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关键词： 碳纳米管   水泥基复合材料   力学性能   纳米压痕   孔隙结构  

摘要： 为探明碳纳米管对水泥基复合材料力学性能的增强改性效果及机理,采用十六烷基三甲基溴化铵等分散剂研究了碳纳米管在水溶液中的分散性,并制备了碳纳米管水泥基复合材料,研究了其掺量对基体抗压、抗折强度的增强规律,通过XRD物相分析、纳米压痕试验分析、压汞孔径分布分析表明碳纳米管可加速水泥水化反应进程,显著改善水泥基复合材料的弹性模量及压痕硬度,优化基体微观孔隙结构,使基体表现出更优的宏观力学性能。研究结果表明,0.09%掺量的碳纳米管水泥基复合材料养护28 d后基体中高密度水化硅酸钙凝胶、氢氧化钙含量增多,孔隙率则降低了33.5%,使基体养护3、7、28 d后抗压、抗折强度相比于对照组分别提高了33.33%、26.71%、26.01%及39.00%、41.10%、39.36%。

关键词： 高阶思维   案例设计   “材料力学”  

摘要： 培养高阶性思维是一流课程建设的首要目标,设计递进式、创新型和启发性的思维训练案例是实现此目标的关键环节.本文以预应力圆环热驱自持续翻滚问题为例,从材料力学基本问题逐步推进到科学前沿,展示了此高阶思维训练案例设计模式,希望为相关力学课程内容建设提供新思路.

关键词： “三高四新”战略   土木工程   《材料力学》   教学改革   教学内容   创新训练  

摘要： “三高四新”战略对土木工程人才培养提出了新要求。该文从《材料力学》教学出发,根据新形势下人才培养需求,提出相应的教学改革方案,包括优化教学材料、拓展教学内容、调整教学方法、鼓励学生参加创新训练项目、融入“湖南元素”五个方面。通过上述改革,提高学生分析和解决工程问题的能力及创新实践能力,更好地适应“三高四新”战略下社会对高素质土木工程专业人才的培养需求。

关键词： 铁路轨道   弹性道床   橡胶颗粒   数值模拟   离散元  

摘要： 为了从细观角度深入研究作为新型弹性道床材料的沥青固化块力学性能,将掺有橡胶颗粒的环氧沥青固化道床材料划分为粗集料、沥青砂浆和橡胶颗粒、空隙相3个组分,并构建具有细观特征的离散元模型。通过单轴压缩、直接拉伸等一系列室内宏观试验,确定了离散元模型的细观参数并验证了细观参数设置的合理性。基于离散元模型进行虚拟单轴重复加载试验,对虚拟试件的变形量、回弹变形、内部颗粒间的细观接触力和重叠量等进行分析。结果表明:当环氧沥青固化道床试件中的橡胶颗粒掺量增加后,由于橡胶颗粒低刚度高弹性的特征,加载过程中颗粒间接触力降低、颗粒变形量增加;沥青固化块的强度下降、弹性和变形恢复能力提升。该研究将有助于全面认识掺加橡胶颗粒的沥青固化道床材料在荷载下的变形行为及其机理,为沥青固化道床材料的选择和级配设计提供更优解。

关键词： 聚丙烯纤维   流变特性   屈服应力   正交设计   抗压强度  

摘要： 针对水泥-尾砂基复合充填体脆性高、强度低、质量差等问题,以聚丙烯纤维作为增强剂,探究纤维掺量和纤维长度对复合充填料浆流变行为的影响,采用Hershel-Bulkey模型(简称H-B模型)进行非线性回归拟合分析,获得充填料浆流变特性参数,借助正交设计的试验方法,考察纤维掺量、纤维长度和粉煤灰掺量对充填体养护龄期1、3、7和28 d抗压强度的影响。研究表明:随着纤维掺量的增加,充填料浆初始表观黏度和屈服应力不断增大。纤维掺量从0.2%增加至0.8%的过程中,屈服应力增加了60.19%;纤维长度从3 mm增至12 mm的过程中,屈服应力增加了35.3%。不同养护龄期下充填体抗压强度随着纤维长度和纤维掺量的增加均表现为先上升后降低的趋势,纤维掺量0.6%和纤维长度9 mm是其临界点,适宜的纤维能在充填体内部均匀分散,形成致密的网络结构以承载外界荷载,从而改善充填体力学性能。

关键词： 纤维增强   取向分布   力学性能   桥接作用   表征方法  

摘要： 纤维增强水泥基复合材料是以水泥净浆、砂浆或混凝土为基材,外掺钢纤维、聚乙烯醇纤维或碳纤维等纤维,从而提升基材力学性能和耐久性能的一种新型水泥基复合材料。基于纤维增强基体理论,当纤维均匀分布且取向平行于基体受力方向时,其在微观层面能有效抑制因水泥基复合材料内部拉应力低而产生的微裂缝,同时传递裂缝间的应力以防止其进一步发展;在宏观层面,纤维可显著提高水泥基复合材料的抗拉抗弯强度及延性。然而,纤维的类型、长径比和掺量以及施工工艺等因素均会影响纤维在基体中取向分布,严重削弱其在微裂缝间的桥接作用,增加其掺量。这不仅对水泥基复合材料的抗拉抗弯强度、韧性增强效果等工作性能造成不利影响,而且提高其生产成本,极大限制其应用。基于国内外学者对纤维取向分布与水泥基复合材料的力学性能之间的关系的大量探究,本文系统阐述了纤维取向和空间分布对水泥基复合材料力学性能的影响,总结了影响纤维取向分布的主要因素,同时介绍了评价纤维在基体中取向分布情况的各类检测手段,并分析了不同检测手段的优劣性,最后论述了当前纤维取向分布预测模型的发展现状。本文可为调控纤维在水泥基复合材料取向分布、提升结构的抗拉抗弯强度及韧性、降低纤维增强水泥基复合材料的生产成本的相关研究提供参考。

关键词： 碾压式导电混凝土   宏细观试验   真实骨料   力学特性   精细仿真  

摘要： 碾压式导电混凝土(electrically conductive roller-compacted concrete,ERCC)是一种新型功能性材料,可通过自身电热性能解决高寒地区路面跑道人工除雪去冰效率低、大坝工程结构温控难等问题.本文开展了ERCC材料设计、物理试验与数值仿真分析研究.利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)测试分析了表面活性剂对ERCC浆体流动性、炭黑分散效果的改善机理;针对碾压成型的大型ERCC钻芯取样试件,开展了力学性能的宏观试验与X射线断层扫描(X-ray computed tomography,XCT)的细观试验;进而在材料试验的基础上,通过耦合连续介质、非连续介质计算方法进行ERCC精细化数值仿真分析,建立了基于真实骨料的ERCC细观模型,解决了传统混凝土细观模拟中XCT模型计算成本过高、非连续介质计算效率低、传统球体/多面体骨料模型的精细化程度差等问题.结果表明:ERCC表面活性剂可明显改善炭黑分散效果,采用碾压施工工艺成型质量较好,抗压强度为22.85 MPa,劈拉强度为1.72 MPa,弹性模量为23.7 GPa,孔隙体积比为1.05‰;在砂浆、界面强度一定时,增大骨料体积比,可不同程度提高ERCC的力学性能;精细化仿真计算结果与多个实际工程混凝土材料特性统计规律相吻合,相比传统混凝土细观模拟方法具有更好的适用性.

关键词： 动载荷   冲击缓冲   合理设计  

摘要： 结构承受位于一定高度重物无初速度释放的冲击响应是材料力学动应力部分的主体教学内容,其结构形式的多样性,特别是结构单独承受冲击与缓冲组合结构承受冲击两种模式的差异,容易造成学生在规律理解上出现疑惑。本文通过几个经典例题剖析各组成部分的作用,结合基本公式的参数方次分析,为教学活动中解释相关问题提供参考。

关键词： 对苯二甲酸—己二酸—丁二醇酯共聚物   碳酸钙   扩链剂   润滑剂  

摘要： 用CaCO_(3)作为填充剂改性生物可降解材料PBAT,同时添加其他助剂共混,用双螺杆挤出机制备了PBAT/CaCO_(3)复合材料,通过注塑机制备样条,分析CaCO_(3)填充量,润滑剂添加量和扩链剂添加量对复合材料力学性能的影响。结果表明,在CaCO_(3)填充量30%、润滑剂添加量0.4%、扩链剂添加量0.2%时,得到的制品力学性能最佳。

关键词： 三维编织复合材料   单胞   抗冲击   扩展有限元   力学性能  

摘要： 本文提出了一种三维四向编织复合材料单胞模型的构建方法,并基于该模型对三维四向编织复合材料的细观力学性能进行了分析。首先,根据三维编织复合材料的两个内部构型参数——纤维体积含量和编织角,结合有限元分析软件建立了三维四向编织复合材料的单胞模型;然后,针对三维四向编织复合材料单胞的静力学性能及抗冲击性能进行了分析,得到了该单胞模型三个正交方向的弹性模量,并研究了纤维体积含量和编织角对三维四向编织复合材料单胞抗冲击性能的影响规律;最后,利用扩展有限元方法研究了三维四向编织复合材料单胞的抗拉强度,分析了纤维体积含量和编织角对三维四向编织复合材料单胞强度的影响规律。