时间：2022-09-21 18:57:45
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇力学性能论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
面对高技术时代对高性能钛合金材料日益紧迫的要求，非连续增强钛基复合材料因其具有的高比强、高比刚度、耐高温和耐蚀性能已成为研究的热点。人们对其制备工艺、微结构、力学性能等进行了一系列的研究，而这些研究的主要目标为外加法制备的钛基复合材料。而本研究则采用原位合成工艺制备非连续增强的钛基复合材料。与外加法比较，原位合成法因其工艺简单、材料性能优异，在技术和经济上更为可行。增强体的原位合成，避免了增强体的污染问题，也避免了熔铸过程中存在的润湿性问题，有利于制备性能更好的复合材料。然而，为了低成本高效制备高性能的钛基复合材料尚有许多问题需要解决。因此，从理论和实验上研究这些问题，对低成本高效制备高性能的钛基复合材料具有非常重要的理论和实际意义。
针对金属基复合材料发展应用中的关键问题??成本和性能，本文开发设计了新型的钛基复合材料的制备工艺，可以低成本高效制备性能优异的钛基复合材料。即可利用钛与碳化硼、硼及石墨之间的自蔓燃高温合成反应，采用普通的钛合金冶炼工艺制备出单纯TiB晶须、单纯TiC颗粒增强或TiB晶须和TiC粒子混杂增强的钛基复合材料。为了拓展钛基复合材料的应用领域，为制备高性能的钛基复合材料打下坚实的基础，本文的研究主要包括以下几个方面工作：
1、研究了利用钛与石墨、硼及碳化硼之间的反应制备TiB和TiC增强钛基复合材料的原位合成机理。利用热力学理论计算了钛与石墨、硼、碳化硼反应的Gi自由能DG和反应生成焓DH，结果表明：各个反应的Gi自由能DG值都为负值，说明在热力学上上述反应是可行的。虽然在热力学上可以利用钛与碳化硼之间的化学反应合成TiB2和TiC增强体，但从化学平衡考虑，TiB2不能稳定存在于过量钛中，因此能够稳定存在于普通钛合金中的增强体为TiB和TiC。上述反应都为高放热的反应，从理论上讲绝热温度都大于自蔓燃高温合成的判据，表明反应能自发维持。
2、利用非自耗电弧炉和自耗电弧炉经普通的钛合金铸造工艺制备出单纯TiB晶须、单纯TiC颗粒增强或TiB晶须和TiC粒子混杂增强的钛基复合材料。X射线衍射分析结果表明：原位合成的增强体为TiB、TiC。这些增强体分布非常均匀，主要呈现为短纤维状、树枝晶状和等轴或近似等轴状。电子探针和带能谱的扫描电镜分析结果表明：短纤维状增强体为TiB，而树枝晶状和等轴或近似等轴状增强体为TiC。实验结果与理论分析一致，这为原位自生钛基复合材料的工业化生产提供了依据。
3、研究了原位合成钛基复合材料增强体的生长机制，结果表明：增强体的生长机制与凝固过程及增强体的晶体结构密切相关。原位合成的增强体以形核与长大的方式从熔体中析出而长大。对于原位合成TiB和TiC混杂增强的钛基复合材料，经历了析出初晶、二元共晶和三元共晶三个阶段。由于不同的晶体结构，增强体TiB与TiC形成不同的生长形态。TiB具有B27晶体结构，易于沿[010]方向生长长成短纤维状，而且TiB横截面的形状呈多边形，其晶面主要由(100)、(10)和(101)组成。同时，在TiB的(100)面上容易形成层错。而TiC具有NaCl型对称结构，容易长成树枝晶状、等轴状和近似等轴状。发现原位合成的增强体TiB容易在（100）面上形成高密度的层错，层错的形成与增强体的晶体结构、生长机制有关，同时也有利于降低增强体与基体合金界面的晶格畸变。而原位合成增强体TiC的晶格比较完整，偶尔在(111)面上形成孪晶，该孪晶结构在增强体形核与长大的过程中形成。
4、研究了合金元素铝的加入对原位合成钛基复合材料微结构及力学性能的影响。合金元素铝的加入，并不改变复合材料的物相组成，也不改变复合材料的凝固过程，但由于合金元素的存在，阻碍了增强体的形核与长大过程，导致形成的TiB和TiC初晶更为细小，尤其是使TiC增强体易于形成等轴状。合金元素铝不仅固溶强化了基体合金，而且细化增强体也有利于提高复合材料的力学性能。
5、利用透射电镜、高分辨透射电镜对原位合成(TiB TiC)/Ti复合材料界面微结构进行研究和分析，发现两种增强体与基体的界面均为清洁界面，为直接的原子结合、界面结合状况良好。TiC增强体与基体合金没有确定的位相关系，而TiB增强体与基体合金存在以下位相关系：、、(0002)Ti//(001)TiB和以及、(0002)Ti//(200)TiB和。该位相关系在凝固过程中形成，与增强体的晶体结构及基体合金的晶体结构密切相关，形成该位相关系有利于降低增强体与基体合金界面的晶格畸变能。
6、研究了铸态钛基复合材料和热锻后高温钛基复合材料的力学性能。由于原位合成增强体的加入，钛基复合材料的力学性能与相应基体合金比较有了明显的提高，在增强体含量为8％时，其弹性模量E、屈服强度s0.2和抗拉强度分别达到131.2GPa，1243.7MPa和1329.8MPa，与基体合金Ti6242比较分别提高了19.3，47.4和45.5。其强化机理主要来源于增强体承载、晶粒细化及高密度位错的形成。石墨的加入，形成更多等轴状、近似等轴状TiC粒子有利于提高复合材料的室温性能，这与短纤维状TiB的存在导致复合材料低应力断裂有关。
7、研究了原位合成钛基复合材料的高温瞬时拉伸性能。在600oC、650oC和700oC的抗拉强度分别超过800MPa，750MPa和650MPa，与高温性能较好的IMI834合金比较，在600oC的抗拉强度提高幅度超过25。随着温度的提高，其屈服强度、抗拉强度降低，塑性提高，但与基体合金比较高温强度有了明显的提高。断口分析表明：低温时，裂纹由增强体断裂引起，而在高温时裂纹最先在短纤维晶须TiB的端面上形核，然后裂纹扩展到基体合金中，最后导致材料失效。说明低温时，增强体承载对提高复合材料的力学性能非常有利，而在高温时，其强化作用主要由增强体与位错的交互作用引起。位错容易在短纤维状晶须TiB的端面处塞积，形成裂纹源导致材料失效。因此与等轴状及近似等轴状增强体TiC比较，短纤维状增强体TiB对复合材料高温力学性能的强化效果要低一些。这也是石墨的加入形成等摩尔的TiB和TiC增强体有利于提高复合材料高温性能的主要原因。
8、研究了原位合成钛基复合材料的高温蠕变性能和持久断裂性能。原位合成钛基复合材料的高温蠕变经历了典型的蠕变变形的三个阶段。蠕变持久强度与基体合金比较有了明显的提高。持久强度与温度及载荷密切相关，温度和载荷的提高都降低复合材料的高温蠕变和高温持久性能。石墨的加入形成更多的TiC粒子，同样有利于提高钛基材料的持久强度。在高温、持久载荷作用下，材料的失效仍然主要由短纤维端面处形成裂纹而导致材料失效引起。
本研究首先从理论上分析了原位合成TiB、TiC及TiB和TiC混杂增强钛基复合材料的原位合成机制，并以此为基础开发出了一种新型钛基复合材料加工工艺。利用该工艺钛合金生产厂家可以在不改变设备和工艺的条件下，低成本高效制备高性能的钛基复合材料。而采用该原位合成工艺制备复合材料的性能是可设计和可控制的，针对不同的应用条件，可以设计不同成分的基体合金及不同含量、不同配比增强体的复合材料以满足不同的需求。从合金相图、增强体晶体结构及凝固理论相结合分析了原位合成增强体的生长机制、生长形态、分布状态以及界面微区特征。研究了钛基复合材料的微观组织对钛基复合材料力学性能的影响规律。这些研究为以后制备高性能的钛基复合材料和拓展 钛基复合材料的应用领域打下了坚实的理论基础和为批量生成提供了实用途径。近两年来，研究成果引起了国家航空航天部门的关注，国家“十五”军工重点课题和航天支撑基金、航天创新基金课题获得了批准。并将用于我国的先进战略导弹XX－2改，战术导弹XX－19及新一代洲际导弹和潜地导弹的构件。鉴于该技术在国防军工方面具有的战略意义以及在民用领域的潜在应用前景，与国内大型钛合金加工企业—宝钢集团五钢有限公司开展产业化研究，完成了该材料的中试过程，实现了新型钛基复合材料的工业化生产。研制开发的材料近期将在国家战略、战术武器、宇宙飞船等方面得到验证和应用。并将逐渐推广应用于民用领域，为国民经济的发展作出贡献。
关键词非连续增强钛基复合材料，原位合成，生长机制，凝固，晶体结构，微观结构，力学性能，位向关系，界面结构
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.
关键词：碳纤维增强复合材料（CFRP）;（CFRP）力学性能;混凝土结构
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
中图分类号：TU377 文献标识码：A文章编号：
一、 CFRP纤维材料混凝土加固技术现状
CFRP纤维材料通常加固钢筋混凝土结构的方法是将它粘贴在混凝土的表面，通过树脂将CFRP纤维材料与混凝土有效的粘结以实现它们之间传递受力的作用。受损的钢筋固混凝土结构经过用CFRP修复后一般还可继续使用多年时间。目前，我国关于CFRP加固混凝土结构的研究热点主要是FRP加固钢筋混凝土后的破坏模式及其计算方法。对于影响CFRP与混凝土粘贴界面之间力学性能的因素的研究则相对较少。
二、CFRP纤维材料混凝土加固技术的优点
建筑结构长期在自然环境和使用环境的双重作用下的逐渐损坏是一个不可逆转的客观规律。目前工程上常用的混凝土结构加固补强的方法主要有以下几种：体系法、体外预应力法、外包钢法、 外部粘钢法等。
但是，以上的这些方法无论在施工的难易程度还是被加固的对象都受到了极大限制。与传统的加固修复方法相比，CFRP加固技术具有明显的优越性：
（1）适用范围广阔：因为CFRP可以规模是生产并具有优越的力学性能，故其可以运用的建筑工程范围较为广泛，例如：建筑物、构筑物、桥梁、地铁、隧道等。
（2）使用方便：运用CFRP加固修复时，其使用的工器具简单并且容易携带，能够快速、安全、有效的完成加固任务。
（3）本身自重小：通常的CFRP成平为布状或者片材形状，其质量轻并且强度高，对被加固修复的混凝土结构不具有任何的自重荷载和不占用结构的使用空间。
（4）施工质量好：用CFRP加固混凝土结构施工工艺非常简单和易于操作，故其施工质量的控制也能达到较大的保证率。
（5）有良好的耐久性能：通过前人所作的实验研究可以了解到CFRP加固混凝土结构在耐久性能方面具有很大的优势，无论是酸雨侵蚀还是日光的作用等CFRP都可以有效的抵抗而几乎不降低它的力学性能。
（6）使用成本低： 虽然CFRP的价格相对较高，但在施工的工艺还有工器具的选择上，CFRP加固混凝土结构具有绝对的优势，并且它的加固过程使用的人工和时间均较少，故综合起来CFRP加固混凝土结构的成本也具有很大的优势。
三、（CFRP）纤维材料的性能
碳纤维（CFRP）指纤维在1000℃以上碳化，含碳量超过85％以上的纤维，包括碳素纤维和石墨纤维，碳纤维材料是最常用的纤维增强复合材料之一。表1-1为厂家提供的碳纤维布的主要相关性能指标。可以看出，CFRP的各项力学性能较为优异。
表1-1 碳纤维布主要技术指标
从表1-1中可以看出，与传统的主要建筑材料钢筋相比较，CFRP材料具明显的优势，主要有以下几点：
1、CFRP材料轻质高强，其抗拉强度可达到普通碳素结构钢的10倍以上，弹性模量略高于钢筋，而密度仅为钢材的1/4。能够有效提高混凝土结构的承载力和延性，改善其受力性能，基本不增加原结构自重及原构件尺寸；
2、良好的抗腐蚀能力，其中CFRP耐久性能尤为突出，对酸、碱、盐和有机溶剂等腐蚀介质的耐腐蚀性能和耐候性能优良，并具有极佳的抗疲劳性能；
3、施工便捷，没有湿作业，不需大型施工机具，无需现场固定设施，施工占用场地少；
4、有良好的设计性，可以通过适当的纤维含量及成型方法，得到预期的材料特性和各种形状的结构；
5、可检测性，可以在CFRP里面埋入光纤等传感器，其树脂层能给传感器提供优良的保护，可以对构件进行长期实时检测，既可靠又方便。
四、影响CFRP拉伸性能的主要因素
1、纤维对片材拉伸性能的影响。在碳纤维增强树脂基复合材料CFRP片材中，纤维承担主要载荷，纤维承担的载荷比例远高于基体，因此纤维的性能直接影响复合材料力学性能的好坏，提高纤维的性能对改善复合材料的性能起着关键的作用。就碳纤维其力学性能而言，可分为通用级碳纤维(GP)和高性能碳纤维(HP)；其中高性能碳纤维包括中强型(MT)、高强型(HT)、超高强型(UHT)、中模型(IM)、高模型(HM)和超高模型(UHM)[5]。几种碳纤维的性能见表1－2。总体看来，碳纤维的拉伸强度与其本身的拉伸模量成反比，即弹性模量越小其拉伸强度越大。在加固时碳纤维粘贴的层数也是影响其拉伸性能的因素之一，粘贴的层数并不与其强度成正比，当粘贴的层数达到一定时，碳纤维的拉伸强度的拉伸强度不会增加甚至会有降低的趋势。这主要由以下几个原因引起的：1）施工工艺的控制，碳纤维布粘贴的层数越多，粘贴的密实度和平整度就越来越难控制，从而影响了整体的拉伸性能。2）碳纤维布粘贴的层数越多，多层碳纤维布作为一个整体，它的弹性模量也大大增加，从而使其整体的拉伸性能降低。
表1－2碳纤维的性能
2、树脂对CFRP拉伸性能的影响。树脂的性能和特性主要有以下几个方面：1）固化方便，可以选用各种不同的固化剂，树脂体系几乎可以在0～180℃温度范围内固化。2）粘附力强，树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。3）收缩性低，树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。4）力学性能优良。固化后的环氧树脂体系比其他粘结材料具有优良的力学性能。5）化学稳定性，通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。
工程实际的大量资料表明，树脂对CFRP片材拉伸性能的好坏至关重要。但是树脂本身性能具有分散性，这是因为：1）所用的环氧树脂的种类不同，每种环氧树脂的分子量、分子量分布均有差别，最终形成固化物的交联密度不同，从而影响树脂性能；2）稀释环氧树脂的活性环氧稀释剂的种类、加入量不同也会影响树脂的性能；3）各品牌树脂所用的固化剂种类不同(一般选用聚酰胺、改性脂环族多元胺或改性脂肪族多元胺)，不同分子结构的固化剂与环氧树脂反应形成的树脂固化物在拉伸强度等物理力学性能方面都有差别。正常情况下，树脂具有良好的的可塑性能和力学性能，把它作为粘贴剂用于CFRP加固混凝土结构工程上能很好的发挥它的力学优越性。树脂作为CFRP加固混凝土结构传递CFRP材料与和混凝土结构之间应力的介质，故树脂的性能影响着整个加固结构的力学性能。树脂的黏结能力和其它的力学性能指标，如抗拉伸强度、抗剪强度、弹性模量、可塑性能等对实际的加固工程有着重要的影响。对于所粘贴的碳纤维布能否一起共同工作，树脂的弹性模量起着决定性的作用，树脂的弹性模量越大则，碳纤维布的整体性能就越好，反之则越低。在用树脂作为基体加固混凝土结构时，它的用量的多少也直接影响着加固结构的整体力学性能。图1－1所示是强度与含胶量关系曲线，可以看出，随着含胶量的逐渐升高，拉伸强度先变大，后又逐渐变小，在含胶量为33％－35％之间时达到最大值，这说明含胶量太高和太低都不利于强度的发挥，含胶量太高，碳纤维含量降低，强度降低；含胶量太低时，树脂浸润不好，可能引起局部缺胶，纤维间应力得不到很好的传递，从而影响碳纤维的强度发挥。
图1－1拉伸性能与含胶量关系图
[1] 吴智深. FRP复合材料在基础工程设施的增强和加固方面的现状与发展[C]. 中国首届纤维增强塑料(FRP)混凝土结构学术交流会论文集. 北京, 2000: 5~20
[2] 王荣国, 戴成琴等. CFRP 加固混凝土梁式结构技术及其设计方法[J]. 纤维复合材料. 2002, (2):40~42
[3] 曹征良教授、李伟文副教授、严志亮.CFRP加固钢筋混凝土构件力学及耐久性能试验研究.1.1:3~4
[4] 赵桐，谢剑，碳纤维布补强加固混凝土结构新技术，天津：天津大学出版社。2001
[5] 李苏苏，碳纤维增强复合材料力学性能的试验与分析，工业建筑：2007年
第37卷第5期69
[6] 谭壮. GFRP布加固混凝土梁受力性能的试验研究[D]. 清华大学硕士论文. 2002
关键词：自密实混凝土（SCC）；粉煤灰；砂率；扩展度
自密实混凝土（Self CompactingConcrete 或Self-Consolidating Concrete 简称SCC）是指在自身重力作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好均质性，并且不需要附加振动的混凝土。该种混凝土流动性良好，具有优越的工作性能和填充性，硬化后具有良好的力学性能和耐久性能。目前，不振捣混凝土的开发与施工已在日本掀起了热潮，并深受社会的关注及好评，欧洲在20世纪90年代中期才将SCC第一次用于瑞典的交通网络民用工程上，而在我国的应用还非常有限，需要进行大量的技术研究和推广应用工作。
本文结合混凝土搅拌站具体的原材料和实际工程情况，对内掺粉煤灰的C35自密实混凝土进行了试验研究。
1 原材料
水泥：吉林冀东水泥厂P.O 42.5普通硅酸盐水泥，主要性能指标见表1。
粉煤灰：吉林热电厂F类I级灰，主要性能指标见表2。
细骨料：蛟河法河沿砂场河砂，II区中砂，细度模数2.7，含泥量1.0%。
粗骨料：敦化市新昌橄榄石矿业碎石，粒径为5～25mm，含泥量0.4%。
减水剂：山西凯迪建材生产的KDSP-型聚羧酸减水剂，减水率≥25%。
2 配合比试验及结果
与普通混凝土相比，自密实混凝土具有较大的浆骨比、较大的砂率并掺用了大量的矿物掺合料。首先根据配置强度确定水胶比，计算胶凝材料用量，确定砂率及减水剂掺量。要满足自密实混凝土的流动性要求，水胶比一般根据经验在0.30-0.40之间取值，自密实混凝土的砂率一般在45%～55%范围内取值比较适宜，经过计算基准配合比，试验时将胶凝材料用量定为430 kg/m3，水胶比为0.35，减水剂掺量为1.2%，并进行适当调整。为了获得较大的流动度，在既定的原材料基础上，对混凝土砂率及减水剂掺量进行优化试验。
2.1 砂率及减水剂掺量优化试验
试验采用坍落扩展度法来评价混凝土的自由流动能力，扩展度值是从坍落度筒提起后到混凝土完全扩展后的平均直径值。试验结果见表3。
由试验可知，混凝土在46%砂率情况下坍落度及扩展度都较小，状态较为干涩；随着砂率的增加，混凝土的流动性有明显改善；但砂率提升至52%时，对混凝土流动度的影响较小。减水剂的掺量提高0.1%时也对和易性产生明显改善，但继续提高掺量影响较小，且外加剂掺量过大容易造成泌水、离析现象，外加剂掺量达到1.3%即可。
流动性良好的自密实混凝土需选择合适的砂率，粗骨料含量过小，会使混凝土弹性模量下降，产生较大的干缩。而粗骨料含量过大，集料之间的相互作用会引起较大的压应力和剪应力，拌和物间隙通过性能差而易堵塞。在保证混凝土流动性的前提下，本试验将砂率定为50%。
2.2 粉煤灰掺量试验
适当的掺入粉煤灰将提高自密实混凝土的多项性能（1）掺入粉煤灰能够降低混凝土初期的水化热，很好的防止混凝土因为早期水化热过高而开裂，特别是对于大a体积混凝土；（2）粉煤灰中含有球形玻璃体，能起到作用，增加自密实混凝土的流动性；（3）粉煤灰成本较水泥低，能节约成本，提高经济性；（4）掺入粉煤灰能很好的提高混凝土的和易性，防止泌水离析等现象。试验选取胶凝材料中粉煤灰掺量在20%、30%、40%、50%情况下进行对比试验，通过测试拌合物的流动度和力学性能综合评价粉煤灰的掺量对自密实混凝土的工作性能的影响。试验结果见表4。
水胶比提高0.01并未能取得理想的效果，反而使强度的降低速率更快，因而仍选择0.35的水胶比进行掺量对比试验。加入粉煤灰掺和料之后，混凝土的流动性有了明显的改善，坍落度和扩展度均增大，且无泌水现象。从表中可见，掺加粉煤灰的混凝土其坍落度均接近240mm，而扩展度也达到了600mm以上，基本达到自密实混凝土的工作性能要求。基准混凝土的抗压强度在7d、28d和56d分别为39.8MPa、49.3MPa和50.9MPa。而自密实混凝土7d、28d和56d，其抗压强度变化分别在20.0MPa～34.4MPa、31.7MPa～46.6MPa和39.3MPa～49.2MPa。可见，在获得良好的工作性能条件下，依然可以获得理想的强度。
但当粉煤灰掺量超过40%时，坍落扩展度增长趋于平稳，而强度的降低速率加快，56d强度已达不到C35混凝土的试配强度的要求。这就表明，粉煤灰的掺入量不宜过高，应该控制在30%～40%为最佳，过大的掺量会导致强度大幅度降低。
综合考虑经济性和现场实际施工技术要求，在粉煤灰掺量达30%和40%时，水胶比为0.35的条件下，无论是符合28d龄期或56d龄期设计要求的自密实混凝土，流动度和力学性能均能满足要求。
3 结束语
（1）在适当的胶材用量和水胶比情况下，提高外加剂掺量、砂率、粉煤灰掺量能显著提高自密实混凝土的工作性能，配置的C35自密实混凝土坍落度达到240mm、扩展度达到600mm以上；不离析不泌水；力学性能也能满足要求；减少水泥用量也大大提高了经济效益。
（2）高性能减水剂、适当砂率及矿物掺和料的掺量是配置自密实混凝土的关键性要素，过小的掺量无法满足混凝土工作性能的需求，而掺量过大又会造成强度的下降速率加快。使用本试验所选择的原材，当减水剂掺量为1.3%、砂率为50%、粉煤灰掺量在30%～40%时，混凝土性能达到最佳。
（3）在混凝土硬化过程中，掺入粉煤灰还能有效降低水化热，避免水泥浆体在水化过程中由于放热大而产生裂缝，采用大掺量粉煤灰和高效减水剂进行复合能制备出满足要求的自密实高性能混凝土。
如果自密实混凝土的使用能更广泛适应施工建设的大生产化、快速化的要求，将对于缩短工期，加快施工速度，降低工人劳动强度具有重要意义，而且使得许多复杂的，不便振捣的混凝土结构施工成为可能，满足建筑物设计多功能化，复杂化的要求。
参考文献
1.刘小洁.余志武 自密实混凝土的研究与应用综述[期刊论文]-铁道科学与工程学报 2006（03）
2.郭雯.张宁宁 自密实混凝土配合比设计方法研究[期刊论文]-山西建筑 2010（4）
关键词：低温地板辐射供暖系统，设计和施工，注意的问题
在人的一生中，有80%以上的时间是在室内度过的。随着国民经济的高速发展和城镇人民生活水平的不断提高，人们对室内环境质量有了更高的要求，室内环境的品质对人的身心健康、舒适感及工作效率都会产生直接的影响，尤其是热环境和空气品质对人的影响更为突出，总之，能源结构的调整、建筑节能以及按户计量供暖收费制度的实施，特别是“以塑钢”技术的发展，使得低温热水地板辐射采暖技术日益完善，低温热水地板辐射供暖以其舒适、卫生、不占房间使用面积、节能、低噪音、便于分户计量等优点在采暖行业逐渐被人们认可接受。
低温热水地板辐射采暖系统的介绍
低温热水地板辐射采暖是将热水管道埋没在房间内部地面垫层内的供暖系统。该系统以整个地面作为散热面，地板在通过对流换热加热周围空气的同时，还与四周的围护结构的人体进行辐射换热，从而达到供暖效果，其辐射换热量占总换热量的50%，所以地板辐射供暖是在辐射强度和温度的双重作用下对房间进行供热的，形成较合理的室内温度场分布和热辐射作用，可有2~3℃的等效热舒适度效应。因此《低温热水地板辐射供暖应用技术规程》规定，低温热水地板辐射供暖的热负荷计算宜将室内计算温度降低2℃或取常规对流式供暖方式计算热负荷的90%~95%，也就是说，可以适当降低建筑物热负荷。另外，在室外温度一定的情况下，由房间的能量很大部分都通过辐射获得，因此房间的空气温度较传统的散热器供暖温度低，所以房间由于换气而带来的损失较小，有利于节能。
加热盘管管材的选择
加热盘管是低温地板辐射采暖的核心，而塑料管对温度很敏感，其所承受的压力，随着相应的温度的升高而剧烈下降，如果选用不当将为低温地板辐射采暖留下一大隐患。目前市场上使用的地热管材大多品种为交联聚乙烯管（PE-X）、无规共聚聚丙烯管（PP-R）、聚丁烯管（PB）、耐高温聚乙烯管（PE-RT），各种管材各有其优缺点。下面分别简单介绍一下这些管材：
PE-X管：合格的PE-X管材具有力学性能好，耐高温和低温性能好等优点，但PE-X管材没有热塑性能，不能用热熔焊接的方法连接和修复。
PP-R管：耐高温性能好、力学性能好和连接性能优越，但低温冲击性能较差。
PB管：乃蠕变性能和力学性能优越，几种管材中最柔软。相同压力下设计计复壁厚最薄，但价格较贵。
PE-RT管：力学性能十分稳定，有耐低温冲击，耐水压和耐热蠕变性能，可以用热熔连接方法连接。
对于上述几种管材在设计施工中，我们要充分根据项目特点、使用温度、压力综合考虑，做到即安全可靠又价廉物美，并能满足设计和使用寿命的要求。论文参考网。
在低温热水地板辐射采暖设计施工中应注意的问题：
1.一般每户集中设置一组分水器，按照分室控制的要求，应按房间数确定支环路个数，卫生间餐厅厨房可为一环，房间较大时可分多环。为使各环路平衡，每环尽量长度相等，且控制在60~100米之间，最长不得超过120米。
2.在采暖系统中，每组立管所带的总户数不宜超过40户，同层一般不超过4户，并对系统进行合理的竖向分区，以减小埋地盘管的压力和系统的垂直失调。
3.计算盘辅设间距时，首先要弄清使用房间的地面是水泥瓷砖还是木地板或者其他别的形式，然后再根据实际情况查《地面单位面积散热表》确定其配管间距和地板表面温度。
4.当采暖房间面积超过30m2 长边长度大于6米时应按要求设置伸缩缝。
5.盘管敷设完进行填充层施工时，在混凝土填充层施工及护养过程中管道必须保持不小于0.4MPa的水压，并检查压力表指示情况，防止管道被施工中损失。
6.低温地板辐射采暖系统试压后，其系统中的水无法自行排泄干净，尤其在冬季施工。论文参考网。如盘管中留有水，则很可能因水结冰而破坏整个加热盘管，实际上这种现象时有发生。论文参考网。因此在试压或冲洗后，应采用压缩空气将加热盘管中的水全部吹出，以防冻坏管路。
7.为了减小无效热损失，在加热盘管下面均敷有绝热层，绝热层一般采用聚苯乙烯泡沫塑料，绝热层较软而其上面是混凝土垫层，两种不同硬度的材质贴合在一起，很容易造成地板的龟裂。为了增强地板的抗裂性，可对豆石混凝土加入防龟裂乳剂，并在加热盘管的上部和下部布置钢丝网，这样不尽增强了地板的抗裂性，在施工过程中也便于安装和固定加热盘管，同时也均衡了地板表面的散热，一举三得。
结束语：
低温地板辐射供暖系统与传统的散热器供暖方式相比，有很多的优越性，其舒适、卫生不占空间，节能、低噪音、便于分户计量等优点，被广大消费者认可。我们要在设计和施工中扬长避短，充分发挥低温地板辐射供暖系统的优势，鼓励推行地板辐射供暖方式，满足人们对室内环境质量的更高要求。
参考文献
1 JGJ 142-2004地面辐射供暖技术规程
2 GB 50242-2002建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范
3 全国民用建筑工程设计技术措施（暖通空调动力）.中国计划出版社，2009
4 陆耀庆.供热空调设计手册.中国建筑工业出版社，2007.2
5孙逊. 聚烯烃管道. 北京：化学工业出版社，2002
不拆卸复合模板在混凝土硬化后不用拆除，并与混凝土形成整体共同承受荷载效应，可替代钢模和木模，具有可观的经济和社会效益，但其复合模板的制备工艺还在不断更新。本项目研究不同原料配比下复合模板的制备以及其基本力学性能试验方法。本项目的研究成果将推动不拆卸复合模板技术在混凝土框架结构中的应用，具有广阔的应用前景。
[关键词]
不拆卸复合模板；制备；力学性能
0.前言
目前，我国现浇钢筋混凝土框架结构的施工多采用钢模板或木模板，模板工程费用约占混凝土工程造价的三分之一，劳动力和工期的一半。近年来，不拆模施工工艺逐渐发展。对国内外永久性模板形式、技术特点归纳总结，提出一种新型GRC—PVC组合免拆模板。澳大利亚Ritek公司研发了硅钙板永久性墙体模板，由于执行的是该国的规范标准，引进后需根据中国国情，开发出适用于我国墙体的新型速成墙模。
本文以不拆卸复合模板替代现行的钢模板和木模板。采用水泥、砂、石、耐碱玻璃纤维网布[和水，按一定工艺制成，其厚度不超过混凝土保护层厚。利用配套的组合钢构件，将复合模板组合成符合设计要求的形体。浇筑的主体结构混凝土硬化后，复合模板作为混凝土保护层，与混凝土粘结为一体，共同承受各种作用。节约钢木资源，符合环保要求。混凝土达到拆模龄期，仅需拆除组合钢构件，而不需拆除模板，且无需粉刷，可直接装饰。劳动强度低，效率高。
1.不拆卸模板的制备
1.1 原材料
试验采用P·C 42.5级硅酸盐水泥，应符合GB 175-2007的规定；耐碱玻璃纤维网格布，应符合JC/T 841-2007的规定；直径小于9.5mm的卵石，应符合GB/T 14685-2001的规定；细砂应符合GB/T 14684-2003的规定。
玻璃纤维网格布应选用耐碱性玻璃纤维网格布。由于硅酸盐水泥水化时产生大量Ca（OH）2，使混凝土呈较强的碱性，玻璃纤维常因被碱蚀而导致脆化，使混凝土的韧性和抗弯强度严重下降。目前普遍使用抗碱玻璃纤维代替普通玻璃纤维作为混凝土的增强材料，使玻璃纤维的碱蚀脆化现象得到了一定的改善。
1.2 不拆卸复合模板的制作工艺
搅拌：将原料按一定比例倒入混凝土搅拌机内加水搅拌均匀；
布网入模：在设有方框肋条的模具内布入一层耐碱玻璃纤维网布，将搅拌好的混凝土倒入；
振动成型：用振动机将混凝土振实，让其自然凝固成型；
养护：在混凝土养护室内养护24小时后脱模，然后再养护27天。
2.试验方法
2.1 试件参数
本次试验制作的试件参数如表1所示。
2.2 抗折强度试验
玻璃纤维复合模板试样长宽尺寸500mm×500mm，厚25mm。在抗折试验机上进行抗折破坏试验。
（1）清除试样表面的粘渣、毛刺，放入洁净水中浸泡24小时；
（2）将试样从水中取出，擦去表面附着水，外露表面朝上，置于抗折机的支座上。两个支座为圆形钢棒，直径40mm，中到中距离为100mm，其中一个固定，另一个可滚动。
（3）启动试验机，连续均匀加载，直到试样破坏。
混凝土标准抗折试样以及掺入了玻璃纤维标准抗折试样，试样尺寸均为40mm×40mm×160mm，按《普通混凝土力学性能实验方法标准》（GB/T 50081-2002）中规定的标准实验方法，进行混凝土标准抗折强度试验。
2.3 抗压强度试验
混凝土标准抗压试样以及掺入了玻璃纤维标准抗压试样，试样尺寸均为150mm×1500mm×150mm，按《普通混凝土力学性能实验方法标准》（GB/T 50081-2002）中规定的标准实验方法，进行混凝土立方体抗压强度试验。
复合模板长宽尺寸500mm×500mm，厚25mm，在抗压试验机上进行抗压强度试验。
3.结果与讨论
抗压强度、抗折强度试验结果分别如表2、3所示。
从实验数据看出，标准抗折试样掺加了玻璃纤维后，混凝土的抗折强度有了明显的变化；标准抗压试样掺加了玻璃纤维后，混凝土的抗压强度也有了明显的变化。由此，复合模板的制作中采用耐碱玻璃纤维网格布，也能有效提高其强度。
4.结论
（1）通过在普通混凝土中掺入玻璃纤维短切丝，在掺入一定量的范围内可有效提高混凝土的抗压强度。
（2）添加一定量的玻璃纤维后，混凝土的抗折强度得到了大幅度的提高。
（3）采用耐碱玻璃纤维网格布制作的复合模板的基本力学性能的研究有待进一步完善。可通过对比试验法，将得出不拆卸复合模板与标准试样的强度换算公式。
参考文献：
[1]
尹伯悦，赖明，曲俊义等. 新型节能建筑免拆卸模板装饰一体化复合墙体施工工艺的研究. 新型建筑材料，2007，（4）： 41-43
[2]赵家妹. 免拆模薄壁剪力墙抗震性能实验研究及非线性有限元分析. 河北工业大学硕士学位论文，2005.01
[3]刘永军，丁文艺，刘畅. 永久性模板的技术发展. 水利与建筑工程学报，2010，08（5）：30-34
关键词：地方高校；工科类；培养模式；优秀专业人才
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）08-0120-02
人才培养模式，被认为是为实现一定的人才培养目标的整个管理活动的组织构建方式。本科培养模式的改革涉及本科教育的多个方面，包括专业定位、培养目标、课程体系和教学管理体系等。近十年来，地方工科类高校经过资源整合、扩大规模，取得了较大的发展，如何结合专业特点和地方社会经济发展的需要，在原有更加平均化的本科人才培养模式的基础上，进一步建立更加高效的本科优秀专业人才培养模式是一个值得探讨的问题。
一、课堂教学
近几年，地方院校随着本科生数量的大幅度增加，加上一大批年轻教师走上讲台，承担了更大比例的教学任务；而多数地方高校对教学的重视程度和投入力度较低，致使部分青年教师的工作重心放在了科研上，而对教学的投入精力很少。因此，地方院校的本科生教学质量层次不齐，甚至有明显的滑坡现象。基于此，首先，青年教师应该对本科教学工作有高度的责任感；其次，高校教务管理部门应该加大教学投入成本，加大对青年教师担任教学任务的支持或奖励力度。对于授课教师而言，除了抓好课前准备过程外，应着重抓好下面两个环节。
1.课堂讲授过程。（1）专题讲座式教学法，为了让学生能够在更加丰富多样的教学方式中获取专业知识，更准确、深刻理解较难懂的专业名词，同时，也为了让学生在学习专业课的过程中拓宽专业知识面，增加对专业领域的深层次理解，从而调动学生对专业课学习的积极性，在每一章的教学中适当穿插专题讲座的形式提高专业课的课堂教学效果。（2）小组学习法，以“材料科学与工程”专业为例，其教学过程可包括以下内容。①专题设计。首先，任课教师应该提出与教学大纲相关的具有研究价值或者产业化前景的专题，对涉及的主要内容、理论难点、热点、创新点，以及与生产相关的问题进行概括和引导，由学习小组根据自己的兴趣和实际情况确定选题；其次，在讲授中，应注意理清专题的框架结构和逻辑线索，重点解决难点问题，多给学生留下思考和拓展的空间。例如，围绕与《材料力学性能》专业课第一章中材料的强度（硬度）、塑性和韧性相关的研究方向――“硬质纳米复合材料的研究”，可以分组设计如下专题：a.TiN系列硬质纳米复合薄膜的力学性能；b.CrN系列硬质纳米复合薄膜的力学性能；c.TiN/MeN多层复合薄膜的综合力学性能等。这个研究方向中重点研究复合材料的力学性能，尤其是硬度和塑性的协调性，对于目前的高端刀具和模具涂层产业化应用具有很强的指导意义。在讲授中，应让学生抓住主要问题讨论，比如在这些专题中需要使用的硬度和塑韧性的评价方法及之间的关系；此外，对这方面的应用感兴趣的小组也可以做些市场调研，了解不同系列硬质纳米复合薄膜的适用场合和实现产业化遇到的主要问题，从而通过下面“问题体验”环节的调研文献和“交流与展示”环节的讨论过程，得到任课教师的指导。②问题体验。包括资料搜集过程，即图书馆查阅相关资料，在互联网上搜索相关科技论文，咨询相关企业技术人员等。分析研究过程是对收集到的资料进行消化吸收、观点整合，对现实生产中的问题进行调研、思考，形成一定的观点或研发思路。学习小组可就本组形成的基本观点与教师沟通，教师对学生的相关问题进行指导。③交流与展示。专门安排讨论会，每个学习小组都有机会在本专业展示自己的研究报告，同时回答同学们提出的相关问题。每次交流之后，教师都要对每个学习小组认真点评总结，并为以后的专题设计提供经验。
2.课后实习过程。目前，大多数地方高校工科专业都设置“认识实习”和“生产实习”环节，然而，两个阶段的实习教学内容的质量亟待提高。以安徽工业大学材料科学与工程专业的实习为例，主要存在如下问题。（1）本专业学生人数较多，本年度四年级参加生产实习的人数多达175人，从而为集中带队实习带来了较多的问题，如接收实习的相关企业不太愿意，集中住宿地点较难选择和安全因素等。（2）由于人数较多，相关企业为了不影响正常生产进度，“生产实习”亦为参观实习，因此，“生产实习”环节的教学内容几乎与“认识实习”模式相同。（3）由于时间集中和学生人数多，实习厂家只能联系较传统的国企，实习地点往往是工艺和生产技术较落后的车间。本文提出如下整改措施。（1）从原有集中时间、集中学生的生产实习过程调整为某个学期分组、分阶段的形式。（2）改变原有一个老师带一个班级的教学方式，由教研室根据现有教师的横向合作企业及学校教务处联系的本科生实践企业名单，分小方向，然后在学生选择的基础上分组安排每个方向对应的厂家、带队教师以及实习时间。这种形式的一个明显优势是能够利用本专业老师产学研课题的合作关系联系相关的实习企业，尤其对于“材料科学与工程”专业而言，越来越多的老师和新型的高科技企业建立合作关系，这也是资源充分利用的一个机会。（3）改进原有的通过学生递交生产实习报告的考核形式，可以结合分组讨论和口头报告的形式进行考核。
二、专业实践与毕业论文
1.分级培养模式。目前本科生的专业培养过程基本可以概括为：基础课（1～4学期）基础专业课和认识实习（4～5学期）专业课和生产实习（5～7学期）毕业论文（8学期），在这个过程中，主要存在下面三个方面的问题：第一，现有生产实习的教学效果非常低，甚至是走马观花，前文中已详细论述；第二，前两年的基础课和基础专业课的学习效果较好，从第五学期开始学生对专业课的学习态度和投入的精力明显降低，而到第七学期，专业课教学效果非常差，最后一学期的毕业论文质量更是逐年下降；第三，本科生培养的全过程需要专业课老师担任班主任工作，在专业课的学习上需要老师的引导，有更多的机会让学生能够了解到专业知识的应用前景，也有助于学生对专业课学习的态度保持与初入校对待基础课学习相当的积极性，而要让专业课老师积极参与本科生的管理，增强班主任的责任心，还需要学校相关部门和学院制定系列有针对性的政策，从而鼓励和调动专业课老师的热情投入对培养本科优秀专业人才的重要环节。从第六学期开始可以对本科生实施分级培养的模式，具体方案如下。①根据学生实际情况和班主任老师的指导，每位同学对自己接下来的职业规划作出初步选择――“就业”或“考研”。②对选择就业的同学从第七学期开始进入本科毕业论文的准备和试验阶段，而这批同学应该结合自己的兴趣首选有横向科研项目的指导老师。③对选择考研的同学进行再分类：国内和国外。选择考研的学生毕业论文的题目最好能够和所报学校专业的意向导师的研究方向接近，尤其是对于报考外校的学生比较重要，从近几年安徽工业大学材料专业报考研究生的录取结果来看，通过各种渠道提前确定意向导师对于复试的成功率有决定性的影响。近几年，国内考研热一直居高不下，而对于工科专业的学生来说，选择国外读研不失为一条更加明智和高效的途径，尤其对于家庭经济负担较重而又对专业研究兴趣浓厚的学生来说，由于国外工科类的研究生绝大多数都会提供较大额度的奖学金，因此选择国外读研比国内读研需要更少的经济投入，当然，无论从科研硬件条件，还是导师和科研环境等方面，国外的多数高校优于国内的整体硕士研究生教育质量。
2.本科毕业论文新模式。结合本校本科论文的现状和已有调研结果，影响工科类本科毕业论文质量的主要因素和整改措施分析如下。①多数学生对毕业论文不够重视，而把主要精力放在了就业和考研上，因此，通过毕业论文动员和指导教师的引导，提高学生对毕业论文重要性的认识是保证论文质量的前提条件。②本科生毕业论文经费投入不足。随着招生规模的增加，导致办学资源不足的矛盾在近几年尤其明显，而学校对教学资源的投入又相对滞后，因此，普通高校一般在本科毕业论文上的投入很少，尤其工科专业更显不足，这一点尤其对没有课题的年轻教师是个障碍。因此，每个专业分配毕业论文学生数的时候应该考虑每个教师的实际情况。③对本科毕业论文的考核制度不严。从本校的本科生论文环节可以发现，参加答辩前提交给评审老师的论文撰写质量普遍较差，主要存在错别字较多，专业术语和科技论文写作格式不规范，图片质量较差，与实验数据相对应的分析文不对题，英文摘要的翻译语病较多等。④毕业论文环节的教学时间应该提前到第七学期，毕业论文写作时间弹性制。对于第六学期计划就业的学生可以在第七学期进入毕业论文试验过程，第八学期开学参加答辩；对于决定参加国内考研的同学可以适当放宽毕业论文过程的时间，可以在毕业前夕参加答辩；对于有志于申请国外读研的学生毕业论文的过程可以从第六学期（或者更早的第五学期）到毕业前夕，其答辩时间可以灵活安排。⑤加强学生论文写作技能的培训。实行低年级课程论文写作训练模块和《学术论文写作指导》课程模块的教学计划，以研究方法及《文献检索与利用》等课程为辅助手段，对工科大学生的科技论文写作能力的培养有重要的作用。在专业课教学过程中，任课教师应该有意识地为学生设计一些小题目，鼓励学生自己查阅相关文献，写一些综述性的专业小论文，培养学生写论文的兴趣、技巧和能力，为日后毕业论文的写作打下坚实的基础。
尽管部分地方高校的本科生源质量有所提高，但是招生数量的急剧增加带来了一些问题，因此，围绕本科优秀专业人才的培养目标，进行分级培养模式的改革尝试应该受到重视，培养综合能力优秀的本科专业人才和具有扎实基础的研究型人才，对于普通高校的可持续发展有一定的推动作用。学校和专业课老师应该密切关注这些专业能力突出的优秀本科毕业生，尤其要与在国外读研的本专业学生加强联系，从而为本专业学生日后的出国学习提供良好的信息渠道和连带效应。
参考文献：
[1]王志俊.提高本科毕业论文质量与学生综合能力之探讨[J].教育教学研究，2010，（2）.
[2]张晓.“形势与政策”课教学应抓好的三个过程[J].中国高教研究，2008，（8）.
[3]王建国.本科毕业论文提前进行的可行和实践分析[J].中国科技博览，2009，（25）.
[4]王欣，杨宏志，刘志明.本科毕业论文（设计）质量下滑的关键控制点研究[J].教育管理，2009，（8）.
关键词：碳纤维；复合材料；力学性能
本文以碳纤维增强热塑性树脂基复合材料为研究对象，对相关的概念和内容进行了梳理和总结。其中概括了碳纤维的性质性能，对复合材料的概念进行了阐述，最后对碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的力学性能作了详尽的分析说明。
1.关于碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的概述
⑴复合材料的概念：面对传统、单一组分的材料已经难以满足现在应用需要的现实状况，开发研制新材料，是解决这个问题的根本途径。运用对材料改性的方法，来改善材料的性能是可取的。而材料改性的方法中，复合是最为常见的一种。国际标准化组织对于复合材料的概念有明确的界定：复合材料是指由两种或两种以上不同化学性质和物理性质的物质组成的混合固体材料。它的突出之处在于此复合材料的特定性能优于任一单独组分的性能。⑵复合材料的分类简介：复合材料的有几种分类，这里不作一一介绍。只介绍两种与本论文相关的类别划分。如果以基体材料分类，复合材料有金属基复合材料；陶瓷基复合材料；碳基复合材料；高分子基复合材料。本文讨论的是最后一种高分子基复合材料，它是以有机化合物包括热塑性树脂、热固性树脂、橡胶为基体制备的复合材料。第二，如果按增强纤维的类别划分，就存在有机纤维复合材料、无机纤维复合材料、其他纤维复合材料。其中本文讨论的对象属于无机纤维复合材料这一类别，因为碳纤维就是无机纤维复合材料的其中一种。特别值得注意的是，当两种或两种以上的纤维同时增强一个基体，制备成的复合材料叫做混杂纤维复合材料。实质上是两种或两种以上的单一纤维材料的互相复合，就成了复合材料的“复合材料”。
2.纤维增强树脂基复合材料的性能特点
纤维增强树脂基复合材料是指以高分子聚合物为基体材料，用纤维作增强材料复合制备而成的。基体材料和增强材料必然各自发挥自己的优势作用。之所以用纤维作增强材料是因为纤维具有高强度和高模量的优点，所以是承载体的“不二人选”。而采用高分子聚合物作基体材料，是考虑其良好的粘接性能，可以将纤维和基体牢固的粘连起来。不仅仅如此，基体还需发挥均匀分散载荷的作用，通过界面层，将载荷传递到纤维，从而使纤维承受剪切和压缩的载荷。当两者存在良好的复合状态，并且使结构设计趋于最佳化，就能最大程度上发挥复合材料的综合性能。⑴抗疲劳性能好：所谓疲劳破坏指的是材料在承受交变负荷时，形成裂缝继续扩大而引起的低应力破坏。纤维增强树脂基复合材料的疲劳破坏的发生过程是，首先出现裂缝，继而裂纹向进一步扩大的趋势发展，直到被基体和纤维的界面拦阻。在此过程中，纤维的薄弱部位最先被破坏，随之逐渐扩延到结合面。因此，纤维增强树脂基复合材料在疲劳破坏前存在明显的征兆，这与金属材料的疲劳发生截然不同。这也是它的抗疲劳性能好的具体表现。⑵高温性能好：纤维增强树脂基复合材料具有很好的耐热性能。将材料置于高温中，表面分解、气化，在吸热的同时又冷却下来。材料在高温下逐渐消失的同时，表面又有很高的吸热效率。这些都是材料高温性能卓越的物理特征。⑶高比强度和比模量：纤维增强树脂基复合材料具有高比强度和高比模量的特征。甚至在和钢、铝、钛等金属材料相比，它的力学性能也十分出色。这种材料在宇航工业中，受到极大的应用。⑷安全性能好：纤维增强树脂基复合材料中分布的纤维数量巨大，并且密度强，用数据来说明的话，每平方厘米的复合材料上的纤维数量少则几千根，多则达到上万根。即便材料超负荷，发生少量纤维的断裂情况，载荷也会进行重新分配，着力在尚未断裂的纤维部分。因此，短时间内，不会影响到整个构件的承载能力。⑸设计的可操作性强：当复合材料需要符合性能和结构的设计需求时，可以通过很多方法来实现。包括改变基体和纤维的品种，调整它们的含量比例，也可以通过调整纤维的层铺结构和排列方式来实现。因此，可以说，纤维增强树脂基复合材料有很强的设计可操作性。⑹成型工艺简单易成：成型工艺过程十分简单易成，因其制品大多都是整体成型，无需使用到焊接、切割等二次加工，工艺流程简单好操作。一次性成型不仅可以减少加工的时间，同时减少了零部件、紧固件、接头的损耗，使结构更趋于轻量化。⑺减震性能好：高的自振频率可以对工作状态下的早期破坏起到规避和防范的作用。自振频率和材料比模量的平方根成正比，和材料结构也息息相关。纤维增强树脂基复合材料的基体界面和纤维因为具有吸振能力，所以能够起到很好的减震效果。
3.碳纤维增强热塑料树脂基复合材料中碳纤维的性质
⑴对纤维的分类：纤维存在有机纤维和无机纤维之分。增强纤维共有五大类别，分别是：硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维以及芳纶纤维。除最后一种芳纶纤维以外，其他四种都属于无机纤维。碳纤维是五大纤维之冠，是增强纤维中最有活力的一种。碳纤维复合材料种类很多，但是应用最广泛的还要属碳纤维增强树脂基复合材料。⑵碳纤维的性质和性能：碳纤维是纤维状的碳素材料，它的性质包括导热、导电、耐温、耐磨、比重小且耐腐蚀性等。除此之外，它的性能也相当突出，具有热膨胀系数小、抗震动衰减、自性以及防原子辐射等。因为碳纤维的纤维属性，因此可以对其编制加工，缠绕成型。利用纤维状直径细的特点，是制成复合材料杂曲面构件部件的绝佳材料。碳纤维能够成为最有活力的增强纤维，它密度低，抗拉伸强度可以和玻璃纤维比肩，而碳纤维的弹性模量却是后者的4到5倍。在惰性气氛中，碳纤维的抗拉强度随温度的升高而攀升，表现出极佳的性能。因此，不得不说碳纤维是复合材料增强纤维的首选。⑶碳纤维的力学性质：碳纤维的力学性质主要通过轴向抗拉模量来体现。当热处理温度上升，碳纤维的模量随之攀升。细直径纤维在预氧化过程中，发生碳化，产生很多排列整齐的饿表皮结构。这些结构对碳纤维模量的增加又起到推波助澜的作用，促使它的模量进一步提高。碳纤维模量的变化趋势以施加负荷的方式作为判别标准，不是随应变的增加而增加，就是随应变的增加而下降，无非是这两种情况。
4.纤维增强热塑性树脂基复合材料的力学性能研究
在地下处理及边坡工程中，裂隙岩石所赋存的地质条件十分恶劣，所涉及的物理-化学过程复杂，主要有热传输过程（T）、介质应力变形（包括断裂、损伤）过程（M）、化学反应（C）等几个过程。一方面裂隙岩体受地热、水化学溶液侵蚀作用后，使其物理化力学性质发生很大变异，另一方面，水溶液通过溶蚀岩体而将溶蚀物质带走，使岩体性状变差，严重影响岩土工程的长期稳定性。因此耦合过程研究是相关的岩石工程的最基础性研究之一，具有十分重要的科学意义和工程意义。
关键词：力学性能 腐蚀 损伤 变量 单轴试验
中图分类号：C33 文献标识码：A 文章编号：
一、化学损伤变量的定义
（1）损伤机理岩石被浸泡在各种化学溶液里发生的化学作用，主要有溶解作用、水解作用和碳酸化作用等。而且岩石中有很多矿物能溶解于水，如K+、Na+等氯化物，Ca2+
,Mg2+等氯化物和碳酸盐以及Fe3+ ,A13+等氧化物和硅酸盐，所以岩石受到化学作用后，其中岩石中胶结物质反应掉而使剩余难溶矿物丧失相互胶结能力，使岩石变得松散脆弱，有效承载面积降低。
（2）化学损伤变量根据有效承载面积定义化学损伤变量：
DC==（1）
其中,R,V0, 分别是岩石初始有效承载面积，承载体体积,及质量。，，，分别是化学腐蚀后岩石没有承载能力部分的面积，体积及质量。
二、化学损伤变量的计算
设化学溶液与岩石反应的一般化学反应方程式为：
（2）
其中A为与岩石反应的溶质，B为岩石中参与反应的成份，G，H为化学反应生成物
由化学动力学方程得：
（3）
其中是A物质化学反应速率，是化学反应速率常数，,分别为A物质与B物质的浓度，，是反应级数。
由Arrhenius (阿仑尼乌斯)公式[1]可得
其中为前置因子，Ea 为反应活化能，R为气体常数取8.314，T为反应温度。
故 化学反应速率方程为
单位：（4）
设岩石在化学溶液中浸泡的时间为t,从0~t时间，温度变化函数为T(t),浓度变化函数为
，溶液体积为V则经过时间t, A物质的消耗量为
N1= （5）
B物质的消耗量为 N2= （6）
设岩石中每种成份都是均匀分布的，反应消耗掉的B物质的摩尔质量为MB ，B物质质量占岩石总质量的比重为p，则化学腐蚀导致岩石结构破坏丧失承载能力部分的质量为
（7）
则化学-温度作用下的化学损伤变量为
DC= = （8）
三、试验验证
本文取文献[4~5]（“均质砂岩酸腐蚀的力学性质分析”霍润科等著）中的实验数据验证常温下本文本构模型。
原文实验数据如下
岩石成份：Φ50 mm×100 mm的标准钙质砂岩试件。岩样的天然密度为2.47 g/cm3,孔隙率4.43%,其主要矿物成分为石英(450 g/kg)、长石(350 g/kg)、岩屑(=100 g/kg)，钙质 CaCO3
(40 g/kg)和泥质胶结率(
胶结。实验温度:恒温20 单个试件浸泡盐酸溶液体积 2L，盐酸浓度0.1mol/L
表1
不同溶液中岩石各阶段的单轴抗压强度值(MPa)
主要化学反应方程式：
2HCL+CaCO3=CaCL2+CO2+H2O
T=293K时，
化学反应速率方程为 (13) [6~7]
表 2
时间t（天） 0 5 9 14
0.776 0.7498 0.7338 0.711
根据表2数据 利用牛顿插值法求得盐酸浓度随时间变化函数为
由(5)式，（13）式可得
浸泡 5天后消耗的HCl 量为
= =2.270mol
浸泡 9天后消耗的HCl 量为
=4.0385mol
浸泡 14天后消耗的HCl 量为
=6.2024mol
将上述数据分别代入（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
当时峰值损伤，抗压强度计算值与实验值对比见下表
时间t（天） 抗压强度（Mpa)
时间t（天） 峰值应变（%)
浸泡5天时的本构模型
同理可得浸泡14天岩石的本构模型：
）
）
应力-应变对比图形见下图
文献实验曲线图[5]：
浸泡5天应力-应变曲线图 浸泡14天应力-应变曲线图
本文计算模拟曲线图：
浸泡5天应力-应变模拟图浸泡14天应力-应变模拟图
四、结论
本文在损伤理论的基础上，利用化学动力学原理，建立了温度-化学作用下下的岩石本构模型，并利用文献，中的已有实验数据对本构理论进行了常温下验证，从实验和理论对比可以发现：
峰值应力前，实验数据与计算值吻合较好，峰值应力，应变预测值与实验值基本吻合。岩石破坏后，实验曲线与理论曲线有所出入。
对于水的物理作用对岩石力学性能的影响，比如溶解作用，水流作用，本文暂未考虑。
不同温度环境下岩石力学性能实验正陆续展开，其计算结果尚需大量试样的进一步分析和验证,以便对模型进行修正和完善。
参考文献
[1] 董元彦，李宝华等，物理化学。科学出版社，2004
[2] 余寿文，冯西桥。损伤力学。清华大学出版社，1997
[3] 钱济成，周建方，岩石混凝土的两种损伤模型及其应用。河海大学报，1989，3，40~47
[4] 霍润科，李 宁，刘汉东，均质砂岩酸腐蚀的力学性质分析西北农林科技大学学报(自然科学版)，2005.8，8(33)
[5] 朱运明，李宁，酸性环境中砂岩强度、变形性质的实验研究，中国优秀硕士学位论文，西安理工大学2001
关键词：拉挤；玻璃钢；不饱和树脂；固化度
拉挤成型工艺是将浸渍树脂胶液的连续纤维、带、布或毡等，在牵引力作用下通过模具挤压、固化，连续不断生产长度不限的玻璃钢型材的一种成型工艺。适合于生产各种断面形式的玻璃钢型材，如管、棒、实体型材（工字型、槽型、方形）和空腹型材（门窗型材、叶片）等，具有制品性能稳定、生产效率高、纤维含量高、成本较低等优点，已经得到广泛的应用[1-3]。
采用拉挤成型工艺生产的玻璃钢天线罩由于具有透波性好、耐候性好，绝缘、重量轻、强度高、尺寸稳定和生产效率高等优点，目前已广泛用于无线移动通信基站天线的保护外壳等多个领域[4]。
玻璃钢天线罩一般以玻璃纤维纱、玻璃纤维毡、不饱和聚酯树脂为主要原料。不饱和聚酯树脂的固化度越高，玻璃钢制品的力学性能、电性能越好；同时，产品中残留的苯乙烯含量越低，使用过程中的苯乙烯排放越小，对环境保护是有利的[5]。
对于拉挤成型工艺，由于树脂在模具中的固化时间短，其固化度往往难以达到较高水平。本文从实际工作出发，对工艺进行了一些改进，取得了较为理想的效果。
1实验部分
1.1 实验原料
不饱和聚酯树脂HS-2252，常州华科聚合物股份有限公司；颜料糊，常州华科聚合物股份有限公司；脱模剂BST-T5，常州百思通复合材料有限公司；无碱无捻玻璃纤维拉挤纱，重庆国际复合材料有限公司；BUTANOX M50过氧化甲乙酮（MEKP），阿克苏诺贝尔；PERKADOX CH50过氧化苯甲酰（BPO），阿克苏诺贝尔；TRIGONOX HM过氧化异丁基甲基甲酮（MIBKP），阿克苏诺贝尔；TRIGONOX C过氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB），阿克苏诺贝尔。
1.2 实验仪器
气相色谱仪，日本岛津；差式扫描量热分析（DSC），日本精工；万能材料试验机，深圳新三思；电子分析天平，梅特勒-托利多。
1.3 实验方法
由于不饱和聚酯树脂的固化过程属于自由基聚合反应，其固化度主要与转化率有关，其固化产物是高聚物、单体和少量活性中心的混合物。固化度越高，其中单体含量越低，所以可以通过测试固化后的产品中的苯乙烯残留量来评价树脂的固化度[6]。
本文通过采用不同配方及工艺参数进行拉挤试验，测定产品中残留苯乙烯含量来评价树脂的固化度。
残留苯乙烯含量的测试方法按照《GB/T 14520-1993气相色谱分析法测定不饱和聚酯树脂增强塑料中的残留苯乙烯单体含量》标准，通过气相色谱仪，采用GC-FID，测定二氯甲烷提取固化物中的苯乙烯含量。
同时，测定不同固化度的玻璃钢拉挤制品的玻璃化转变温度（Tg）以及力学性能，评价固化度对玻璃钢拉挤天线罩的性能影响。
Tg的测定，使用DSC法，扫描速度为10°C/min。
力学性能按照《GB/T 1447-2005纤维增强塑料拉伸性能试验方法》、《GB/T 1449-2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法》，采用万能材料试验机进行测定。
2. 实验结果与讨论
2.1 不同引发剂对树脂固化度的影响
通过改变不同引发剂种类，保证引发剂的总含量不变，分别按以下配方配制树脂糊（添加量按有效成分计算），采用拉挤工艺制作样品，测定其残留苯乙烯含量，优选出最适合的配比。
拉挤工艺参数为，中区温度140℃，拉挤速度0.5m/min。
由此可以看出，在维持引发剂的总添加量不变的情况下，使用高活性的引发剂来替代TBPB，可以有效的提高玻璃钢拉挤制品的固化度。其中，以MIBKP效果最好，BPO和MEKP效果相当，MEKP略好。
2.2 不同固化度玻璃钢制品的玻璃化转变温度
取2.1所述不同配方制得的玻璃钢样品，放置到标准铝坩埚中，使用DSC测定其玻璃化转变温度（Tg），测试结果如下：
由此可以看出，玻璃钢制品的固化度越高，其玻璃化转变温度越高。
2.3不同固化度玻璃钢制品的力学性能
取2.1所述不同配方制得的玻璃钢样品，按标准要求加工成标准试样，测试其拉伸强度和弯曲强度，结果如下：
图 2不同残留苯乙烯含量玻璃钢制品的力学性能
上述数据可以看出，随着固化度的提高，制品的弯曲强度明显提高；但拉伸强度提高得不是很明显。这是由于，玻璃钢的拉伸强度主要由增强纤维提供，树脂固化度的提高，并不能明显改善其拉伸性能；而弯曲性能是评价玻璃钢制品综合力学性能的一个指标，树脂的固化度越高，增强纤维的性能越能有效发挥，因此其弯曲强度也越高。
2.4 不同温度对树脂固化度的影响
由以上实验已知，3号配方的残留苯乙烯含量最低。因此，全部以3号配方，分别按以下不同模具温度，采用拉挤工艺制作样品，测定其残留苯乙烯含量。
由以上数据可知提高各区固化温度能显著提高降低拉挤制品中苯乙烯的含量，提高固化度。这是因为拉挤速度不变，提高固化温度能提高树脂固化反应速率，即在相同的时间下提高了树脂的固化反应程度。
3. 结论
（1）过氧化异丁基甲基甲酮与过氧化苯甲酸叔丁酯的协同固化体系，有利于提高拉挤工艺中，不饱和聚酯树脂的固化度。
（2）不饱和聚酯树脂的固化度越高，其玻璃钢制品的玻璃化转变温度越高。
（3）不饱和聚酯树脂的固化度，对其玻璃钢制品的弯曲强度有明显影响，对拉伸性能影响不大。
（4）成型温度越高，树脂的固化度越高，但是过高的成型温度是拉挤成型工艺所不能接受的；所以，应在工艺能够接受的范围内，尽量提高成型温
参考文献
[1]沃丁柱主编.复合材料大全[M].1998.
[2]刘雄亚，射怀勤主编.复合材料工艺及设备[M].1994.
[3]岳主编.玻璃钢拉挤工艺与制品[M].1995.
关键词：土槽试验技术；车辆地面力学；行星探测
中图分类号：U461.5 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2013）02-0001-05
车辆地面力学是研究越野行驶中机器与地面相互作用的一门力学学科[1]，研究内容包括对机器通过性的预测和评价，行走机构的优化设计以及对地面可行驶性的预测判断等几个方面。车辆地面力学从一开始就是一门试验与理论并重的学科[2]，利用室内土槽进行模型试验是车辆地面力学非常重要的研究手段。土槽试验的作用[3]是研究土壤的行驶性，测定不同行走机构的滚动阻力、牵引力、行驶的滑转率、牵引效率与接地面积、接地比压及其在土壤中的下陷量等参数，研究行走机构与土壤的相互作用机理，从而优化行走机构的结构尺寸，为车辆的设计和改进提供参考数据。
土槽试验不受外界自然条件的影响，易于控制试验参数和试验条件，具有较高的测试精度及良好的重复性和可对比性，大大缩短研究周期，加快研究进度，为推动车辆地面力学的研究发挥了重要的作用。然而，迄今为止国内外对于土槽试验技术的系统性的专项研究未见公开报道。因此，本文开展的土槽试验技术研究工作对车辆地面力学研究具有重要的参考价值和指导意义。
1 国内外典型土槽试验系统最新进展
从1889年“土槽”概念模型的提出[4]到20世纪末，国内外土槽试验研究主要集中在农田机械和越野车辆等领域进行，其发展历程详见文献[5]的报道。21世纪初，世界各国掀起了新一轮行星探测热潮。车轮与松软土壤相互作用的地面力学被广泛应用于行星探测车结构设计、性能评价、仿真分析等诸多方面，是目前深空探测的一个研究热点和难点。由于实车实地试验条件不具备，土槽试验是目前研究行星探测车辆轮地作用特性唯一有效的试验手段。国外行星探测活动开展较早，土槽试验研究的经验相对成熟，从20世纪90年代末开始许多单位就相继开发了具有较高精度的行星探测专用土槽试验系统，并广泛开展了试验和理论研究。国内行星探测活动相对滞后，专用土槽试验系统是随着“嫦娥探月工程”的实施于最近几年才逐步建立起来的，目前公开报道建有深空探测专用土槽试验系统的只有哈尔滨工业大学、吉林大学和北京航空航天大学等三所高校。专用土槽试验系统在行星探测研究中的应用代表了目前土槽试验技术发展的最高水平。因此本文首先将选取国内外具有代表性的土槽试验系统进行重点介绍。
1.1 日本东北大学土槽试验系统
1996年，为了适应无人控制中小型行星探测车的研究需要，日本东北（Tohoku）大学空间机器人实验室（SRL）在日本空间发展研究所（NASDA）、航空航天实验室（NAL）和宇航协会（ISAS）等机构的联合支持下，开发了轮地相互作用测试系统[6]（见图1）。该系统主要由驱动单元、传动单元及数据采集传感器组成，可分别进行车轮前进和侧偏力学性能测试；通过在车轮上安装应力传感器可进行应力分布测量，在此基础上进行土壤参数的估计[7]。该实验室还研制了多种整车测试系统，用于整个探测车基于滑转率的控制和动力学研究；不仅可以分析整车运动过程中的力学特性和爬坡性能，还可进行整车转向的力学性能分析和试验[8，9]。
1.2 美国卡内基―梅隆大学土槽试验系统
1997年，在NASA“南极陨石搜索计划”（ANSMET）的支持下，美国卡内基―梅隆大学（CMU）机器人学院的Apostolopoulos等人以行星探测原型机器人“Nomad”的车轮为研究对象，设计制造了车轮作圆周运动的正多边形的单轮土槽测试台（见图2），用以试验模拟车轮在星体表面松软地形环境的移动性能[10]。测试台中央是一个集电环，通过两个平行连杆机构连接车轮，为车轮供电并调节控制信号。该装置可以用来测量车轮持续工作和跨越障碍的驱动功率以及车轮驱动单元的耐久性，同时可预测轮齿效应和重复通过对车轮移动性能的影响[11]。
1.3 美国麻省理工学院土槽试验系统
2001年，在 NASA “火星基础技术计划”（MBTP）的资助下，美国麻省理工学院（MIT）野外和空间机器人实验室（FSRL）Iagnemma 博士等人[12，13]完成了“Rocky”系列探测车的车轮运动性能测试系统（见图3）。该测试台可测量车轮行驶过程中的挂钩牵引力、车轮下陷量、车轮的滑转率以及前进驱动转矩等参量，根据这些参数可以动态地估测土壤的力学特性参数；通过协调控制车轮转动速度和托架的水平移动速度可以进行车轮滑转率控制[14]；可使用图像处理技术进行车轮沉陷量的测量；同时可对安装多个轮齿的金属车轮的行走性能进行试验和分析[15]。
1.4 吉林大学土槽试验系统
2007年，为测试月面探测车辆的牵引性能及通过性能，吉林大学地面机械仿生技术实验室自行设计了月壤―车轮土槽试验系统[5，16]（见图4）。试验机由EDC100根据电控箱发出的命令控制主机被试轮系台架的前后移动，能提供试验过程中需要的加载和卸载行为。土槽台架系统可以适应不同宽度和直径的车轮，可对有刺轮车轮与光滑车轮的牵引性能进行对比试验[17] ；还具有可变角度的功能，可测量出车轮所能克服的上坡路、倾斜地和斜坡的最大角度[18]。在结构设计方面采用可更换的正面侧壁板，以便安装观测窗或瞬态测量土体变形用的透明网格板材。
2 土槽试验技术发展趋势
土槽试验技术是随着车辆地面力学的研究而不断发展成熟的，发展历史较长，应用领域较广。未来随着车辆地面力学研究领域的拓展和深入，以及计算机技术、测试技术、自动控制技术和机械制造技术等科技的发展和进步，土槽试验技术的应用水平必将不断提高和完善，其发展趋势具体体现在以下几个方面。
[4] Hansen P D. Advance in Soil Dynamics Vol.1 [M]. The Society for Engineering in Agricultural，Food and Biological Systems ASAE Monograph Number 12 Published by American Society of Agricultural Engineers，1994.
[5] 马文哲.月壤-车轮土槽试验系统精度的研究[D].吉林：吉林大学，2008.
[6] Yoshida K，Shiwa T. Development of a Research Testbed for Exploration Rover at Tohoku University[J]. Journal of Space Technology and Science，1996，12 （1）： 9-16.
[7] 池田礼子.力定とスリップ定をもとにした型砂上移ロボットの力生モデルの[D].日本仙台：北大学硕士学位论文，2009：44-48.
[8] 三章子.テラメカニクスに基づく月惑星探ロバの走行力学解析[D].日本仙台：北大学硕士学位论文，2005：35-45.
[9] Ishigami G，Miwa A，Nagatani K，et al. Terramechanics-based Model for Steering Maneuver of Planetary Exploration Rovers on Loose Soil[J]. Journal of Field Robotics，2007，24 （3）： 233-250.
[10] Shamah B，Apostolopoulos D，Rollins E，et al. Field validation of Nomad’s robotic locomotion[C]. Proceedings of the 1998 SPIE International Conference on Mobile Robots and Intelligent Transportation Systems，Boston，1998：214-222.
[11] Apostolopoulos D S. Analytical Configuration of Wheeled Robotics Locomotion[R]. The Robotics Institute of Carnegie Mellon University Technical Report CMU-RI-TR-01-08，2001： 40-65.
[12] Iagnemma K，Shibly H，Rzepniewski A，et al. Planning and Control Algorithms for Enhanced Rough-Terrain Rover Mobility[R]. Proc. of the 6th International Symposium on Artificial Intelligence and Robotics & Automation in Space，2001 （6）： 18-22.
[13] Iagnemma K，Dubowsky S. Terrain Estimation for High Speed Rough Terrain Autonomous Vehicle Navigation[C]. Proc. SPIE Conf on Unmanned Ground Vehicle Technology IV，2002（8）： 343-351.
[14] Iagnemma K. A Laboratory Single Wheel Testbed for Studying Planetary Rover Wheel-Terrain Interaction[R]. Technical Report 01-05-05，MIT Field and Space Robotics Laboratory，2005： 2-9.
[15] Brooks C A，Iagnemma K，Dubowsky S. Visual Wheel Sinkage Measurement for Planetary Rover Mobility Characterization[J]. Autonomous Robotics，2006 （21）： 55-64.
[16] 邹猛.月面探测车辆驱动轮牵引性能研究[D].吉林：吉林大学，2008.
（宁夏建设职业技术学院，银川 750021）
（Ningxia Construction Vocational and Technical College，Yinchuan 750021，China）
摘要： 目前我国高速列车铝合金车体主要采用MIG自动焊接，为实现自动焊接，要求焊丝尺寸精，且具有一定的刚度。国内生产的铝合金焊丝存在严重的质量不稳定问题，高速列车的铝合金焊丝尚依靠进口。为实现高速列车用铝合金焊丝的国产化，本论文针对目前高速列车使用的ER5356及ER5183铝合金焊丝，开发了铝合金光亮焊丝生产工艺。
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.
关键词 ： 铝合金；焊丝；生产工艺
Key words： aluimnium alloys；welding wire；production process
中图分类号：TG422 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）18-0082-02
作者简介：孙姝（1989-），女，湖北钟祥人，硕士，现在宁夏建设职业技术学院材料工程系任教师，研究方向为材料工程技术。
1 研究背景
我国铁路运输的快速发展，对于高速列车提出了更高的要求。目前，世界各国均在大力发展制造铝合金车体[1]。高速列车铝合金车体是以大型扁宽薄壁铝合金型材作为骨架的焊接构件，焊接可减少40%的车辆制造工作量[2]。铝合金车体焊接结构的性能，在基材一定的情况下，主要取决于焊接工艺和焊丝的合金成分和性能[3]。目前高速铁路主要使用ER5356及ER5183焊丝进行焊接，本文针对国内生产的焊丝存在焊接气体含量高、焊缝有缺陷及自动送丝易断丝的问题，研究了铝合金焊丝的生产工艺，制定出从熔炼、铸造、均匀化处理、挤压一直到拉拔的生产工艺。
2 实验合金
本实验针对目前高速列车使用的ER5356及ER5183铝合金焊丝，其国际注册的化学成分如表1所示。
3 焊丝的生产工艺
焊丝材料首先经半连续铸造出直径为200mm或180mm的铸锭，经均匀化退火后，挤压出直径为12mm的线坯，挤压出的线坯经中间退火及多道次拉拔，得到直径为3mm的线坯，再经退火、扒皮后，送入光亮拉拔生产线进行光亮拉拔，最后得到直径为1.2mm的焊丝。图1为焊丝的生产工艺流程图。
3.1 熔铸工艺
设计的熔铸工艺路线如下：
装料熔化扒渣调成分炉内精炼炉外除气和过滤半连续铸造。
为了提高半连续铸锭表面质量及冶金质量的稳定性，半连续铸造均采用热顶半连续铸造。
实验时在低于750℃温度下熔炼，添加特殊溶剂覆盖后加Mg，炉内同时进行搅拌和喷粉精炼，在炉外保证旋转石墨喷头喷吹氩气除气过程熔体的温度恒定，采用陶瓷片进行双级过滤，将AlTiB送丝装置远离结晶器其在高温处喂丝；同时采用直径为200mm或180mm的圆结晶器进行半连续铸造，半连续铸造过程的铸造温度为730-740℃，铸造速度为110~120mm/min，冷却水水压控制在0.05MPa左右。将铸锭的成分控制在5XXX焊丝铝合金所要求的范围之内，焊丝合金半连续铸锭的铍含量控制到小于0.0005%（wt）、氢含量控制到小于0.18ml/100g。
3.2 均匀化处理
半连续铸造得到的合金半连续铸锭，由于冷却速度快，容易形成成分偏析和枝晶偏析，造成合金力学性能下降，影响后续的塑性加工，因此，半连续铸锭在挤压前需进行均匀化退火。根据生产现场的常规制度，采用470℃×24h工艺对半连续铸锭进行均匀化处理。
3.3 挤压拉拔工艺
合金铸锭经均匀化处理后，切头扒皮，重新加热进行挤压，在390℃～410℃采用直径为185mm的挤压筒同时挤出四根直径为12mm或10mm线坯毛料。将挤压的直径为12mm或10mm的线坯退火之后在轧尖设备上进行轧尖，轧尖要求以线坯端头能穿过待拉伸的模具200~250mm为宜，轧尖后的线材在单模拉丝机上进行多次拉拔与退火，即在Φ12.0mmΦ10.5mm之间、10.5mmΦ8.2mm之间、Φ8.2mmΦ6.2mm之间、Φ6.2mmΦ5.0mm之间配合390℃～400℃中间退火后将铝合金焊丝线坯处理为直径5mm 左右的坯材，目的是获得具有较高力学性能（较高的强度和较大的延伸率），以便进一步在铝合金光亮焊丝线处理生产线上一次拉拔成成品规格的铝合金光亮焊丝。再将Φ5.0mm线坯使用冷焊方法连接后，经精确定径拉拔成Φ2.76mm的铝线坯，待喂入铝合金光亮焊丝线处理生产线。
3.4 光亮处理
高档铝合金光亮焊丝的生产的最后一道生产过程为将Φ2.76mm的铝线坯，喂入铝合金光亮焊丝线处理生产线，经过多个模孔一次拉拔成成品规格（Φ1.2mm）的铝合金光亮焊丝，光亮拉拔过程中包括高速扒皮和超声波清洗过程，最后得到成品焊丝。
4 生产出焊丝的性能
4.1 化学成分
表2为最终制备的ER5356及ER5183合金焊丝化学成分，可见，采用半连续铸造—挤压法制备的ER5356及ER5183合金焊丝成分除Si、Fe含量略低于国际标准外，其它元素含量均可控制在国际规定的范围内。
显微组织：为保证焊丝的成分均匀，需要对焊丝的显微组织进行对比分析。为满足焊接的要求，预期的显微组织应为第二相趋近于弥散、细小，在基体中分布均匀，且与基体结合牢固。
图2为最终制备的ER5356及ER5183合金焊丝纵切面的金相组织。从图中可见，最终制备的ER5356及ER5183合金焊丝金相组织中总体来看第二相尺寸较小，分布比较均匀。对比观察可以发现，与5356合金焊丝相比，5183合金焊丝中第二相的数量略多、尺寸略大。
4.2 焊丝力学性能
自动焊接过程中自动送丝还要求焊丝具有良好的力学性能，有一定的刚度。因此，对制备的直径为1.2mm的ER5356、ER5183合金焊丝进行了力学性能测试，测试结果见表3。
表4为日本ER5356、ER5183合金焊丝出厂时控制的抗拉强度[4]，可见，采用半连续铸造—挤压法制备的焊丝达到日本报道的ER5356、ER5183合金焊丝强度指标。这与国内制备的焊丝第二相尺寸较小，分布较均匀有直接关系。
5 结论
高速列车用铝合金焊丝的生产工艺为：焊丝材料首先经半连续铸造出直径为200mm或180mm的铸锭，经均匀化退火后，挤压出直径为12mm的线坯，挤压出的线坯经中间退火及多道次拉拔，得到直径为3mm的线坯，再经退火、扒皮后，送入光亮拉拔生产线进行光亮拉拔，最后得到直径为1.6mm或1.2mm的焊丝。采用此工艺生产出的焊丝成分符合国际标准，显微组织为第二相趋近于弥散、细小，在基体中分布均匀，与基体结合牢固，且制备出的ER5356、ER5183合金焊丝力学性能达到日本报道的焊丝强度指标。很好地解决了国内生产的铝合金焊丝存在严重的质量不稳定的问题，实现了高速列车用铝合金焊丝的国产化。
参考文献：
[1]邱桂杰，杨洪忠，高国强，等.高速列车用复合材料国内外现状与趋势[J].高科技纤维与应用，2005，30（6）：26-30.
[2]吴鹏译.铝合金焊接技术难点问答[J].铁道机车车辆工人，2006（10）：30-32.
增强砖砌体组与未增强组受力过程及破坏形式。分析增加纤维网数量对抗剪强
度增强效果及受力机理。
【关键词】玄武岩纤维网；ANSYS ；砖砌体；增强；抗剪
1. 试件制作
试件的制作及试验均严格执行《砌体基本力学性能试验标准》【1】的要求，采用由9块砖组成的双剪试验，采用多孔砖平均强度为10.31MPa，砂浆平均强度为5.9MPa。截面尺寸为230mm×280mm×350mm（厚×宽×高）共分为D、E、F 三组，每组6个试件。D组是未增强组，增强组是E、F组。增强方式为在试件正立面上粘贴一层纤维网（E组）跟两层纤维网（F组）。
2. 加载方法和破坏过程
加荷采用规格为2000KN的微机控制全自动压力试验机，需严格按照下列步骤操作：1.测量各受剪面尺寸，精确至1mm。2.调整放置于下钢板试件的位置，使试件竖向几何中线与上压板轴线处于同一条直线上。3.当肉眼观察到试验机顶板与试件刚刚接触时，使用匀速连续加荷方式进行抗剪试验。把握 好加荷速度将试件控制在1至3分钟内破坏。当有一个受剪面被剪坏即认为试件破坏，应记录破坏荷载值和试件破坏特征【1】。
试验现象表明，D组砖砌体双剪破坏显示出脆性特征，迅速且没有任何征兆。加载到试件的极限值后，试验机的荷载曲线急剧下降，砌体纵向变形突增。最终破坏现象是：试件被劈成三个独立体，破坏面的位置处于砂浆与砌块的竖向粘结面，破坏面平整光滑。由此可以得出，砂浆与砖的粘结力决定砌体的抗剪强度。E组和F组砌体试件为纤维网增强试件，其受剪过程和破坏机理几乎相似，与D组对比试件的破坏形态有较大的差别。大多数试件发生穿过增强面层的剪切破坏。裂缝呈断续状，宽度不大且有一定的延性。由此形成鲜明对比的是有些试件发生了增强面层开裂的剪切破坏，裂缝宽度大。表现为明显的脆性破坏特性。
3. 试验结果
由实验数据测得，D组抗剪强度平均值为0.45MPa，破坏形式为双剪破坏。E组抗剪强度平均值为0.65MPa比D组增加了44.4%，破坏形式为双剪破坏，且纤维网被剪断。F组抗剪强度平均值为0.69MPa，比D组增加了53%，破坏形式跟E组相似。可见，玄武岩纤维增强层具有较好的抗拉性能及阻裂作用，不但能延缓裂缝的出现，控制裂缝的宽度，还能有效的分担砌体的剪切荷载，延缓剪切破坏的时间。比较E、F组数据，两者的平均值很接近，说明通过增加纤维网数量的方式来强化砌体的抗剪性能效果不明显。
4. 有限元分析
多孔砖和砂浆均采用SOLID65单元，具有可以模拟模型的断裂和压碎功能。玄武岩纤维网采用SHELL41膜单元，具有面内薄膜刚度，但是没有向面外的弯曲刚度，可用于弹性薄壁的壳体结构分析。假定玄武岩纤维网和砖砌体之间的连接保持完好，不考虑相对滑移—跟现实的试验情况不符。本文采用耦合命令对两种材料进行粘结.
表1-1 有限元分析结果比较（模型尺寸255mm×230mm×340mm）
组别 抗剪强度平均值（MPa）
增强情况 有限元结果 实验结果 与试验结果的偏差
D 未增强 0.52 0.45 15.6%
E 一层CBF网 0.66 0.65 1.0%
F 两层CBF网 0.64 0.69 7.2%
由表1-1可看出，
（1） ANSYS计算结果与实验结果很接近，说明用有限元能够很好的模拟砖砌体的双剪试验。
（2） D﹑E﹑F组的有限元结果大致呈递增的趋势，验证了纤维网能够提高砖砌体的抗剪强度，与实验结论基本相符。
（3） F组的有限元结果比试验结果略微有所降低，其原因可能是有限元模拟忽略了网与网之间的粘结，导致有限元结果小于试验结果。
5. 试验结论
从试验现象知，用CBFN进行砌体的抗剪增强是非常有效的。在采用CBFN对砖砌体进行增强时，CBFN的层数对抗剪强度的影响不大，表明单纯增加CBFN的数量，不能使CBEN充分发挥作用。砌体的抗剪强度取决于块体、砂浆和CBFN三者的粘结强度及CBFN的受力性能。可以认为增强墙体的抗剪承载力等于砖砌体的抗剪承载力和纤维网拉杆机制所承担的抗剪承载力之和【2】。通过本次试验，只要满贴一层CBFN 就能达到理想的增强效果。
参考文献
[1]《砌体基本力学性能试验标准》GBJ129-90[S].北京：中国建筑工业出版社.1994
[2]陈瑶艳，阮积敏，王伯生.普通纤维布加固多孔砖砌体的抗震性能试验研究，工业建筑.2004
[3]《砌体结构设计规范》GB50003-2001 [S].北京：中国建筑工业出版社，2002（1）
[4]朱伯龙.砌体结构设计原理.上海：同济大学出版社，1998
[5]王欣，绳钦柱，陆洲导.玻璃纤维加固粉煤灰砌块墙片的有限元分析，工业建筑，2003，35 （7）
[6]ANSYS公司.ANSYS使用手册 [Z].2000
[7] 叶芳菲，顾祥林，张伟平等.碳纤维加固砖墙抗剪性能的有限元分析，结构工程2005，21 （7）
[8]赵颖华，李宏男等.FRP加固混凝土结构技术中的力学问题研究进展.中国纤维增强材料（FRP）混凝土结构学术交流会论文集.北京.2000年6月，312-316
