和口頭報告的形式進行考核。
二、專業實踐與畢業論文
1.分級培養模式。目前本科生的專業培養過程基本可以概括為：基礎課（1～4學期）基礎專業課和認識實習（4～5學期）專業課和生產實習（5～7學期）畢業論文（8學期），在這個過程中，主要存在下面三個方面的問題：第一，現有生產實習的教學效果非常低，甚至是走馬觀花，前文中已詳細論述；第二，前兩年的基礎課和基礎專業課的學習效果較好，從第五學期開始學生對專業課的學習態度和投入的精力明顯降低，而到第七學期，專業課教學效果非常差，最后一學期的畢業論文質量更是逐年下降；第三，本科生培養的全過程需要專業課老師擔任班主任工作，在專業課的學習上需要老師的引導，有更多的機會讓學生能夠了解到專業知識的應用前景，也有助于學生對專業課學習的態度保持與初入校對待基礎課學習相當的積極性，而要讓專業課老師積極參與本科生的管理，增強班主任的責任心，還需要學校相關部門和學院制定系列有針對性的政策，從而鼓勵和調動專業課老師的熱情投入對培養本科優秀專業人才的重要環節。從第六學期開始可以對本科生實施分級培養的模式，具體方案如下。①根據學生實際情況和班主任老師的指導，每位同學對自己接下來的職業規劃作出初步選擇――“就業”或“考研”。②對選擇就業的同學從第七學期開始進入本科畢業論文的準備和試驗階段，而這批同學應該結合自己的興趣首選有橫向科研項目的指導老師。③對選擇考研的同學進行再分類：國內和國外。選擇考研的學生畢業論文的題目最好能夠和所報學校專業的意向導師的研究方向接近，尤其是對于報考外校的學生比較重要，從近幾年安徽工業大學材料專業報考研究生的錄取結果來看，通過各種渠道提前確定意向導師對于復試的成功率有決定性的影響。近幾年，國內考研熱一直居高不下，而對于工科專業的學生來說，選擇國外讀研不失為一條更加明智和高效的途徑，尤其對于家庭經濟負擔較重而又對專業研究興趣濃厚的學生來說，由于國外工科類的研究生絕大多數都會提供較大額度的獎學金，因此選擇國外讀研比國內讀研需要更少的經濟投入，當然，無論從科研硬件條件，還是導師和科研環境等方面，國外的多數高校優于國內的整體碩士研究生教育質量。
2.本科畢業論文新模式。結合本校本科論文的現狀和已有調研結果，影響工科類本科畢業論文質量的主要因素和整改措施分析如下。①多數學生對畢業論文不夠重視，而把主要精力放在了就業和考研上，因此，通過畢業論文動員和指導教師的引導，提高學生對畢業論文重要性的認識是保證論文質量的前提條件。②本科生畢業論文經費投入不足。隨著招生規模的增加，導致辦學資源不足的矛盾在近幾年尤其明顯，而學校對教學資源的投入又相對滯后，因此，普通高校一般在本科畢業論文上的投入很少，尤其工科專業更顯不足，這一點尤其對沒有課題的年輕教師是個障礙。因此，每個專業分配畢業論文學生數的時候應該考慮每個教師的實際情況。③對本科畢業論文的考核制度不嚴。從本校的本科生論文環節可以發現，參加答辯前提交給評審老師的論文撰寫質量普遍較差，主要存在錯別字較多，專業術語和科技論文寫作格式不規范，圖片質量較差，與實驗數據相對應的分析文不對題，英文摘要的翻譯語病較多等。④畢業論文環節的教學時間應該提前到第七學期，畢業論文寫作時間彈性制。對于第六學期計劃就業的學生可以在第七學期進入畢業論文試驗過程，第八學期開學參加答辯；對于決定參加國內考研的同學可以適當放寬畢業論文過程的時間，可以在畢業前夕參加答辯；對于有志于申請國外讀研的學生畢業論文的過程可以從第六學期（或者更早的第五學期）到畢業前夕，其答辯時間可以靈活安排。⑤加強學生論文寫作技能的培訓。實行低年級課程論文寫作訓練模塊和《學術論文寫作指導》課程模塊的教學計劃，以研究方法及《文獻檢索與利用》等課程為輔助手段，對工科大學生的科技論文寫作能力的培養有重要的作用。在專業課教學過程中，任課教師應該有意識地為學生設計一些小題目，鼓勵學生自己查閱相關文獻，寫一些綜述性的專業小論文，培養學生寫論文的興趣、技巧和能力，為日后畢業論文的寫作打下堅實的基礎。
盡管部分地方高校的本科生源質量有所提高，但是招生數量的急劇增加帶來了一些問題，因此，圍繞本科優秀專業人才的培養目標，進行分級培養模式的改革嘗試應該受到重視，培養綜合能力優秀的本科專業人才和具有扎實基礎的研究型人才，對于普通高校的可持續發展有一定的推動作用。學校和專業課老師應該密切關注這些專業能力突出的優秀本科畢業生，尤其要與在國外讀研的本專業學生加強聯系，從而為本專業學生日后的出國學習提供良好的信息渠道和連帶效應。
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關鍵詞：碳纖維；復合材料；力學性能
本文以碳纖維增強熱塑性樹脂基復合材料為研究對象，對相關的概念和內容進行了梳理和總結。其中概括了碳纖維的性質性能，對復合材料的概念進行了闡述，最后對碳纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的力學性能作了詳盡的分析說明。
1.關于碳纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的概述
⑴復合材料的概念：面對傳統、單一組分的材料已經難以滿足現在應用需要的現實狀況，開發研制新材料，是解決這個問題的根本途徑。運用對材料改性的方法，來改善材料的性能是可取的。而材料改性的方法中，復合是最為常見的一種。國際標準化組織對于復合材料的概念有明確的界定：復合材料是指由兩種或兩種以上不同化學性質和物理性質的物質組成的混合固體材料。它的突出之處在于此復合材料的特定性能優于任一單獨組分的性能。⑵復合材料的分類簡介：復合材料的有幾種分類，這里不作一一介紹。只介紹兩種與本論文相關的類別劃分。如果以基體材料分類，復合材料有金屬基復合材料；陶瓷基復合材料；碳基復合材料；高分子基復合材料。本文討論的是最后一種高分子基復合材料，它是以有機化合物包括熱塑性樹脂、熱固性樹脂、橡膠為基體制備的復合材料。第二，如果按增強纖維的類別劃分，就存在有機纖維復合材料、無機纖維復合材料、其他纖維復合材料。其中本文討論的對象屬于無機纖維復合材料這一類別，因為碳纖維就是無機纖維復合材料的其中一種。特別值得注意的是，當兩種或兩種以上的纖維同時增強一個基體，制備成的復合材料叫做混雜纖維復合材料。實質上是兩種或兩種以上的單一纖維材料的互相復合，就成了復合材料的“復合材料”。
2.纖維增強樹脂基復合材料的性能特點
纖維增強樹脂基復合材料是指以高分子聚合物為基體材料，用纖維作增強材料復合制備而成的。基體材料和增強材料必然各自發揮自己的優勢作用。之所以用纖維作增強材料是因為纖維具有高強度和高模量的優點，所以是承載體的“不二人選”。而采用高分子聚合物作基體材料，是考慮其良好的粘接性能，可以將纖維和基體牢固的粘連起來。不僅僅如此，基體還需發揮均勻分散載荷的作用，通過界面層，將載荷傳遞到纖維，從而使纖維承受剪切和壓縮的載荷。當兩者存在良好的復合狀態，并且使結構設計趨于最佳化，就能最大程度上發揮復合材料的綜合性能。⑴抗疲勞性能好：所謂疲勞破壞指的是材料在承受交變負荷時，形成裂縫繼續擴大而引起的低應力破壞。纖維增強樹脂基復合材料的疲勞破壞的發生過程是，首先出現裂縫，繼而裂紋向進一步擴大的趨勢發展，直到被基體和纖維的界面攔阻。在此過程中，纖維的薄弱部位最先被破壞，隨之逐漸擴延到結合面。因此，纖維增強樹脂基復合材料在疲勞破壞前存在明顯的征兆，這與金屬材料的疲勞發生截然不同。這也是它的抗疲勞性能好的具體表現。⑵高溫性能好：纖維增強樹脂基復合材料具有很好的耐熱性能。將材料置于高溫中，表面分解、氣化，在吸熱的同時又冷卻下來。材料在高溫下逐漸消失的同時，表面又有很高的吸熱效率。這些都是材料高溫性能卓越的物理特征。⑶高比強度和比模量：纖維增強樹脂基復合材料具有高比強度和高比模量的特征。甚至在和鋼、鋁、鈦等金屬材料相比，它的力學性能也十分出色。這種材料在宇航工業中，受到極大的應用。⑷安全性能好：纖維增強樹脂基復合材料中分布的纖維數量巨大，并且密度強，用數據來說明的話，每平方厘米的復合材料上的纖維數量少則幾千根，多則達到上萬根。即便材料超負荷，發生少量纖維的斷裂情況，載荷也會進行重新分配，著力在尚未斷裂的纖維部分。因此，短時間內，不會影響到整個構件的承載能力。⑸設計的可操作性強：當復合材料需要符合性能和結構的設計需求時，可以通過很多方法來實現。包括改變基體和纖維的品種，調整它們的含量比例，也可以通過調整纖維的層鋪結構和排列方式來實現。因此，可以說，纖維增強樹脂基復合材料有很強的設計可操作性。⑹成型工藝簡單易成：成型工藝過程十分簡單易成，因其制品大多都是整體成型，無需使用到焊接、切割等二次加工，工藝流程簡單好操作。一次性成型不僅可以減少加工的時間，同時減少了零部件、緊固件、接頭的損耗，使結構更趨于輕量化。⑺減震性能好：高的自振頻率可以對工作狀態下的早期破壞起到規避和防范的作用。自振頻率和材料比模量的平方根成正比，和材料結構也息息相關。纖維增強樹脂基復合材料的基體界面和纖維因為具有吸振能力，所以能夠起到很好的減震效果。
3.碳纖維增強熱塑料樹脂基復合材料中碳纖維的性質
⑴對纖維的分類：纖維存在有機纖維和無機纖維之分。增強纖維共有五大類別，分別是：硼纖維、碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維以及芳綸纖維。除最后一種芳綸纖維以外，其他四種都屬于無機纖維。碳纖維是五大纖維之冠，是增強纖維中最有活力的一種。碳纖維復合材料種類很多，但是應用最廣泛的還要屬碳纖維增強樹脂基復合材料。⑵碳纖維的性質和性能：碳纖維是纖維狀的碳素材料，它的性質包括導熱、導電、耐溫、耐磨、比重小且耐腐蝕性等。除此之外，它的性能也相當突出，具有熱膨脹系數小、抗震動衰減、自性以及防原子輻射等。因為碳纖維的纖維屬性，因此可以對其編制加工，纏繞成型。利用纖維狀直徑細的特點，是制成復合材料雜曲面構件部件的絕佳材料。碳纖維能夠成為最有活力的增強纖維，它密度低，抗拉伸強度可以和玻璃纖維比肩，而碳纖維的彈性模量卻是后者的4到5倍。在惰性氣氛中，碳纖維的抗拉強度隨溫度的升高而攀升，表現出極佳的性能。因此，不得不說碳纖維是復合材料增強纖維的首選。⑶碳纖維的力學性質：碳纖維的力學性質主要通過軸向抗拉模量來體現。當熱處理溫度上升，碳纖維的模量隨之攀升。細直徑纖維在預氧化過程中，發生碳化，產生很多排列整齊的餓表皮結構。這些結構對碳纖維模量的增加又起到推波助瀾的作用，促使它的模量進一步提高。碳纖維模量的變化趨勢以施加負荷的方式作為判別標準，不是隨應變的增加而增加，就是隨應變的增加而下降，無非是這兩種情況。
4.纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的力學性能研究
在地下處理及邊坡工程中，裂隙巖石所賦存的地質條件十分惡劣，所涉及的物理-化學過程復雜，主要有熱傳輸過程（T）、介質應力變形（包括斷裂、損傷）過程（M）、化學反應（C）等幾個過程。一方面裂隙巖體受地熱、水化學溶液侵蝕作用后，使其物理化力學性質發生很大變異，另一方面，水溶液通過溶蝕巖體而將溶蝕物質帶走，使巖體性狀變差，嚴重影響巖土工程的長期穩定性。因此耦合過程研究是相關的巖石工程的最基礎性研究之一，具有十分重要的科學意義和工程意義。
關鍵詞：力學性能 腐蝕 損傷 變量 單軸試驗
中圖分類號：C33 文獻標識碼：A 文章編號：
一、化學損傷變量的定義
（1）損傷機理巖石被浸泡在各種化學溶液里發生的化學作用，主要有溶解作用、水解作用和碳酸化作用等。而且巖石中有很多礦物能溶解于水，如K+、Na+等氯化物，Ca2+
,Mg2+等氯化物和碳酸鹽以及Fe3+ ,A13+等氧化物和硅酸鹽，所以巖石受到化學作用后，其中巖石中膠結物質反應掉而使剩余難溶礦物喪失相互膠結能力，使巖石變得松散脆弱，有效承載面積降低。
（2）化學損傷變量根據有效承載面積定義化學損傷變量：
DC==（1）
其中,R,V0, 分別是巖石初始有效承載面積，承載體體積,及質量。，，，分別是化學腐蝕后巖石沒有承載能力部分的面積，體積及質量。
二、化學損傷變量的計算
設化學溶液與巖石反應的一般化學反應方程式為：
（2）
其中A為與巖石反應的溶質，B為巖石中參與反應的成份，G，H為化學反應生成物
由化學動力學方程得：
（3）
其中是A物質化學反應速率，是化學反應速率常數，,分別為A物質與B物質的濃度，，是反應級數。
由Arrhenius (阿侖尼烏斯)公式[1]可得
其中為前置因子，Ea 為反應活化能，R為氣體常數取8.314，T為反應溫度。
故 化學反應速率方程為
單位：（4）
設巖石在化學溶液中浸泡的時間為t,從0~t時間，溫度變化函數為T(t),濃度變化函數為
，溶液體積為V則經過時間t, A物質的消耗量為
N1= （5）
B物質的消耗量為 N2= （6）
設巖石中每種成份都是均勻分布的，反應消耗掉的B物質的摩爾質量為MB ，B物質質量占巖石總質量的比重為p，則化學腐蝕導致巖石結構破壞喪失承載能力部分的質量為
（7）
則化學-溫度作用下的化學損傷變量為
DC= = （8）
三、試驗驗證
本文取文獻[4~5]（“均質砂巖酸腐蝕的力學性質分析”霍潤科等著）中的實驗數據驗證常溫下本文本構模型。
原文實驗數據如下
巖石成份：Φ50 mm×100 mm的標準鈣質砂巖試件。巖樣的天然密度為2.47 g/cm3,孔隙率4.43%,其主要礦物成分為石英(450 g/kg)、長石(350 g/kg)、巖屑(=100 g/kg)，鈣質 CaCO3
(40 g/kg)和泥質膠結率(
膠結。實驗溫度:恒溫20 單個試件浸泡鹽酸溶液體積 2L，鹽酸濃度0.1mol/L
表1
不同溶液中巖石各階段的單軸抗壓強度值(MPa)
主要化學反應方程式：
2HCL+CaCO3=CaCL2+CO2+H2O
T=293K時，
化學反應速率方程為 (13) [6~7]
表 2
時間t（天） 0 5 9 14
0.776 0.7498 0.7338 0.711
根據表2數據 利用牛頓插值法求得鹽酸濃度隨時間變化函數為
由(5)式，（13）式可得
浸泡 5天后消耗的HCl 量為
= =2.270mol
浸泡 9天后消耗的HCl 量為
=4.0385mol
浸泡 14天后消耗的HCl 量為
=6.2024mol
將上述數據分別代入（6）(7)(8)式可得
浸泡 5天后=28.375g
同理求得浸泡 9天后
浸泡 14天后
代入（11）式得
同理可求得浸泡 9 天后
浸泡 14天后
當時峰值損傷，抗壓強度計算值與實驗值對比見下表
時間t（天） 抗壓強度（Mpa)
時間t（天） 峰值應變（%)
浸泡5天時的本構模型
同理可得浸泡14天巖石的本構模型：
）
）
應力-應變對比圖形見下圖
文獻實驗曲線圖[5]：
浸泡5天應力-應變曲線圖 浸泡14天應力-應變曲線圖
本文計算模擬曲線圖：
浸泡5天應力-應變模擬圖浸泡14天應力-應變模擬圖
四、結論
本文在損傷理論的基礎上，利用化學動力學原理，建立了溫度-化學作用下下的巖石本構模型，并利用文獻，中的已有實驗數據對本構理論進行了常溫下驗證，從實驗和理論對比可以發現：
峰值應力前，實驗數據與計算值吻合較好，峰值應力，應變預測值與實驗值基本吻合。巖石破壞后，實驗曲線與理論曲線有所出入。
對于水的物理作用對巖石力學性能的影響，比如溶解作用，水流作用，本文暫未考慮。
不同溫度環境下巖石力學性能實驗正陸續展開，其計算結果尚需大量試樣的進一步分析和驗證,以便對模型進行修正和完善。
參考文獻
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關鍵詞：拉擠；玻璃鋼；不飽和樹脂；固化度
拉擠成型工藝是將浸漬樹脂膠液的連續纖維、帶、布或氈等，在牽引力作用下通過模具擠壓、固化，連續不斷生產長度不限的玻璃鋼型材的一種成型工藝。適合于生產各種斷面形式的玻璃鋼型材，如管、棒、實體型材（工字型、槽型、方形）和空腹型材（門窗型材、葉片）等，具有制品性能穩定、生產效率高、纖維含量高、成本較低等優點，已經得到廣泛的應用[1-3]。
采用拉擠成型工藝生產的玻璃鋼天線罩由于具有透波性好、耐候性好，絕緣、重量輕、強度高、尺寸穩定和生產效率高等優點，目前已廣泛用于無線移動通信基站天線的保護外殼等多個領域[4]。
玻璃鋼天線罩一般以玻璃纖維紗、玻璃纖維氈、不飽和聚酯樹脂為主要原料。不飽和聚酯樹脂的固化度越高，玻璃鋼制品的力學性能、電性能越好；同時，產品中殘留的苯乙烯含量越低，使用過程中的苯乙烯排放越小，對環境保護是有利的[5]。
對于拉擠成型工藝，由于樹脂在模具中的固化時間短，其固化度往往難以達到較高水平。本文從實際工作出發，對工藝進行了一些改進，取得了較為理想的效果。
1實驗部分
1.1 實驗原料
不飽和聚酯樹脂HS-2252，常州華科聚合物股份有限公司；顏料糊，常州華科聚合物股份有限公司；脫模劑BST-T5，常州百思通復合材料有限公司；無堿無捻玻璃纖維拉擠紗，重慶國際復合材料有限公司；BUTANOX M50過氧化甲乙酮（MEKP），阿克蘇諾貝爾；PERKADOX CH50過氧化苯甲酰（BPO），阿克蘇諾貝爾；TRIGONOX HM過氧化異丁基甲基甲酮（MIBKP），阿克蘇諾貝爾；TRIGONOX C過氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB），阿克蘇諾貝爾。
1.2 實驗儀器
氣相色譜儀，日本島津；差式掃描量熱分析（DSC），日本精工；萬能材料試驗機，深圳新三思；電子分析天平，梅特勒-托利多。
1.3 實驗方法
由于不飽和聚酯樹脂的固化過程屬于自由基聚合反應，其固化度主要與轉化率有關，其固化產物是高聚物、單體和少量活性中心的混合物。固化度越高，其中單體含量越低，所以可以通過測試固化后的產品中的苯乙烯殘留量來評價樹脂的固化度[6]。
本文通過采用不同配方及工藝參數進行拉擠試驗，測定產品中殘留苯乙烯含量來評價樹脂的固化度。
殘留苯乙烯含量的測試方法按照《GB/T 14520-1993氣相色譜分析法測定不飽和聚酯樹脂增強塑料中的殘留苯乙烯單體含量》標準，通過氣相色譜儀，采用GC-FID，測定二氯甲烷提取固化物中的苯乙烯含量。
同時，測定不同固化度的玻璃鋼拉擠制品的玻璃化轉變溫度（Tg）以及力學性能，評價固化度對玻璃鋼拉擠天線罩的性能影響。
Tg的測定，使用DSC法，掃描速度為10°C/min。
力學性能按照《GB/T 1447-2005纖維增強塑料拉伸性能試驗方法》、《GB/T 1449-2005纖維增強塑料彎曲性能試驗方法》，采用萬能材料試驗機進行測定。
2. 實驗結果與討論
2.1 不同引發劑對樹脂固化度的影響
通過改變不同引發劑種類，保證引發劑的總含量不變，分別按以下配方配制樹脂糊（添加量按有效成分計算），采用拉擠工藝制作樣品，測定其殘留苯乙烯含量，優選出最適合的配比。
拉擠工藝參數為，中區溫度140℃，拉擠速度0.5m/min。
由此可以看出，在維持引發劑的總添加量不變的情況下，使用高活性的引發劑來替代TBPB，可以有效的提高玻璃鋼拉擠制品的固化度。其中，以MIBKP效果最好，BPO和MEKP效果相當，MEKP略好。
2.2 不同固化度玻璃鋼制品的玻璃化轉變溫度
取2.1所述不同配方制得的玻璃鋼樣品，放置到標準鋁坩堝中，使用DSC測定其玻璃化轉變溫度（Tg），測試結果如下：
由此可以看出，玻璃鋼制品的固化度越高，其玻璃化轉變溫度越高。
2.3不同固化度玻璃鋼制品的力學性能
取2.1所述不同配方制得的玻璃鋼樣品，按標準要求加工成標準試樣，測試其拉伸強度和彎曲強度，結果如下：
圖 2不同殘留苯乙烯含量玻璃鋼制品的力學性能
上述數據可以看出，隨著固化度的提高，制品的彎曲強度明顯提高；但拉伸強度提高得不是很明顯。這是由于，玻璃鋼的拉伸強度主要由增強纖維提供，樹脂固化度的提高，并不能明顯改善其拉伸性能；而彎曲性能是評價玻璃鋼制品綜合力學性能的一個指標，樹脂的固化度越高，增強纖維的性能越能有效發揮，因此其彎曲強度也越高。
2.4 不同溫度對樹脂固化度的影響
由以上實驗已知，3號配方的殘留苯乙烯含量最低。因此，全部以3號配方，分別按以下不同模具溫度，采用拉擠工藝制作樣品，測定其殘留苯乙烯含量。
由以上數據可知提高各區固化溫度能顯著提高降低拉擠制品中苯乙烯的含量，提高固化度。這是因為拉擠速度不變，提高固化溫度能提高樹脂固化反應速率，即在相同的時間下提高了樹脂的固化反應程度。
3. 結論
（1）過氧化異丁基甲基甲酮與過氧化苯甲酸叔丁酯的協同固化體系，有利于提高拉擠工藝中，不飽和聚酯樹脂的固化度。
（2）不飽和聚酯樹脂的固化度越高，其玻璃鋼制品的玻璃化轉變溫度越高。
（3）不飽和聚酯樹脂的固化度，對其玻璃鋼制品的彎曲強度有明顯影響，對拉伸性能影響不大。
（4）成型溫度越高，樹脂的固化度越高，但是過高的成型溫度是拉擠成型工藝所不能接受的；所以，應在工藝能夠接受的范圍內，盡量提高成型溫
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關鍵詞：土槽試驗技術；車輛地面力學；行星探測
中圖分類號：U461.5 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2013）02-0001-05
車輛地面力學是研究越野行駛中機器與地面相互作用的一門力學學科[1]，研究內容包括對機器通過性的預測和評價，行走機構的優化設計以及對地面可行駛性的預測判斷等幾個方面。車輛地面力學從一開始就是一門試驗與理論并重的學科[2]，利用室內土槽進行模型試驗是車輛地面力學非常重要的研究手段。土槽試驗的作用[3]是研究土壤的行駛性，測定不同行走機構的滾動阻力、牽引力、行駛的滑轉率、牽引效率與接地面積、接地比壓及其在土壤中的下陷量等參數，研究行走機構與土壤的相互作用機理，從而優化行走機構的結構尺寸，為車輛的設計和改進提供參考數據。
土槽試驗不受外界自然條件的影響，易于控制試驗參數和試驗條件，具有較高的測試精度及良好的重復性和可對比性，大大縮短研究周期，加快研究進度，為推動車輛地面力學的研究發揮了重要的作用。然而，迄今為止國內外對于土槽試驗技術的系統性的專項研究未見公開報道。因此，本文開展的土槽試驗技術研究工作對車輛地面力學研究具有重要的參考價值和指導意義。
1 國內外典型土槽試驗系統最新進展
從1889年“土槽”概念模型的提出[4]到20世紀末，國內外土槽試驗研究主要集中在農田機械和越野車輛等領域進行，其發展歷程詳見文獻[5]的報道。21世紀初，世界各國掀起了新一輪行星探測熱潮。車輪與松軟土壤相互作用的地面力學被廣泛應用于行星探測車結構設計、性能評價、仿真分析等諸多方面，是目前深空探測的一個研究熱點和難點。由于實車實地試驗條件不具備，土槽試驗是目前研究行星探測車輛輪地作用特性唯一有效的試驗手段。國外行星探測活動開展較早，土槽試驗研究的經驗相對成熟，從20世紀90年代末開始許多單位就相繼開發了具有較高精度的行星探測專用土槽試驗系統，并廣泛開展了試驗和理論研究。國內行星探測活動相對滯后，專用土槽試驗系統是隨著“嫦娥探月工程”的實施于最近幾年才逐步建立起來的，目前公開報道建有深空探測專用土槽試驗系統的只有哈爾濱工業大學、吉林大學和北京航空航天大學等三所高校。專用土槽試驗系統在行星探測研究中的應用代表了目前土槽試驗技術發展的最高水平。因此本文首先將選取國內外具有代表性的土槽試驗系統進行重點介紹。
1.1 日本東北大學土槽試驗系統
1996年，為了適應無人控制中小型行星探測車的研究需要，日本東北（Tohoku）大學空間機器人實驗室（SRL）在日本空間發展研究所（NASDA）、航空航天實驗室（NAL）和宇航協會（ISAS）等機構的聯合支持下，開發了輪地相互作用測試系統[6]（見圖1）。該系統主要由驅動單元、傳動單元及數據采集傳感器組成，可分別進行車輪前進和側偏力學性能測試；通過在車輪上安裝應力傳感器可進行應力分布測量，在此基礎上進行土壤參數的估計[7]。該實驗室還研制了多種整車測試系統，用于整個探測車基于滑轉率的控制和動力學研究；不僅可以分析整車運動過程中的力學特性和爬坡性能，還可進行整車轉向的力學性能分析和試驗[8，9]。
1.2 美國卡內基―梅隆大學土槽試驗系統
1997年，在NASA“南極隕石搜索計劃”（ANSMET）的支持下，美國卡內基―梅隆大學（CMU）機器人學院的Apostolopoulos等人以行星探測原型機器人“Nomad”的車輪為研究對象，設計制造了車輪作圓周運動的正多邊形的單輪土槽測試臺（見圖2），用以試驗模擬車輪在星體表面松軟地形環境的移動性能[10]。測試臺中央是一個集電環，通過兩個平行連桿機構連接車輪，為車輪供電并調節控制信號。該裝置可以用來測量車輪持續工作和跨越障礙的驅動功率以及車輪驅動單元的耐久性，同時可預測輪齒效應和重復通過對車輪移動性能的影響[11]。
1.3 美國麻省理工學院土槽試驗系統
2001年，在 NASA “火星基礎技術計劃”（MBTP）的資助下，美國麻省理工學院（MIT）野外和空間機器人實驗室（FSRL）Iagnemma 博士等人[12，13]完成了“Rocky”系列探測車的車輪運動性能測試系統（見圖3）。該測試臺可測量車輪行駛過程中的掛鉤牽引力、車輪下陷量、車輪的滑轉率以及前進驅動轉矩等參量，根據這些參數可以動態地估測土壤的力學特性參數；通過協調控制車輪轉動速度和托架的水平移動速度可以進行車輪滑轉率控制[14]；可使用圖像處理技術進行車輪沉陷量的測量；同時可對安裝多個輪齒的金屬車輪的行走性能進行試驗和分析[15]。
1.4 吉林大學土槽試驗系統
2007年，為測試月面探測車輛的牽引性能及通過性能，吉林大學地面機械仿生技術實驗室自行設計了月壤―車輪土槽試驗系統[5，16]（見圖4）。試驗機由EDC100根據電控箱發出的命令控制主機被試輪系臺架的前后移動，能提供試驗過程中需要的加載和卸載行為。土槽臺架系統可以適應不同寬度和直徑的車輪，可對有刺輪車輪與光滑車輪的牽引性能進行對比試驗[17] ；還具有可變角度的功能，可測量出車輪所能克服的上坡路、傾斜地和斜坡的最大角度[18]。在結構設計方面采用可更換的正面側壁板，以便安裝觀測窗或瞬態測量土體變形用的透明網格板材。
2 土槽試驗技術發展趨勢
土槽試驗技術是隨著車輛地面力學的研究而不斷發展成熟的，發展歷史較長，應用領域較廣。未來隨著車輛地面力學研究領域的拓展和深入，以及計算機技術、測試技術、自動控制技術和機械制造技術等科技的發展和進步，土槽試驗技術的應用水平必將不斷提高和完善，其發展趨勢具體體現在以下幾個方面。
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（寧夏建設職業技術學院，銀川 750021）
（Ningxia Construction Vocational and Technical College，Yinchuan 750021，China）
摘要： 目前我國高速列車鋁合金車體主要采用MIG自動焊接，為實現自動焊接，要求焊絲尺寸精，且具有一定的剛度。國內生產的鋁合金焊絲存在嚴重的質量不穩定問題，高速列車的鋁合金焊絲尚依靠進口。為實現高速列車用鋁合金焊絲的國產化，本論文針對目前高速列車使用的ER5356及ER5183鋁合金焊絲，開發了鋁合金光亮焊絲生產工藝。
Abstract： At present our country’s high-speed aluminum alloy train body mainly used the automatic MIG welding. In order to realize automatic welding， welding wire must be accurated in size， and it has certain stiffness. Domestic Al-alloy welding wires have serious quality problem， so high-speed train aluminum alloy welding wire still relies on imports. In order to realize the localization of Al-alloy welding wires， this thesis aims at ER5356 and ER5183 aluminum alloy welding wire used in the high-speed train and develops the production process of aluminum alloy welding wires.
關鍵詞 ： 鋁合金；焊絲；生產工藝
Key words： aluimnium alloys；welding wire；production process
中圖分類號：TG422 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）18-0082-02
作者簡介：孫姝（1989-），女，湖北鐘祥人，碩士，現在寧夏建設職業技術學院材料工程系任教師，研究方向為材料工程技術。
1 研究背景
我國鐵路運輸的快速發展，對于高速列車提出了更高的要求。目前，世界各國均在大力發展制造鋁合金車體[1]。高速列車鋁合金車體是以大型扁寬薄壁鋁合金型材作為骨架的焊接構件，焊接可減少40%的車輛制造工作量[2]。鋁合金車體焊接結構的性能，在基材一定的情況下，主要取決于焊接工藝和焊絲的合金成分和性能[3]。目前高速鐵路主要使用ER5356及ER5183焊絲進行焊接，本文針對國內生產的焊絲存在焊接氣體含量高、焊縫有缺陷及自動送絲易斷絲的問題，研究了鋁合金焊絲的生產工藝，制定出從熔煉、鑄造、均勻化處理、擠壓一直到拉拔的生產工藝。
2 實驗合金
本實驗針對目前高速列車使用的ER5356及ER5183鋁合金焊絲，其國際注冊的化學成分如表1所示。
3 焊絲的生產工藝
焊絲材料首先經半連續鑄造出直徑為200mm或180mm的鑄錠，經均勻化退火后，擠壓出直徑為12mm的線坯，擠壓出的線坯經中間退火及多道次拉拔，得到直徑為3mm的線坯，再經退火、扒皮后，送入光亮拉拔生產線進行光亮拉拔，最后得到直徑為1.2mm的焊絲。圖1為焊絲的生產工藝流程圖。
3.1 熔鑄工藝
設計的熔鑄工藝路線如下：
裝料熔化扒渣調成分爐內精煉爐外除氣和過濾半連續鑄造。
為了提高半連續鑄錠表面質量及冶金質量的穩定性，半連續鑄造均采用熱頂半連續鑄造。
實驗時在低于750℃溫度下熔煉，添加特殊溶劑覆蓋后加Mg，爐內同時進行攪拌和噴粉精煉，在爐外保證旋轉石墨噴頭噴吹氬氣除氣過程熔體的溫度恒定，采用陶瓷片進行雙級過濾，將AlTiB送絲裝置遠離結晶器其在高溫處喂絲；同時采用直徑為200mm或180mm的圓結晶器進行半連續鑄造，半連續鑄造過程的鑄造溫度為730-740℃，鑄造速度為110~120mm/min，冷卻水水壓控制在0.05MPa左右。將鑄錠的成分控制在5XXX焊絲鋁合金所要求的范圍之內，焊絲合金半連續鑄錠的鈹含量控制到小于0.0005%（wt）、氫含量控制到小于0.18ml/100g。
3.2 均勻化處理
半連續鑄造得到的合金半連續鑄錠，由于冷卻速度快，容易形成成分偏析和枝晶偏析，造成合金力學性能下降，影響后續的塑性加工，因此，半連續鑄錠在擠壓前需進行均勻化退火。根據生產現場的常規制度，采用470℃×24h工藝對半連續鑄錠進行均勻化處理。
3.3 擠壓拉拔工藝
合金鑄錠經均勻化處理后，切頭扒皮，重新加熱進行擠壓，在390℃～410℃采用直徑為185mm的擠壓筒同時擠出四根直徑為12mm或10mm線坯毛料。將擠壓的直徑為12mm或10mm的線坯退火之后在軋尖設備上進行軋尖，軋尖要求以線坯端頭能穿過待拉伸的模具200~250mm為宜，軋尖后的線材在單模拉絲機上進行多次拉拔與退火，即在Φ12.0mmΦ10.5mm之間、10.5mmΦ8.2mm之間、Φ8.2mmΦ6.2mm之間、Φ6.2mmΦ5.0mm之間配合390℃～400℃中間退火后將鋁合金焊絲線坯處理為直徑5mm 左右的坯材，目的是獲得具有較高力學性能（較高的強度和較大的延伸率），以便進一步在鋁合金光亮焊絲線處理生產線上一次拉拔成成品規格的鋁合金光亮焊絲。再將Φ5.0mm線坯使用冷焊方法連接后，經精確定徑拉拔成Φ2.76mm的鋁線坯，待喂入鋁合金光亮焊絲線處理生產線。
3.4 光亮處理
高檔鋁合金光亮焊絲的生產的最后一道生產過程為將Φ2.76mm的鋁線坯，喂入鋁合金光亮焊絲線處理生產線，經過多個模孔一次拉拔成成品規格（Φ1.2mm）的鋁合金光亮焊絲，光亮拉拔過程中包括高速扒皮和超聲波清洗過程，最后得到成品焊絲。
4 生產出焊絲的性能
4.1 化學成分
表2為最終制備的ER5356及ER5183合金焊絲化學成分，可見，采用半連續鑄造—擠壓法制備的ER5356及ER5183合金焊絲成分除Si、Fe含量略低于國際標準外，其它元素含量均可控制在國際規定的范圍內。
顯微組織：為保證焊絲的成分均勻，需要對焊絲的顯微組織進行對比分析。為滿足焊接的要求，預期的顯微組織應為第二相趨近于彌散、細小，在基體中分布均勻，且與基體結合牢固。
圖2為最終制備的ER5356及ER5183合金焊絲縱切面的金相組織。從圖中可見，最終制備的ER5356及ER5183合金焊絲金相組織中總體來看第二相尺寸較小，分布比較均勻。對比觀察可以發現，與5356合金焊絲相比，5183合金焊絲中第二相的數量略多、尺寸略大。
4.2 焊絲力學性能
自動焊接過程中自動送絲還要求焊絲具有良好的力學性能，有一定的剛度。因此，對制備的直徑為1.2mm的ER5356、ER5183合金焊絲進行了力學性能測試，測試結果見表3。
表4為日本ER5356、ER5183合金焊絲出廠時控制的抗拉強度[4]，可見，采用半連續鑄造—擠壓法制備的焊絲達到日本報道的ER5356、ER5183合金焊絲強度指標。這與國內制備的焊絲第二相尺寸較小，分布較均勻有直接關系。
5 結論
高速列車用鋁合金焊絲的生產工藝為：焊絲材料首先經半連續鑄造出直徑為200mm或180mm的鑄錠，經均勻化退火后，擠壓出直徑為12mm的線坯，擠壓出的線坯經中間退火及多道次拉拔，得到直徑為3mm的線坯，再經退火、扒皮后，送入光亮拉拔生產線進行光亮拉拔，最后得到直徑為1.6mm或1.2mm的焊絲。采用此工藝生產出的焊絲成分符合國際標準，顯微組織為第二相趨近于彌散、細小，在基體中分布均勻，與基體結合牢固，且制備出的ER5356、ER5183合金焊絲力學性能達到日本報道的焊絲強度指標。很好地解決了國內生產的鋁合金焊絲存在嚴重的質量不穩定的問題，實現了高速列車用鋁合金焊絲的國產化。
參考文獻：
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增強磚砌體組與未增強組受力過程及破壞形式。分析增加纖維網數量對抗剪強
度增強效果及受力機理。
【關鍵詞】玄武巖纖維網；ANSYS ；磚砌體；增強；抗剪
1. 試件制作
試件的制作及試驗均嚴格執行《砌體基本力學性能試驗標準》【1】的要求，采用由9塊磚組成的雙剪試驗，采用多孔磚平均強度為10.31MPa，砂漿平均強度為5.9MPa。截面尺寸為230mm×280mm×350mm（厚×寬×高）共分為D、E、F 三組，每組6個試件。D組是未增強組，增強組是E、F組。增強方式為在試件正立面上粘貼一層纖維網（E組）跟兩層纖維網（F組）。
2. 加載方法和破壞過程
加荷采用規格為2000KN的微機控制全自動壓力試驗機，需嚴格按照下列步驟操作：1.測量各受剪面尺寸，精確至1mm。2.調整放置于下鋼板試件的位置，使試件豎向幾何中線與上壓板軸線處于同一條直線上。3.當肉眼觀察到試驗機頂板與試件剛剛接觸時，使用勻速連續加荷方式進行抗剪試驗。把握 好加荷速度將試件控制在1至3分鐘內破壞。當有一個受剪面被剪壞即認為試件破壞，應記錄破壞荷載值和試件破壞特征【1】。
試驗現象表明，D組磚砌體雙剪破壞顯示出脆性特征，迅速且沒有任何征兆。加載到試件的極限值后，試驗機的荷載曲線急劇下降，砌體縱向變形突增。最終破壞現象是：試件被劈成三個獨立體，破壞面的位置處于砂漿與砌塊的豎向粘結面，破壞面平整光滑。由此可以得出，砂漿與磚的粘結力決定砌體的抗剪強度。E組和F組砌體試件為纖維網增強試件，其受剪過程和破壞機理幾乎相似，與D組對比試件的破壞形態有較大的差別。大多數試件發生穿過增強面層的剪切破壞。裂縫呈斷續狀，寬度不大且有一定的延性。由此形成鮮明對比的是有些試件發生了增強面層開裂的剪切破壞，裂縫寬度大。表現為明顯的脆性破壞特性。
3. 試驗結果
由實驗數據測得，D組抗剪強度平均值為0.45MPa，破壞形式為雙剪破壞。E組抗剪強度平均值為0.65MPa比D組增加了44.4%，破壞形式為雙剪破壞，且纖維網被剪斷。F組抗剪強度平均值為0.69MPa，比D組增加了53%，破壞形式跟E組相似。可見，玄武巖纖維增強層具有較好的抗拉性能及阻裂作用，不但能延緩裂縫的出現，控制裂縫的寬度，還能有效的分擔砌體的剪切荷載，延緩剪切破壞的時間。比較E、F組數據，兩者的平均值很接近，說明通過增加纖維網數量的方式來強化砌體的抗剪性能效果不明顯。
4. 有限元分析
多孔磚和砂漿均采用SOLID65單元，具有可以模擬模型的斷裂和壓碎功能。玄武巖纖維網采用SHELL41膜單元，具有面內薄膜剛度，但是沒有向面外的彎曲剛度，可用于彈性薄壁的殼體結構分析。假定玄武巖纖維網和磚砌體之間的連接保持完好，不考慮相對滑移—跟現實的試驗情況不符。本文采用耦合命令對兩種材料進行粘結.
表1-1 有限元分析結果比較（模型尺寸255mm×230mm×340mm）
組別 抗剪強度平均值（MPa）
增強情況 有限元結果 實驗結果 與試驗結果的偏差
D 未增強 0.52 0.45 15.6%
E 一層CBF網 0.66 0.65 1.0%
F 兩層CBF網 0.64 0.69 7.2%
由表1-1可看出，
（1） ANSYS計算結果與實驗結果很接近，說明用有限元能夠很好的模擬磚砌體的雙剪試驗。
（2） D﹑E﹑F組的有限元結果大致呈遞增的趨勢，驗證了纖維網能夠提高磚砌體的抗剪強度，與實驗結論基本相符。
（3） F組的有限元結果比試驗結果略微有所降低，其原因可能是有限元模擬忽略了網與網之間的粘結，導致有限元結果小于試驗結果。
5. 試驗結論
從試驗現象知，用CBFN進行砌體的抗剪增強是非常有效的。在采用CBFN對磚砌體進行增強時，CBFN的層數對抗剪強度的影響不大，表明單純增加CBFN的數量，不能使CBEN充分發揮作用。砌體的抗剪強度取決于塊體、砂漿和CBFN三者的粘結強度及CBFN的受力性能。可以認為增強墻體的抗剪承載力等于磚砌體的抗剪承載力和纖維網拉桿機制所承擔的抗剪承載力之和【2】。通過本次試驗，只要滿貼一層CBFN 就能達到理想的增強效果。
參考文獻
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