冲击荷载下钢化夹层玻璃薄板的动力学响应研究

针对工程材料中的钢化夹层玻璃受风沙冲击问题,利用重三角级数构造了冲击荷载作用下四边简支弹性矩形夹层薄板的挠度函数,依据积分变换方法求解挠度函数系数,并基于薄板小挠度弯曲理论得到四边简支条件下矩形钢化夹层玻璃薄板的应力与应变函数,利用Matlab编程对其分布规律计算,研究钢化夹层玻璃受冲击的动力学特性。结果表明：在不同冲击高度下,冲击力、位移响应均呈先增加后减小的趋势,且由于冲击惯性效应致使位移响应分为接触加载期、接触卸载期、脱离后期;应力波在玻璃内对称向四周传播且不断衰减致使位移场、应变场、应力场均呈对称分布,且冲击荷载对冲击点的影响最大;钢化夹层玻璃薄板冲击点区域下表面受拉而出现拉破坏,边界区域受压出现压破坏,而上表面的破坏情况则恰好相反。该研究结果为研究夹层玻璃受冲击破坏机理提供了重要依据。     

风沙环境下钢结构涂层低角度冲蚀特性研究

针对风沙环境中钢结构涂层长期受冲蚀,涂层破坏直接降低钢结构体系耐久性的现状,采用能模拟风沙环境的气流挟沙喷射法对钢结构涂层试件进行了低角度冲蚀试验,用失重测量法测定涂层冲蚀失重量与沙剂量和冲击速度关系,进而评定冲蚀程度,用扫描电镜(SEM)观测分析涂层冲蚀区的微观形貌来分析冲蚀机理,并提出了涂层冲蚀程度评价计算公式.结果表明:涂层冲蚀失重量随沙剂量和冲击速度的增大而增加;低角度冲蚀主要为微切削作用,材料硬度起决定因素,高角度冲蚀主要为冲蚀挤压变形作用,材料韧性起决定作用,由于涂层材料硬度低而韧性高,故在低冲角下其受冲蚀程度严重;验证了评价计算公式用于评价涂层冲蚀程度的可靠性.研究结果将为准确评价风沙区钢结构体系耐久性提供依据.     

风沙环境下钢结构涂层的冲蚀磨损力学性能研究

针对钢结构涂层耐久性受风沙侵蚀和劣化问题,在研究风沙环境特征和钢结构涂层力学性能的基础上,利用接触理论和LS-DYNA有限元分析程序分析了涂层受冲蚀时的最大接触动力、最大接触半径、最大接触应力,并分析了应力场分布规律和屈服极限风沙流速度。分析结果表明：最大接触动力、最大接触半径、最大法向动应力随冲蚀速度和角度的增加而增大,当冲蚀速度、角度分别为35m/s、90°时,其达到最大值4.09×10-2N、4.24×10-5m、1.08×107Pa;最大切向动应力随冲蚀角度的增加而减小,当冲蚀速度为35m/s 时,冲蚀角度为5°和90°时对应的应力分别为9.36×107Pa 和0;得到了涂层表面和内部应力场,在对称轴0.56z a=处,剪应力最大值0.277 pτ=1max 0,剪应力最大值点即是材料接触流动的起始点,因此可预计塑性流动将在涂层表面下方开始发生;当垂直冲蚀时涂层材料不屈服的极限射流速度为18m/s。     

单个弹丸撞击316L不锈钢引起的变形场

运用金属材料表面纳米化试验机对单个弹丸撞击316L不锈钢表面进行了撞击实验;采用激光共聚焦显微镜观察了弹坑的三维形貌,测量不同振动频率下弹坑的直径及离面位移;采用云纹干涉法对弹坑周围的面内应变场进行测量,并分析振动频率及撞击方式对弹坑尺寸、塑性应变大小以及塑性应变区范围的影响;采用有限元方法对单个弹丸垂直撞击试件表面的应变场进行数值模拟,与实验结果进行比较,分析了弹坑周围残余应力的分布。结果表明:随振动频率的增加,弹坑直径和离面位移都增加,频率在50~55Hz,弹坑直径有突变,离面位移和振动频率呈线性关系;振动频率越大,塑性应变越大,塑性应变分布范围均大于弹坑直径的2倍;同一振动频率下弹丸垂直撞击比倾斜撞击的塑性应变大,而塑性应变分布范围相差不大;面内残余应变场的数值模拟结果和实验结果吻合较好,最大误差小于10%。     

高频光栅节距误差的采样云纹法分析

使用采样云纹法来研究高频光栅节距的畸变程度.用电子束刻蚀的3922 line/mm的平行光栅,对其高分辨率扫描电镜图像进行采样和相移分析,得到对应的相位分布,进而转化为相对误差.对于正交光栅,分别进行水平和垂直方向线性滤波后转化为对应的平行光栅,进而得到相对误差分布,并提出误差统计分析来评价光栅质量.理论和实验验证表明采样云纹法可为高频光栅提供评价手段.     

风沙环境下钢结构表面涂层冲蚀行为与侵蚀机理研究

风沙环境的侵蚀和劣化作用严重影响着基础设施的安全耐久性.本文根据风沙环境特点,利用气流挟沙喷射法对钢结构涂层进行冲蚀试验,研究了涂层在风沙环境下的冲蚀磨损特性、冲蚀行为和侵蚀机理.结果表明:涂层磨损量随沙剂量和冲蚀速度的增加而增加;侵蚀机理为在低角度冲蚀下,涂层主要受微切削作用,而在高角度冲蚀下,主要受冲蚀挤压变形作用,由于涂层强度低而韧性较好,其在低角度冲蚀下的磨损更为严重.     

微生物矿化风沙土强度及孔隙特性的试验研究

风沙土广泛分布于沙漠地区,其颗粒细小均匀,粒间无粘聚力,易引起风蚀形成沙尘暴的尘源. 自行设计实验室制备方法及工艺,通过微生物诱导碳酸钙矿化（microbial induced calcite precipitation, MICP）技术固化沙漠风沙土. 分析MICP 矿化砂土试样的强度特性,以及菌液浓度,岩土基质的孔隙率及颗粒级配对MICP 矿化砂土强度的影响. 试验结果表明,当砂土试样的矿化时间为7 天,菌液浓度OD600 值在0.5~0.8 之间,经MICP 矿化后的风沙土其无侧限抗压强度平均值为0.66MPa,内摩擦角平均值为36°,对运用MICP技术矿化沙漠风沙土的可行性进行了试验验证. 当岩土基质具有较大的孔隙率且级配良好时,MICP 矿化过程更加充分,MICP 矿化砂土试样呈现出更好的强度特性. 进而,利用核磁共振技术分析MICP 矿化前后砂土试样的孔隙特征,测试结果显示经MICP 矿化作用后试样的孔隙发育良好,孔隙半径大多分布在30 μm~50 μm之间,半径为100 μm 的孔隙提供大部分孔隙体积,且矿化作用后较未矿化前砂土试样孔隙率减小约15%.     

聚丙烯纤维对风积沙改性土三轴压缩特性的影响研究

为了研究聚丙烯纤维加固风积沙改性土(95%风积沙+5%水泥)的效果和机制,改善风积沙改性土的脆性破坏特性,将聚丙烯纤维以0.1%、0.2%和0.4%质量百分比掺入到风积沙改性土中,进行固结不排水三轴压缩试验。试验结果表明：风积沙改性土的应力-应变曲线具有弹塑性变形特征,应变初始阶段出现应力陡增的孔隙压密期后有完整的弹性阶段、塑性变形阶段和破坏阶段;聚丙烯纤维的掺入增加了土样的塑性变形能力,提高了残余强度,破裂面因纤维的拖拽牵引而呈现圆弧形,抑制了土样的脆性破坏,增加了其延展性;风积沙改性土的内聚力随着聚丙烯纤维含量的增大而增大,基本呈线性正相关关系,内摩擦角随着聚丙烯纤维含量的增大而减小,整体呈现负相关关系;风积沙改性土的峰值应变随着聚丙烯纤维含量的增大而增大,应力-应变曲线由应变软化转变为应变硬化型,可用双曲线进行有效拟合;同一围压下应力-应变双曲线拟合模型参数b随聚丙烯纤维的含量增大而减小,在同一聚丙烯纤维含量下,模型参数b均随围压的增大而减小。本文研究成果可为风积沙改性土的实际工程应用提供试验参考。     

结霜工况下重力供液与直接膨胀供液制冷系统运行特性

以R404A为工质,用热平衡法测试结霜工况下直接膨胀供液制冷系统以及重力供液制冷系统在不同蒸发器供液高度时的系统的运行特性,并进行比较。研究表明:在重力供液制冷系统中,蒸发温度和压力高于直接膨胀供液制冷系统,且受供液高度和环境温度影响;在不同供液高度时,重力供液制冷系统压缩机吸气压力高于直接膨胀供液制冷系统压缩机吸气压力,供液高度的增加,吸气压力升高,压缩机的排气压力的变化趋势与蒸发压力相似;重力供液制冷系统制冷量高于直接膨胀供液制冷系统制冷量,且随蒸发温度升高而增大,但制冷量的增加幅度却有着相反的变化趋势。供液高度为1200mm时,制冷量最大增幅达到35.59%;重力供液制冷系统COP大于直接膨胀供液制冷系统COP,重力供液制冷系统存在最佳供液高度。     

钢结构表面涂层受风沙冲蚀机理和评价方法

内蒙古中西部地区钢结构表面涂层受风沙冲蚀磨损严重.在模拟钢结构涂层受风沙冲蚀磨损试验的基础上,应用扫描电子显微镜(SEM)观测涂层在不同冲蚀条件下的冲蚀磨损部位微观形貌,分析涂层材料受风沙冲蚀磨损的损伤机理,提出了评价涂层冲蚀磨损程度的计算方法.结果表明:低角度冲蚀时微切削作用占主导,硬度起决定作用,高角度冲蚀时挤压变形占主导,柔韧性起决定作用,由于涂层硬度较低,柔韧性好,所以高角度时涂层的耐冲蚀性能较好;最大冲蚀磨损失重量出现在45°左右,是由于该材料具有介于塑性和脆性材料之间的冲蚀磨损特性;速度越大,粒子的动能越大,冲蚀磨损失重量越大;在低浓度时,冲蚀磨损失重量随着浓度的增加而增加,而在高浓度时则出现下降的趋势;评价公式的计算结果与实验结果吻合.研究结果为钢结构涂层的耐久性研究提供了理论依据.