C/C复合材料微观结构的CT分析

C/C复合材料具有复杂的内部微观结构,含有很多孔洞和裂纹,这些孔洞和裂纹对C/C复合材料的宏观性能有重要的影响。本文用高精度Micro-CT对C/C复合材料的内部结构进行了观测,发现使用Micro-CT能够获得无损的原位的C/C复合材料的内部微观结构特征。通过观测发现在C/C复合材料的内部,纤维与基体界面上存在大量的脱层和裂纹,而在基体内部存在大量的空洞,而纤维束内部的裂纹和空洞非常少见。在观测的基础上对C/C复合材料内部的脱层、裂纹和孔洞进行了统计分析,获得了它们尺度大小的概率分布函数,为进一步研究C/C复合材料的性能提供重要的依据。

信息技术助力创建线下一流课程研究--以土木工程材料课程为例

针对当前土木工程材料课程教学中存在的课时量少、缺乏教学过程管理、无法实现差异化教学和个性化学习等难题,将信息技术引入线下课程教学过程,教学重点难点在线化、课堂教学智慧化、课下交流实时化、过程监督持续化,有效提升了学生的学习兴趣。信息技术使用实现了以学生为中心的教学理念,为创建线下一流课程发挥了重要作用。通过使用智慧教学工具等信息技术,大幅提升了课堂参与度和交流度,全程跟踪记录学生学习的各个环节,对学生学习起到了很强的督促作用。实践表明,信息技术的使用提升了学生的学习效果,通过对学生学习积极性的量化评价,及时采取有效措施对督促学生学习有着重要意义。

一种孔隙介质力学模型及在水泥基材料的应用

基于细观力学和断裂力学的基本理论提出一个新的分析模型,对孔隙介质的力学性能进行了分析.依据孔隙介质内部孔隙的几何描述和状态参数,如孔隙率、形状、尺度及分布等,通过等效夹杂理论获得孔隙介质的等效本构方程,其最终变量为应力、应变和孔隙的形态参数.根据断裂理论中材料承受载荷作用下破坏增长过程中的能量守恒,对孔隙介质变形过程中机械能、弹性应变能和载荷提供的势能进行分析,根据能量守恒定律建立能量守恒方程,其最终变量也为应力、应变和孔隙的形态参数.根据等效本构方程和能量守恒方程,获得孔隙介质承受载荷作用下的应力应变关系.最后将该力学模型应用于水泥基材料,计算水泥基材料的力学性能并与文献中的结果进行对比分析,结果显示模型的计算结果准确有效.

碳/碳复合材料纤维束/基体界面强度的表征

为了获得准确表征纤维束界面强度的方法,对影响纤维束界面强度的因素进行了研究.通过顶出方法对纤维束界面强度进行表征,利用SEM和Micro-CT研究了纤维束界面层微结构对纤维束界面强度的影响,并通过有限元分析方法对纤维束界面的断裂行为进行分析.结果表明:在纤维束界面层含有不同程度的脱粘和裂纹缺陷结构,影响了纤维束的界面强度,其测试结果具有较高的离散性,但其符合Weibull分布;纤维束界面层破坏过程具有由弱结合区域到强结合区域的渐进性.纤维束界面层微结构的差异性和界面层破坏的渐进性是产生纤维束界面强度测试结果离散的主要原因.

载锆玉米秸秆生物炭的结构表征及磷吸附效果

以玉米秸秆为原料,利用氧氯化锆浸渍-限氧热解法制备一种新型的载锆生物炭阴离子吸附剂.采用场发射扫描电镜(FE-SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)和比表面积测定(BETN2)等手段,对空白生物炭(BC)及载锆生物炭(Zr-BC)的形貌、组成及结构进行表征.结果表明:热解后的生物炭表面形貌粗糙,均发育有裂纹和蜂窝状大孔结构;与BC相比,Zr-BC比表面积和平均孔径都有降低,且表面元素含C量大幅降低,含O量显著增加,Zr质量分数达到15.7%;Zr-BC表面主要官能团有羟基(-OH)、羧基(-COOH)、锆羟基氧化物等,构成吸附性能的结构基础;当pH值为2时,Zr-BC对磷酸盐吸附效果最显著,符合Freundlich等温吸附线模型.通过多种阴离子混合吸附测试发现,Zr-BC对水中磷酸盐有较高吸附量,且选择性较高.

通过观测硬化水泥浆体的细观孔隙结构预测其宏观力学性能

首先通过高分辨微型CT系统观测水灰比为0.5的水泥浆体内部微米级孔隙并对其尺寸进行统计分析,获得水泥浆体内部孔隙结构特征和两大类微米级孔隙的直径分布,然后引入孔隙介质细观断裂模型,将观测获得的孔隙特征作为模型参数,对水泥浆体的宏观力学性能进行计算,获得其应力–应变曲线和极限拉伸强度,最后将力学模型计算结果与实验结果进行对比分析。极限拉伸强度的计算和实验结果分别为9.47和7.96 MPa。微型CT系统可以准确地获取水泥浆体内部的微米级孔隙信息,孔隙结构信息引入细观断裂模型后的计算结果准确度较高。

三维C/C复合材料的压缩性能及破坏机制

采用扫描电镜、激光共聚焦显微镜观察和力学性能测定的方法,研究了三维C/C复合材料微观结构形貌,以及材料x向、y向和z向的压缩性能。结果表明,材料内部缺陷明显,纤维束/基体界面结合较弱,材料z向压缩强度和破坏应变均大于x向和y向,压缩应力应变曲线开始阶段近似线性,随着载荷的增加,曲线表现出明显的非线性特征。从宏观上考察了材料的压缩破坏机制,材料x向、y向和z向破坏模式均为剪切型破坏,纤维/基体界面结合强度对破坏模式影响明显。

微结构对碳/碳复合材料界面性能的影响

通过理论模型和界面顶出实验分析了微观结构对碳/碳复合材料界面性能的影响机制。使用高分辨Micro-CT系统获得C/C复合材料界面的微观结构特征,并对界面的微观结构特征进行统计分析,得到界面微观结构尺度分布的概率密度函数。对C/C复合材料的界面层建立力学分析模型,计算获得C/C复合材料界面力学性能,在计算过程中引入界面微观结构的随机性统计分布,获得C/C复合材料界面力学性能的分布规律。设计纤维束顶出实验,测试分析C/C复合材料的界面力学性能。将力学分析模型的计算结果与界面顶出实验获得的实验结果进行对比分析,表明通过模型计算获得的界面性能的均值和离散度与实验获得的结果具有较好的一致性。

C/C复合材料液相浸渍制备工艺及其力学性能模拟

针对酚醛先驱体C/C复合材料液相浸渍制备工艺各组分相的化学转化特性,基于Arrhenius方程建立了C/C复合材料液相浸渍制备工艺力学模型,详细分析了固化-炭化和石墨化两个重要的工艺阶段各组分相的体积变化规律,得到的气孔体积分数与Micro-CT系统扫描处理的细编穿刺C/C复合材料微结构图像中气孔体积分数相吻合,并结合均匀化方法对制备过程材料基体有效弹性模量进行了预测。结果表明:材料基体的有效弹性模量随着致密化次数的增加而增大,在每一次致密化过程中材料基体的有效弹性模量先增大后减小,石墨化工艺过程中材料基体的有效弹性模量达到某一值后保持平稳。

改性秸秆膨胀床与固定床吸附去除SO_4^(2-)

含硫酸根离子(SO42-)废水可对环境造成危害,在排放之前需降低SO42-浓度.本文利用改性秸秆阴离子吸附剂制备吸附柱,分别在膨胀床和固定床操作下进行动态吸附实验,研究改性秸秆阴离子吸附柱去除SO42-的性能.结果表明,在改性秸秆膨胀床操作中,膨胀率随流速提高而线性增大;随膨胀率的增加,膨胀床去除SO42-的穿透时间缩短,柱吸附量降低,膨胀率不宜大于25%;在改性秸秆固定床操作中,随高径比的增加,吸附柱去除SO42-的穿透时间延长;而随进水SO42-浓度和流量的增加,床层工作时间显著缩短;在实验流量下,膨胀床的处理效果略优于固定床.SO42-解吸实验表明,0.1 mol/L NaOH溶液解吸效果最佳,是合适的吸附柱再生液.

轴压比及柱配筋对陶粒混凝土框架抗震性能的影响研究

通过五个单榀陶粒混凝土框架的低周反复加载试验,研究了轴压比、柱纵筋配筋率、柱配箍率对陶粒混凝土框架抗震性能的影响,分析了陶粒混凝土框架的受力全过程、开裂荷载、极限荷载和破坏形态,获得了陶粒混凝土框架的滞回曲线、骨架曲线及其变形能力、耗能能力等抗震性能指标。研究表明,在一定范围内增加轴压比、柱纵筋配筋率和柱配箍率,可提高陶粒混凝土框架抗震性能,且其极限承载力、变形能力、耗能能力均有不同程度的提升。