载人潜水器有机玻璃视窗蠕变-疲劳特性分析

通过对棒状有机玻璃试样进行短期蠕变试验,揭示载人潜水器视窗玻璃材料的蠕变特性。开展有机玻璃蠕变断裂试验,获得有机玻璃材料的蠕变断裂寿命,给出蠕变断裂时间和保载应力水平成双对数线性相关的结论及相应的线性拟合方程,并开展拉伸疲劳试验获得不同峰值应力下的拉伸疲劳寿命。对300 m观光潜器有机玻璃视窗在不同下潜深度下的应力水平进行分析,并结合基于线性累计损伤理论的时间寿命分数法,实现对300 m载人潜水器有机玻璃视窗考虑保载蠕变的疲劳寿命估算。

约束状态下的有机玻璃零件的加工方法探讨

在生产实践中发现有机玻璃零件处于约束状态时,其所在环境存在较大温差变化,容易产生塑性变形,从而使产品不合格以致报废。该文对处于约束状态下的有机玻璃零件加工工艺进行了研究,重点对托盘组件加工过程中受约束状态下的有机玻璃盘形件加工工艺过程进行了改进、优化和实验验证,得出了约束状态下的有机玻璃零件加工工艺方案,并在实际加工生产中验证了此加工工艺方案的可行性。此方案对有机玻璃零件在自由状态和约束状态下的加工均具有指导意义,具有一定的推广价值。

球形观察窗用有机玻璃的银纹损伤:乙醇和温度协同作用

聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)基于良好的综合性能得到广泛应用,但遇到极性溶剂时很容易发生溶胀,导致银纹的产生甚至出现开裂,严重降低了材料的服役寿命。本工作以某球形观察窗用有机玻璃为研究对象,深入探讨退火温度、退火时间、溶剂(乙醇)处理时间等因素对PMMA微观结构的影响,以及银纹产生与单轴拉伸、三点弯曲、压缩变形等力学性能的关系,研究发现在PMMA的玻璃化转变温度98℃附近进行退火容易出现肉眼可见的大尺度银纹。银纹对于力学强度的影响较小,但会降低材料的断裂应变。

深海装备耐压结构用有机玻璃的蠕变时温等效特性

基于WLF方程和陈化理论推导符合时温等效关系的蠕变本构方程,开展不同温度下的试样压缩蠕变试验,拟合得到有机玻璃的压缩蠕变本构关系,应用有限元方法探究深海装备观察窗蠕变变形的时温等效现象。试验结果显示,符合WLF方程的陈化理论蠕变本构关系能较好地描述深海工况下的有机玻璃压缩蠕变行为;外加应力一定时,有机玻璃在4℃时的蠕变应变-时间曲线相当于将40℃时的蠕变应变-时间曲线沿时间轴拉伸9.36倍,该等效关系可为深海服役环境下有机玻璃耐压结构的加速蠕变试验设计提供参考。

不同类型线性切割索爆炸切割有机玻璃的损伤特性分析

为了探究不同类型线性切割索切割有机玻璃(PMMA)的损伤特性,通过数值模拟的方式对微爆索、楔形聚能切割索、圆弧聚能切割索3种类型切割索爆炸切割PMMA板过程中的应力分布和损伤特性进行了分析。结果表明:切割索的切割损伤为复合损伤,表面有射流或爆破形成的切割槽或破碎槽,背面有严重的反射应力波拉伸层裂损伤。微爆索切割PMMA的冲击破碎区深度为2.6 mm,宽度为2.4 mm。楔形聚能切割索形成的裂缝断裂深度为3.8 mm,最大宽度为4.0 mm。圆弧聚能切割索侵彻深度为3.2 mm,宽度为3.0 mm。楔形聚能切割索的切割效果最佳,其次是圆弧聚能切割索,最后是微爆索。

预处理方法对定向有机玻璃表面性能及黏结强度影响

为研究不同表面预处理方法对定向有机玻璃表面性能以及与热塑性聚氨酯(TPU)间黏结强度的影响规律及机理,使用AFM、FTIR和接触角测量仪测定酸处理、等离子处理和过渡层处理后定向有机玻璃的表面化学组成、粗糙度与表面接触角,并使用90°剥离实验测试预处理前后定向有机玻璃与TPU之间的黏结强度。结果表明:酸处理和等离子处理后定向有机玻璃表面粗糙度和表面极性增加,同时表面润湿性能得到改善,使黏结强度分别上升了14%和22%;而过渡层预处理提高了基材与TPU的化学相容性,处理后定向有机玻璃表面极性与TPU相近,降低了界面张力,明显改善界面黏结性能,黏结强度由4.44 kN/m上升至23.61 kN/m。

大尺寸有机玻璃高精度研磨抛光机技术研究

大尺寸有机玻璃高精度研磨抛光机是航空航天、电子信息以及新材料产业的关键设备,为了实现研磨机的大尺寸加工能力、高公差要求、低板材厚度变化率的性能指标,对研磨抛光机进行技术研究,完成了大尺寸有机玻璃高精度研磨抛光机的研制,实现了关键设备自主可控。

未来花园有机玻璃水幕原位加载试验研究

江苏园博园未来花园有机玻璃水幕是目前我国建筑领域最大的结构有机玻璃项目,对其进行原位加载试验具有重要的意义。对未来花园有机玻璃水幕中的5号伞进行了1.5倍设计荷载下(150mm深水)的原位加载试验,并持载15d。通过试验获得了有机玻璃结构的位移和应变的发展规律及其与温度的关系。研究表明:在1.5倍设计荷载下,有机玻璃水幕的变形和应变均满足设计要求,在持载15d内未发生明显的蠕变现象,同时有机玻璃水幕板底的应变远高于肋底,并与温度存在相关关系。

未来花园有机玻璃面板缩尺模型承载性能试验研究

为研究江苏园博园未来花园有机玻璃面板承载性能,设计了一个有机玻璃缩尺模型,并对该模型进行了长期试验和短期试验,以考察该缩尺模型在长期荷载和短期荷载作用下的受力性能及破坏模式。结果表明,在长期荷载作用下,缩尺模型的蠕变现象并不明显;在短期荷载作用下,该模型的极限承载力达17kN,并表现为脆性破坏;模型破坏时,试验测点处最大应力约6.9MPa,测点最大位移为104mm,说明该缩尺模型承载力较高,结构安全可靠。

未来花园有机玻璃水幕的施工及运营过程健康监测

江苏园博园未来花园有机玻璃水幕是目前我国建筑领域罕见的超大型有机玻璃项目,对其进行施工及运营过程健康监测具有重要的意义。采用应变片对有机玻璃水幕施工阶段退火过程进行了应变监测,监测结果表明:在退火过程中,板底和肋底均出现拉应变,其值与温度正相关,退火完成后,伞面残余应变值较低。采用振弦应变计对有机玻璃水幕运营阶段进行了应变监测。监测结果表明:运营阶段,有机玻璃水幕中应力波动主要受到温度的影响,但波动范围较小,运营期间未出现明显蠕变现象,所有测点的应力分布在0~5.0MPa之间,应力值较低,结构安全。

结构用有机玻璃的力学性能及其工程应用

有机玻璃具有质量轻、无自爆、可本体聚合等优点,在建筑领域有广泛的应用前景。为了研究结构用有机玻璃的基本物理性能和材料力学性能,对不同环境温度下结构有机玻璃拉伸性能、压缩性能、平面应变断裂韧性、热膨胀系数和硬度进行了系统的试验研究,测得了结构有机玻璃的弹性模量、抗拉强度、泊松比、抗压强度、断裂韧性、热膨胀系数、硬度性能参数等指标,研究了以上参数随温度的变化规律。研究表明:在-20~60℃内,温度升高时,有机玻璃材料的弹性模量、抗拉强度、抗压强度、断裂韧性、硬度均降低,热膨胀系数增大,泊松比的变化不明显。最后,介绍了有机玻璃在建筑和结构领域的工程应用。研究成果可为结构有机玻璃应用及相关规范编制提供参考。

有机玻璃材料在海洋工程结构物的应用现状与发展趋势综述

有机玻璃因为透光性好、弹性模量低、密度低等优点被广泛应用于舷窗、载人潜水器观察窗和水下观光艇等海洋结构物,有机玻璃结构是水下耐压装备整体安全性的关键部位。通过概括有机玻璃材料在海洋结构物应用的情况,总结有机玻璃材料的力学性能和结构强度研究现状,包括率敏感性、粘弹性、蠕变行为、短期和长期失效准则等。进而分析有机玻璃结构设计的标准和方法,探讨有机玻璃材料在海洋工程的应用前景、发展趋势和研究方向,为基于分析的有机玻璃海洋结构设计提供参考。

用于民机透明件的定向有机玻璃材料性能研究

按照民用飞机旅客观察窗透明件的设计和验证要求,综合对比国内外定向拉伸有机玻璃的物理性能,其中透光率、雾度、抗银纹、热松弛性能均相当。通过二级热松弛计算定向有机玻璃的定向度,国内玻璃的定向度为68.7%,行业成熟材料的定向度则过高,破坏时易产生层间分层,因而剪切强度较差,故国内定向拉伸有机玻璃力学性能更优。采用载荷放大系数法对该材料的性能稳定性进行研究分析。该定向拉伸有机玻璃的载荷放大系数为1.015,满足民用飞机旅客观察窗透明件对材料稳定性的要求,该材料制造的民用飞机旅客观察窗透明件有望实现装机应用。

不锈钢树状支撑有机玻璃水幕缩尺模型火灾试验研究

不锈钢结构具有造型美观、易于维护、可回收利用、耐腐蚀性能优良等优点,在建筑结构领域具有广阔的应用前景。然而,目前国内外对于不锈钢结构整体抗火性能的研究十分匮乏。基于第十一届江苏省园艺博览会“未来花园”展区,开展了不锈钢树状支撑有机玻璃水幕体系的缩尺模型火灾试验。根据佛罗德相似原理,搭建一1:4缩尺模型,采用0.3m×0.3m的油盘火作为火源,采用正庚烷作为燃料,火源功率为100kW。试验探究了真实火灾下火源上方的空气温度、有机玻璃顶棚下方的空气温度以及不锈钢结构表面温度和热辐射强度的变化情况。此外,利用FDS软件对空气温度场开展了数值模拟,尽管由于风速等环境因素,试验获得的空气温度场波动较大,但总体而言,二者吻合较好。

未来花园不锈钢伞壳与巨幅有机玻璃水幕屋面设计与施工技术

江苏园博园未来花园项目采用单层不锈钢伞壳结构作为承重结构,巨幅有机玻璃作为屋面,上覆100mm深的水幕。长355m的不锈钢结构连成整体,根据有限元计算结果设置3条温度施工缝,采取后焊接的方式释放温度应力,并通过抛光处理实现镜面效果。通过现场聚合工艺将预制有机玻璃板件、肋条连成直径21m的圆形屋面,每个圆之间填充柔性硅胶条释放温度变形。采用分区分块施工方法,不锈钢结构与有机玻璃屋面交叉施工,并通过调平措施确保有机玻璃屋面的平整性。

潜水器观察窗用有机玻璃的损伤与破坏行为

潜水器观察窗是深海载人潜水器的唯一非金属结构部件,研究该观察窗用有机玻璃材料的损伤破坏行为以及抗裂纹扩展性能对潜水器观察窗使用寿命以及安全可靠性评估具有重要意义。根据观察窗有机玻璃的受载形式,进行拉伸、压缩、剪切、断裂韧性、应力银纹等测试,表征与服役损伤相关的关键力学性能;研究可能出现的损伤缺陷对有机玻璃关键力学性能的影响;结合潜水器观察窗玻璃的损伤缺陷情况,对观察窗用有机玻璃的缺陷(裂纹)扩展性能进行了研究。结果表明,潜水器观察窗用有机玻璃的压缩强度为115 MPa,剪切强度为62.6 MPa,与无机玻璃、定向有机玻璃、聚碳酸酯等材料相比,具有强度高、变形量小、不会突然发生破坏等优势;潜水器观察窗用有机玻璃的抗银纹引发以及抗裂纹扩展的性能较好,应力银纹强度为20.6 MPa、断裂韧性为1.66 MPa·m^(1/2);有机玻璃银纹损伤对拉伸、压缩、剪切静强度基本无影响;与银纹损伤相比,微裂纹缺陷使得压缩屈服强度略有降低但裂纹不扩展,使剪切强度降低约15%且破坏程度剧烈,对拉伸强度影响最大,使其降低约70%。

有机玻璃YB-DM-11的疲劳裂纹扩展特性研究

研究了试样类型、应力比对有机玻璃YB-DM-11疲劳裂纹扩展速率、疲劳裂纹扩展平均寿命的影响。结果表明:试样类型对有机玻璃疲劳裂纹扩展速率影响很小,但紧凑拉伸试样的寿命大于中心裂纹拉伸试样;对于中心裂纹拉伸试样,当应力比为正时,应力比增大,疲劳裂纹扩展速率增加,疲劳裂纹扩展平均寿命减小;应力比为负时,裂纹闭合效应导致裂纹扩展加速;负应力比时的裂纹扩展速率大于正应力比,但疲劳裂纹扩展平均寿命明显小于正应力比。

含有机玻璃中间层的双中空玻璃物理性能试验研究

为研究间隔材料为高透明低密度有机玻璃的中空玻璃是否具有优越的热工性能,制作了几种尺寸不同、间隔材料不同、材料厚度不同的双中空玻璃进行热工性能、光学性能试验研究并对比了相关参数,探究不同检测环境下光热参数结果是否相近。结果表明:现场环境下测试结果与实验室测试结果基本相符;含有机玻璃中间层的双中空玻璃有较低的紫外线透过率,有机玻璃越厚,传热系数和遮阳系数越低;在基本不增加中空玻璃重量的基础上,含有机玻璃中间层的双中空玻璃可实现低传热系数和高可见光透过率,相较于一般双中空玻璃保温隔热性能更好,更适合用在冬寒夏热地区的阳光房或建筑采光顶中。研究结果可为该种新型双中空玻璃的广泛运用提供物理性能方面的评价依据。

激光切割机在有机玻璃制品中的应用

随着科技的发展,激光切割机的应用越来越广泛,目前主要应用在对金属、非金属切割雕刻,非金属还包括木质板、有机玻璃、布料等,切割及雕刻有机玻璃是其中一个比较成熟的产业,本文主要探讨在有机玻璃中的应用,以有机玻璃为原材料,通过与传统切割方式进行对比,激光切割技术具有精度高、环保性能好、对材料的损伤小等特点,采用激光切割技术将其制作成各种玻璃制品。本文分析讨论了从材料选择到制作过程以及制作中所需注意的事项。

含铅有机玻璃的制备及其对X射线屏蔽性能的研究

采用本体聚合的方式利用甲基丙烯酸甲酯、异辛酸铅与甲基丙烯酸铅进行三元共聚制备了含铅聚甲基丙烯酸甲酯(有机铅玻璃)板材,并测试了各种组成板材的表面硬度、透光率以及对于不同能量X射线的屏蔽能力。结果表明:铅元素被成功引入到有机玻璃中,并且有机铅玻璃具有较好的光学性能,透光率较高,材料对高能和低能X射线都有较好的屏蔽效果。