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关键词： 半水磷石膏   协同改性   减水剂   力学性能  

摘要： 为提高磷石膏的资源化利用率,通过在半水磷石膏(HPG)中添加生石灰和三聚氰胺减水剂(SM)来制备改性半水磷石膏墙体材料(MPGWM)。采用控制变量法研究水灰比和减水剂掺量对MPGWM力学性能的影响,结合多元回归模型分析双因素耦合作用下MPGWM的力学性能变化规律,获得高掺量改性半水磷石膏墙体材料的最优配比。研究结果表明:高掺量MPGWM试件立方体抗压强度试验的主要破坏特征为劈裂破坏和锥形破坏,立方体劈裂抗拉试验的破坏形态为典型劈裂破坏;试件的表观密度主要来源于HPG和生石灰;水灰比对MPGWM试件的表观密度及力学性能影响较大,减水剂掺量的影响次之;当SM掺量为1.0%、水灰比(质量比)为0.29时,试件的立方体抗压强度可达27.87 MPa;当SM掺量为1.0%、水灰比为0.32时,试件的劈裂抗拉强度可达1.92 MPa。通过回归分析,预测MPGWM的最优配比为HPG质量分数为97%、生石灰质量分数为3%、水灰比为0.27、减水剂掺量为HPG和生石灰混合物总质量的1.2%。研究成果可为磷石膏的资源化利用提供参考,促进磷化工企业可持续发展。

关键词： 混凝土   碳纳米纤维   抗压强度   粘结强度   冻融循环   机场跑道  

摘要： 介绍了一种高性能混凝土(UHPC)掺杂气相生长碳纳米纤维增强体(VGCF)和碳纳米管(CNT)的跑道修复材料。已有大量研究证明在混凝土中添加纳米纤维可以提高其力学性能以及耐久性。着重对修复材料与水泥基道面材料的适应性进行研究,同时对碳纳米纤维材料对混凝土增强微观机理的影响进行分析。通过在混凝土中掺杂不同质量分数的碳纳米纤维进行配合比试验,测定了抗压强度、粘结强度和冻融循环下的质量损失率及粘结强度损失率。研究表明,当CNT104掺量为0.1%时,混凝土的抗压强度和粘结强度分别为60.6 MPa和11.3 MPa,150次冻融循环质量损失最小。当CNT107掺量为0.15%时,表现出较好的抗压强度和粘结强度,分别为59.1 MPa和11.5 MPa,当掺量达到0.2%时在150次冻融循环下质量损失最小。VGCF掺量为0.15%时混凝土达到最大抗压强度和粘结强度,分别为68.0 MPa和18.6 MPa,同时添加不同含量VGCF的混凝土均表现出更好的抗冻性能,在含量为0.15%时,经冻融循环后混凝土的质量损失率最低。在150次冻融循环后再次测得粘结强度,通过冻融前后对比得到掺入0.15%的VGCF粘结强度下降率为32.79%,是所有组中最低。结果表明,在使用掺入0.15%VGCF的UHPC作为跑道修复材料时,其与水泥基道面材料表现出良好的适应性。

关键词： 碳纳米管   杜仲胶   复合材料   分子动力学模拟   力学性能  

摘要： 在全球环保趋势的驱动下,杜仲胶(EUG)作为环保型生物基材料,具有独特的橡塑二重特性,展现出多行业应用潜力,但其力学性能与功能性应用局限亟待突破。碳纳米管(CNTs)因其优异的力学性能,已经作为改善塑料复合材料性能的高效填料得到了广泛应用。为探究CNTs尺寸对EUG力学性能的影响机制,采用分子动力学模拟方法通过改变CNTs的轴向尺寸和径向尺寸建立了CNTs/EUG复合材料模型,并对其室温下的力学性能进行模拟计算研究。结果表明,在CNTs/EUG复合材料中,材料的力学性能随CNTs直径的增大先升高后降低,力学性能随CNTs长度的增大而上升。其中轴向尺寸中直径为8.14Å及径向尺寸中长度为128Å的CNTs对复合材料力学性能的增强效果较好,相比于直径为2.71Å和长度为68Å的CNTs,直径为8.14Å和长度为128Å的CNTs/EUG复合材料的拉伸弹性模量分别提升了59.70%和54.85%。

关键词： 发泡材料   充填   抗压强度   膨胀倍率   输送性能  

摘要： 针对前期采掘过程中遗留大量空巷、严重制约工作面煤炭资源后续安全高效开采的问题,提出采用发泡水泥充填材料充填空巷的开采方法。采用实验室实验的方法,研究了不同配比发泡水泥充填材料物理力学特性。研究结果表明:以水泥为基料,发泡剂、稳泡剂及石膏为添加剂的发泡水泥充填材料配比为水灰比0.5、发泡剂掺量1%、石膏掺量7%时,充填材料的输送性能、膨胀性能、抗压强度综合物理力学性能较优。以鲍店煤矿为研究背景,将研究结果应用于鲍店煤矿5316工作面5309(s)运输顺槽、五采区回风上山联络巷及1303三回提等遗留空巷。现场实测结果表明:巷道围岩移近量均小于60 mm,发泡水泥充填材料提升了巷道的整体支撑能力,有效保障了工作面的安全高效作业。

关键词： 材料力学   课程思政   应力集中  

摘要： 通过将思政教育理念和方法融入材料力学课程,探索了一种创新的融合方式,旨在实现立德树人的根本任务,提升学生的综合素质。通过线上预习、有限元模拟、小组讨论和多媒体讲解等多样化教学手段,引导学生准确掌握材料力学的专业知识,培养他们的科学素养与创新能力。结合应力集中现象与中国古代寓言故事,激发学生对学科知识的兴趣;联系国家相关治理理念,培养他们的全局观和社会责任感。实践结果表明,这种课程思政案例设计取得了显著成效,不仅使学生对材料力学的专业知识有了更深刻的理解,而且有助于学生正确人生观的养成。

关键词： 碳纳米管   纳米二氧化钛   硫铝酸盐水泥   力学性能   自感知性能  

摘要： 多壁碳纳米管(MWCNTs)和锐钛型纳米二氧化钛(NT)是制备自感知水泥基材料的两种优异纳米填料。与普通硅酸盐水泥比,硫铝酸盐水泥具有低碳、耐腐蚀和强度发展快等优点,作为胶凝材料时水泥基复合材料可获得更稳定的自感知性能。因此,本文使用NT和MWCNTs分别以单掺和复掺的方式复合硫铝酸盐水泥砂浆,研究了复合导电填料类型对硫铝酸盐水泥复合材料在养护龄期3 d时的力学、电学和自感知性能的影响规律,并结合SEM-EDS分析了影响机制。研究结果表明:NT可显著提高硫铝酸盐水泥复合材料在养护龄期3 d时的力学性能,单掺NT的试件抗压强度、抗折强度、劈拉强度和压缩韧性较不掺NT试件分别提高了28.36%、10.67%、47.76%和9.53%。单掺MWCNTs对复合材料的导电性能改善效果最为显著,直流电阻率和频率为100 kHz时的交流电阻率较对照组分别下降了46.91%和63.87%。复掺MWCNTs-NT对复合材料自感知性能改善效果最为明显:相比于对照组,在单调压缩荷载和劈拉荷载作用下,复掺MWCNTs-NT复合材料的最大电阻率变化率、应力灵敏度和应变灵敏度分别提高了235%、211%、313%和44%、65%、648%。通过SEM-EDS观察到,就密实程度而言,单掺NT组>对照组>复掺MWCNTs-NT组>单掺MWCNTs组;就导电网络变化的敏感度而言,复掺MWCNTs-NT组>单掺NT组>单掺MWCNTs组>对照组。

关键词： 热塑性复合材料   无纺结构   碳纤维长度   纤维取向   图像识别  

摘要： 碳纤维增强热塑性复合材料因其环保、轻质且高强度的优势而被广泛应用。在生产加工碳纤维(CF)时,企业常面临纤维因质量或规格不达标而只能废弃的问题,若能有效地利用这些废弃纤维,不仅能降低成本,还能提升环保效益。利用企业生产过程中的CF尾料,短切成50 mm和70 mm,采用非织造技术将CF与改性后的聚丙烯纤维(PP)均匀混合,制备碳纤维/聚丙烯纤维混合毡(CF/PP)。模压成型后,测试复合材料的力学性能。借助图像识别软件ImageJ统计碳纤维毡和复合材料中CF的排布情况,实现纤维取向度的定性和定量表征,讨论不同长度CF的取向和力学性能的关联性。CF在梳理和铺网过程中,较多纤维沿梳理方向排列。纤维取向的定量结果显示,梳理方向(CD)上,模压过程中PP纤维熔融使得CF在层内伸直度提高,在-45°~45°,50复材-CD的纤维取向分布相比50毡-CD提高10.8%;纤维取向和力学性能变化趋势一致,50复材-CD与70复材-CD的纤维取向分布比值为1.16,拉伸强度比值为1.17,弯曲强度比值为1.06。纤维取向分布是影响其力学性能的重要条件之一,在本工艺条件下,CF50/PP展现出更为优异的纤维取向分布特性。

关键词： 超支化分子   环氧树脂   分子动力学模拟   力学性能   物化性质   复合材料  

摘要： 采用分子动力学(MD)模拟手段,研究了以双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)支链分子和六氢均三嗪超支化环氧树脂(HHTE1)超支化分子作为改性剂的环氧树脂复合材料,预测了材料三维结构和支链的改变其对力学性能的影响。结果表明,二维平面材料的弹性模量(E)、体积模量(K)、剪切模量(G)均大于一维线性结构材料的对应值(分别高出0.52%~1.61%、0.28%~1.04%、1.01%~2.89%);三维立体结构较二维平面结构材料的E、K、G分别减少1.52%~3.33%、1.05%~4.35%、2.30%~3.13%。与DGEBA支链相比,HHTE1支链交联改性材料的E、K、G均有明显提升(分别提升5.56%~11.90%,4.86%~10.86%、5.59%~10.74%)。本文构建的材料模型为晶体有序排列材料,研究其各向异性的力学性能发现,空间位阻与支链相互作用分别主导力学性能变化,其Ex、Ez、G(010)受支链作用和主链取向改变的影响,Ey、G(100)、G(001)受空间位阻作用。

关键词： 橡胶水泥基材料   橡胶颗粒改性   抗冲击强度   劈裂抗拉强度   抗氯离子渗透性  

摘要： 针对桥面铺装材料的选择,橡胶水泥基材料相较于混凝土具有更好的动态力学性能和抗渗性,可有效提升桥面铺装材料的使用寿命。为了更有效地指导橡胶水泥基材料在工程实践中的应用,研究了橡胶掺量、改性方式、养护方法对橡胶水泥基材料劈裂抗拉强度和抗冲击性能的影响。通过快速氯离子迁移系数法(RCM)对橡胶水泥基材料进行抗氯离子渗透性的测试。借助扫描电子显微镜(SEM)揭示了橡胶水泥基材料内部微观特性与水泥基材料耐久性能的关联。结果表明,高温养护环境下橡胶水泥基材料的劈裂抗拉强度可达到最大值,橡胶水泥基材料抗冲击强度随着橡胶掺量的增加呈现先增加后减小的变化趋势,当橡胶掺量为20%时,橡胶水泥基材料的抗冲击强度最高。随着橡胶颗粒掺量的增加,橡胶水泥基材料的氯离子扩散系数有明显的下降趋势,改性橡胶颗粒水泥基材料的氯离子扩散系数有小幅提升。在不同养护环境下,橡胶水泥基材料的氯离子扩散系数排序为:水养>标准养护>自然养护>高温养护,运用灰色GM(1,1)模型预测橡胶水泥基材料氯离子扩散系数的精度等级为一级。

关键词： 烧结温度   力学性能   微观组织   热压烧结   TiCN基金属陶瓷  

摘要： 利用热压烧结工艺研制一种新型TiCN基金属陶瓷刀具材料,研究烧结温度对TiCN基金属陶瓷刀具材料的力学性能和微观组织的影响。结果表明,当烧结温度在1450℃以上时,刀具的力学性能优于1450℃以下烧结温度的金属陶瓷刀具材料。在较低烧结温度下,晶粒并未充分长大,晶界间结合不牢,易发生晶间断裂。当烧结温度为1450℃和保温时间为30 min时,刀具的力学性能最优,其硬度为19.52 GPa,断裂韧度为7.14 MPa·m^(1/2),抗弯强度为726.35 MPa,材料的断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂的混合断裂模式。本研究结果对新型金属陶瓷刀具材料的烧结优化具有指导意义。