基于交变应力的碳纤维杉木复合材蠕变性能研究

采用基于交变应力的抗弯试验方法对碳纤维杉木复合材在干、湿环境条件下的短期蠕变性能进行研究.结果表明：Burger模型可较精确地模拟复合材的短期弯曲蠕变性能;湿环境下复合材蠕变量显著大于干环境,温度及相对湿度是影响蠕变的重要因素;在应力变化周期为1h时,交变应力下蠕变量稍低于恒定应力水平,交变应力未加速蠕变的进程;在湿环境中高应力水平下复合材蠕变速率最大,较短时间便出现压溃破坏,在复合材设计应用时,应综合考虑环境状态及应力水平的影响,将应力水平极值控制在极限应力的40％以内.     

湿效应对竹木复合材料刚度性能的影响

首先根据经典层合板理论和一阶剪切变形理论的基本假设,建立起相关的位移模式,进一步推导出考虑湿效应下竹木复合层合梁的势能函数表达式,然后运用材料力学的等效梁理论推导出考虑湿效应下的竹木复合层合梁的等效弹性模量。比较了不同理论下湿效应前后的等效弹性模量与弯曲变形。研究表明,吸湿比例达30%时,竹木复合材料的等效弹性模量损失逾一半,而同样载荷下弯曲变形则是原有的2倍。图1表3参8     

重组竹的耐冲击性能

探索竹/木复合材料在极端环境中(飓风、雹暴等)对冲击载荷的适应性,并在此基础上进行合理的结构设计。利用Instron 9250HV落锤冲击试验机对毛竹重组竹和竹木复合重组材进行了低速冲击试验,研究了密度和组坯形式对冲击性能和损伤模式的影响,并分析了组坯结构与吸能机制的关系。结果表明:高密度重组竹的耐冲击性能较好,纵横组坯的竹木复合重组材冲击性能优于同密度的重组竹。冲击损伤使重组竹沿纤维方向纵向开裂,导致材料整体失效;而竹木复合重组材的横纵结构抑制了裂纹的扩展,使缺陷仅发生在冲击点附近;落锤出射面表现为层状开裂,具有分层吸能的能量吸收机制。相同密度的竹木复合重组材可以更好地抵抗冲击破坏。     

花生米静压破损试验研究

为了研究花生米脱壳过程中破碎等损伤形式、规律和机理,探索花生米在静压下的破损形式与力学特性.测量了花育23和四粒红花生米的物理特性.并用电子拉压试验机进行了花生米不同位置的静压破损试验.得到了所选花生米静压下载荷-时间特性曲线、破损力以及破坏时的状态与规律.沿花生米不同位置加载时,破损载荷存在一定差异,破损表现形式也不相同,花生米最大破损力为55～80N,是花生壳破损力的1.5倍.     

钢纤维含量对活性粉末混凝土抗疲劳性能的影响

通过对3种不同钢纤维含量的活性粉末混凝土（RPC）进行单向受压等幅疲劳试验,研究了钢纤维含量对其抗疲劳性能的影响.结果表明：在疲劳荷载作用下,素RPC的破坏形态表现为劈裂破坏,钢纤维含量分别为1.5%和3%的RPC都表现为剪切破坏随钢纤维含量的提高,RPC的疲劳寿命和疲劳强度相应提高其宏观损伤、ε-n/Nf曲线和疲劳变形模量的衰减均表现出3阶段规律,随钢纤维含量的提高,ε-n/Nf曲线第1阶段和第3阶段延长对应相同的荷载循环比,疲劳变形模量随钢纤维含量的增大而显著提高.在RPC构件抗疲劳验算时,建议钢纤维含量分别为1.5%和3%时,疲劳弹性模量与初始弹性模量的比值分别取0.7和0.75.     

碳纤维木材复合材结合层剪切蠕变性能研究

为了研究碳纤维应用于建筑木构件及其节点加固工程中的长期承载性能,采用持续负载的剪切试验方法对碳纤维木材复合材结合层在高湿(温度60℃,相对湿度90％),低湿(温度24℃,相对温度45％)环境条件下的蠕变性能进行了研究.结论表明:Burger模型可较精确地模拟复合材结合层的短期剪切性能(R2≥98％);高湿环境下结合层剪切蠕变量显著大于低温环境,温度及相对湿度都是影响蠕变的重要因素;结合层厚度越大,剪切蠕变变形也越大,应力松弛较大,建议碳纤维与木材复合时施加一定的压力(0.05 MPa以上)以减少结合层厚度;高温环境下高应力水平的蠕变速率最大,较短时间便出现结合层断裂,在碳纤维设计应用时,应确保结合层剪切应力水平在极限应力的50％以内.图3参12     

基于声发射信号信息熵的木材损伤断裂过程研究

为获得木材在弯曲破坏过程中的声发射（acoustic emission,AE）信号特征,从AE信号的随机性出发,利用AE信号信息熵辨识木材的损伤过程,并研究木材在不同损伤断裂水平下的AE信号分布特性。首先,对气干状态的榉木和樟子松试件进行三点弯曲试验,并通过谐振频率为150 kHz的AE传感器采集原始AE信号,采样频率设置为500 kHz。然后,采用小波变换重构AE信号波形,依据无AE发生时的信号幅值确定AE阈值,统计每秒内超过阈值的次数并作为AE活动计数,再以活动计数为随机变量定义AE信息熵。最后,依据信息熵值确定应变能释放的转折点,并结合三点弯曲试验的载荷-时间曲线,将木材损伤断裂过程划分为线性变形、非线性变形、宏观断裂3个阶段。以10 ms为间隔分析并统计AE信号的频率,获得木材弯曲破坏过程的AE信号频率分布情况,从而揭示不同损伤阶段的AE信号特征。结果表明,线性变形阶段,AE信号表现为低幅值、低频率,主要集中在30~55 kHz频段内;非线性变形和宏观断裂阶段,AE信号中既存在大量的30~55 kHz低频信号成分,又存在100~110 kHz和115~130 kHz的高频信号。研究提出的基于AE活动数信息熵能够准确反映应变能释放的集中程度,为木材损伤断裂水平评价提供了客观依据。     

陕京一线黄河悬索管桥的风致响应分析北大核心

为了研究风载荷对悬索管桥的影响,以陕京一线黄河悬索管桥为研究对象,建立了有限元仿真模型和风振模拟模型。采用工程验证的方法,利用管桥的远程动态监测系统,在2.8 m/s的低风速下将仿真模拟的桥跨结构应力变化曲线与实际工程所测曲线进行对比,验证了所建模型及模拟方法的正确性。在此基础上分析了该管桥结构在27 m/s高风速作用下的应力、位移响应情况,结果表明:管桥桥垮的应力远小于其许用应力(240 MPa),交变应力对管桥疲劳寿命的影响可以忽略;管桥桥垮的位移较大,桥垮1/2处的最大位移超过0.5 m;悬索管桥是典型的大位移、小应变的几何非线性结构。     

陕京一线黄河悬索管桥的风致响应分析

为了研究风载荷对悬索管桥的影响,以陕京一线黄河悬索管桥为研究对象,建立了有限元仿真模型和风振模拟模型。采用工程验证的方法,利用管桥的远程动态监测系统,在2.8 m/s的低风速下将仿真模拟的桥跨结构应力变化曲线与实际工程所测曲线进行对比,验证了所建模型及模拟方法的正确性。在此基础上分析了该管桥结构在27 m/s高风速作用下的应力、位移响应情况,结果表明:管桥桥垮的应力远小于其许用应力(240 MPa),交变应力对管桥疲劳寿命的影响可以忽略;管桥桥垮的位移较大,桥垮1/2处的最大位移超过0.5 m;悬索管桥是典型的大位移、小应变的几何非线性结构。     

单板层积梁弯曲蠕变特性

在自制的弯曲蠕变试验台上对桦木和椴木单板层积梁进行弯曲蠕变试验,蠕变测试采用简支梁中部集中加载的方式。选用的加载应力水平分别为层积梁弯曲极限强度的40%、50%和60%,用百分表记录蠕变数值。实验周期为40～60d。试验结果表明,单板层积梁弯曲蠕变特性受树种、加载应力水平的影响较大,与树种的材性有较大关系:桦木单板层积梁的抗蠕变性能要明显好于椴木单板层积梁;同时,相同树种不同应力状态下,蠕变曲线为非线性的,蠕变过程由于加载应力水平不同而呈不同的规律。蠕变变形量和曲线上的跳跃点随着应力水平的增加有增大的趋势。试验测试过程中,60%应力状态下,椴木单板层积梁在连续加载60d时突然断裂。     

木束、竹束的性能及混合比对竹木重组材性能的影响研究

利用马尾松、杉木木材加工余料和南方多产的小径杂竹淡竹、五月季竹为试验原材料,经碾压加工为纵向不断裂、横向松散而交错相连的木束、竹束,然后干燥、施胶、组坯、热压成竹木重组材,研究木束、竹束的性能及混合比对竹木重组材性能的影响。结果表明：竹束采用淡竹比采用五月季竹的重组材力学性能要高;竹束、木束混合比达到1：1时重组材的力学性能最高。     

丘陵山区多功能茶园管理机变速箱齿轮寿命预测

为预测丘陵山区多功能茶园管理机变速箱齿轮的失效部位以及使用寿命,采用CAXA CAD和Solidworks软件建立茶园管理机变速箱齿轮副三维有限元模型.通过分析齿轮副在载荷作用下的力学特性,得到齿轮的范·米塞斯(Von Mises)应力、位移及应变分布情况,最大范·米塞斯应力约为209.63MPa,小于材料的屈服极限,齿轮根部不会发生断裂.运用极大似然估计法建立齿轮的三参数Weibull分布函数和概率密度函数.预测齿轮的失效概率和平均失效时间,得到齿轮工作1 000h失效概率为98.04%,平均失效时间约为642h.运用Simulation疲劳分析模块对齿轮进行疲劳寿命分析,仿真结果表明,齿轮工作700h左右完全失效.该研究分别从齿轮失效概率和疲劳失效两个角度对其使用寿命进行预测,并且得到相近的结果,从而为茶园管理机变速箱的维护提供参考.     

HDPE/稻壳复合地板的蠕变特性

对放置在室温、阳光、户外自然和土壤环境中的高密度聚乙烯(HDPE)/稻壳复合地板的颜色、抗弯性能和弯曲蠕变性能进行了研究。结果表明,环境因子对复合地板的颜色、抗弯性能和弯曲蠕变性能有一定影响,其中阳光环境对颜色影响最大,户外自然环境对抗弯性能影响最大,土壤环境对弯曲蠕变性能影响最大。六元件模型比四元件模型更好地拟合HDPE/稻壳复合地板的弯曲蠕变曲线。瞬时弹性变形与应力水平无明显关系;粘弹性变形、粘性变形和蠕变速率均随应力的增加而增大;该结论与滞后时间的分析一致。     

纤维素替代淀粉对肌原纤维蛋白凝胶特性的影响

【目的】 探究纤维素替代淀粉对肌原纤维蛋白凝胶特性的影响,为纤维素替代淀粉在香肠中的运用提供一定的理论依据。【方法】 以添加不同比例的淀粉/纤维素-肌原纤维蛋白为模拟体系,研究复合凝胶的持水性、色差、质构特性以及断裂形变时的应力应变,分析动态升温流变特性、蠕变回复特性,观察淀粉/纤维素-肌原纤维蛋白的空间分布和三维网络结构。【结果】 增加淀粉和纤维素的添加比例,可以改善复合凝胶的持水性和储能模量。淀粉和纤维素添加比例分别从0增加到2.0%时,硬度、咀嚼度逐渐增加到最大值,与对照组相比,硬度分别提高29.47%和43.69%,咀嚼度分别提高34.82%和41.58%,L*、白度有减小的趋势。复合凝胶断裂形变时应力应变结果表明,添加2.0%纤维素时的应力（9 681.86 Pa）为最大值,应变（1.14）为最小值。复合凝胶的蠕变模量值随着淀粉和纤维素添加比例增加而逐步减小,相同添加比例条件下纤维素组复合凝胶的蠕变模量值减小更明显。石蜡切片显示,淀粉和纤维素只是简单地镶嵌在凝胶网络结构中,并没有与蛋白发生交联,其中纤维素在肌原纤维蛋白凝胶体系中形成的不规则区域更大。微观结构显示,对照组表面粗糙,空洞较多;添加淀粉和纤维素后,复合凝胶变得均匀致密,空洞减少;相同添加比例条件下,纤维素组的蛋白网络结构具有更好的均匀性和致密性。【结论】 淀粉和纤维素添加到肌原纤维蛋白中,两者都可以改善复合凝胶的持水性、色差、质构特性、断裂形变时应力应变、流变特性以及微观结构,但是纤维素对复合凝胶的改善效果更显著。因此,纤维素作为淀粉替代物在凝胶类香肠中的应用具有可行性。     

竹炭—白乳胶复合板的研制

以竹炭为基材,热塑性白乳胶为粘接体,双面覆无纺布为增强和表面装饰材料,采用热压成型工艺制备竹炭—白乳胶复合板。通过正交试验考察了竹炭粒度、施胶量及热压时间对复合板物理性能的影响,结果发现施胶量是影响复合板各性能的主要因素。制备工艺参数竹炭粒度为50目、施胶量为20%、热压时间为10 min时,复合板的质量指标可达到抗拉强度4.5MPa,静曲强度10.5 MPa,弹性模量1270 MPa,24 h吸水厚度膨胀率0.9%,24 h吸水率35.3%。     

木丝增强脱硫石膏板制备及性能研究

为开发一种轻质高强、保温隔热的绿色建筑墙体材料，以绿色可持续的木丝作为增强增韧材料，添加到工业副产废弃物脱硫建筑石膏中制备新型木丝增强脱硫石膏板材。探究木丝尺寸、木丝含量和不同处理方式对石膏复合材料性能的影响。结果表明，木丝的添加能减小石膏板的脆性，20%的木丝添加量对于板材的增强效果最好，增强木丝长度和宽度对材料的抗折强度、握螺钉力和导热系数均有影响显著，当添加量为20%，木丝长度(100±0.5)mm、宽度(0.9±0.05)mm的板材的抗折强度最高，木丝长度(100±0.5)mm、宽度(1.8±0.05)mm的板材的握螺钉力最高，较纯石膏板分别提高了67.12%和193.4%。木丝的添加使板材的导热系数满足建筑保温材料的要求。研究证明，木丝形态的优化选择有利于提高石膏板的增强效果，提高板材的物理力学性能。     

贵州省马尾松和杉木纤维增强高密度聚乙烯复合材料

利用两步挤出法分别制备马尾松和杉木纤维增强高密度聚乙烯(HDPE)复合材料,研究两种复合材料的颜色、密度、硬度、尺寸稳定性、弯曲、拉伸、冲击和在50 N载荷作用下的24 h蠕变-24 h回复性能。马尾松纤维/HDPE复合材料的表面明度明显大于杉木纤维/HDPE复合材料,且相对偏向绿黄色,而杉木纤维/HDPE复合材料则偏向红蓝色。两种材料的密度、硬度和24 h吸水率相差均不超过5%,但马尾松纤维/HDPE复合材料的24h吸水厚度膨胀率是杉木纤维/HDPE复合材料的3.43倍。杉木纤维/HDPE复合材料的力学性能明显优于马尾松纤维/HDPE复合材料,而马尾松纤维/HDPE复合材料抗蠕变性较好,50 N的载荷作用下24 h的应变仅为杉木纤维/HDPE复合材料的77.29%,但回复性能相对稍差。