涂料干燥成膜过程及开裂机理综述

涂料干燥是重要的工业过程,但其过程受温度、湿厚、基材与涂层性质等因素的影响且薄膜开裂机理复杂,涉及多学科的交叉融合,因此有必要研究涂料干燥成膜过程、薄膜开裂机理及抑制开裂的措施。总结分析了自20世纪50年代以来关于涂料干燥成膜及开裂的相关文献。阐述了涂料在垂直、横向、混合干燥模式下的干燥成膜过程;探究了涂层的开裂机理,总结了临界无裂纹内应力、临界无裂纹膜厚的计算方法;分析了影响薄膜开裂的因素,包括干燥环境的温度、涂层湿厚、基材性质、溶液性质;探索了单条裂纹的形态特性、裂纹的分布规律;探明了裂纹的种类,从4个方面对抑制开裂的方法进行了分析。

混凝土早龄期收缩开裂细观力学机理研究

缓减混凝土早龄期收缩开裂是提升混凝土结构耐久性和防水性能的关键环节,对此研究了基于细观力学的混凝土早龄期收缩开裂机理。采用随机骨料模型对混凝土内粗骨料、砂浆和界面过渡区(ITZ)进行参数化建模生成混凝土细观结构,建立混凝土细观数值模型,针对现行试验规范,确定模拟所需力学参数并验证计算方法。结果表明,混凝土早龄期的收缩应变随时间的变化趋势受粗骨料随机分布的影响不大,不同分布形式下的混凝土24 h收缩应变值最大相对误差为7%;平板混凝土试件早龄期的收缩裂缝沿着裂缝诱导器尖端区域的ITZ单元发展,不同粗骨料分布形式下的裂缝面积最大相对误差为9.5%。

MS1180方管连续辊弯成形角部开裂机理

方矩形管在辊弯成形中会产生角部开裂现象,这已成为严重制约方矩形管质量的关键问题,为解决其角部开裂缺陷展开深入研究,寻找控制开裂缺陷的方法。首先通过对MS1180进行单轴拉伸、缺口拉伸和平面应变实验得到了材料的力学特性,并分别利用3种拉伸试验将Ayada、Rice-Tracey和标准化Cockroft-Latham准则进行校准,得到了预测误差最小的一种断裂准则,并以此构建了方矩管辊弯开裂模型。其次利用辊弯成形COPRA RF设计软件和有限元MARC仿真专业软件,结合生产实际条件建立了方矩形管连续辊弯成形三维有限元模型,并进行辊弯实验验证模型的准确性。最后采用扫描电镜和金相显微镜对方矩形管开裂件以及断口进行微观观察,针对性的利用有限元模型探究了方矩形管连续辊弯成形时应力-应变分布规律,并分析了道次数量、角部成形半径和机架间距对方矩管角部应力-应变分布的影响。结果表明:发现材料起裂点位于角部近外层,对开裂断口进行分析,得到其开裂方式为准解理开裂,角部剪切面上所受的主应力过大导致其开裂;增加辊弯道次数量、方矩形管角部成形半径以及机架之间的间距能有效减少开裂问题的出现,为以后解决方矩形管角部开裂问题提供了理论基础。

大尺寸钢筋混凝土异形板梁桥开裂机理与对策分析

目的分析大尺寸钢筋混凝土异形板梁桥的开裂机理,通过改变支座约束方式来提高异形板梁桥的抗裂性能,降低大尺寸钢筋混凝土异形板最大裂缝宽度。方法模型分析中施加自重、收缩徐变和车道荷载,分析上述荷载下异形板梁桥的变形、支座反力、结构应力和受拉损伤分布等特征;同时引入最大裂缝宽度计算公式,对异形板的开裂特征进行分析。结果上述荷载作用下,异形板斜向布置的支座之间的挠度较大,支座未出现超载或脱空。此外,异形板底面应力水平比顶面更高;混凝土受拉损伤分布与支座布置形式有紧密关系。结论通过对支座约束方式进行合理的调整,可以有效优化异形板梁桥的抗裂性能,最大裂缝宽度减小幅度为32.8%。

面板堆石坝面板开裂机理与防治措施

面板堆石坝应用广泛,但在多种因素影响下将会导致面板开裂,严重影响坝体安全。针对面板堆石坝的面板开裂问题,通过分析结构特点、研究现状及成因机理,总结了面板裂缝处理和防治措施。结果表明:混凝土面板裂缝防治需要从混凝土性能、施工工艺和保温保湿等多个方面入手,确保混凝土抗拉强度,减小环境因素的不利影响,以提高面板的整体性、耐久性和结构安全性。对指导工程实践,确保面板堆石坝的安全可靠应用具有重要意义。

地下室混凝土挡墙开裂机理研究

地下室混凝土挡墙开裂在工程中较为常见,但其开裂机理尚未完全厘清。以某地下室混凝土挡墙开裂为案例,对其挡墙裂缝进行了外观检测并取样进行了碳化深度检测;复核实际工程表明挡墙厚度和混凝土强度符合设计要求,配筋指标基本符合设计要求;此外,对组成混凝土的原材料对开裂的影响进行了对比分析,表明比表面积越大的水泥,其混凝土早期开裂更严重;混凝土强度富裕系数高,不利于混凝土的抗裂。分析试验结果表明混凝土收缩是造成地下室混凝土挡墙开裂的主要原因,为挡墙开裂的机理研究提供借鉴与参考。

建筑工程隔墙开裂机理分析及预控措施

建筑工程隔墙部分是建筑工程施工建设过程中的重要关注内容之一,对工程质量具有重要的影响作用。为保证建筑工程隔墙质量与建筑安全,本文利用经验总结法与案例分析法对建筑工程隔墙开裂问题相关内容进行研究。在研究过程中对砌块隔墙与轻质隔墙两种类型的隔墙开裂机理与预控措施进行分别描述,并借助实际建筑工程案例具体阐述预控措施施工注意事项。通过研究可得出以下结论,砌块隔墙开裂类型包括主体结构变形、隔墙体收缩和隔墙施工质量等;轻质隔墙开裂类型包括门头板开裂、条体与主体衔接开裂、隔墙管线嵌入开裂等。可利用强化材料管理、施工管理、设备管理等方法实现隔墙开裂的有效预控。

厂房施工期混凝土开裂机理和防裂方法分析

在厂房建设阶段,混凝土施工技术的实际应用频率较高,但是由于受到环境温度及混凝土特性等多种因素的影响,易在施工期出现混凝土结构开裂问题,降低整体稳固性,缩短厂房的可使用寿命。因此,应先明确混凝土开裂机理,再采取切实可行的防裂方法,提高混凝土各环节施工作业的可控性,从源头上减少开裂问题。本文就通过分析厂房施工期混凝土开裂机理,提出了几种常用的防裂方法,以保证混凝土结构的稳固性。

压力管道应力腐蚀开裂机理和影响因素研究

文章具体分析压力管道应力腐蚀开裂机理和影响因素,具体从环境因素,介质因素,材料因素等方面展开论述,提出如何有效预防压力管道应力腐蚀开裂问题,希望为相关人员提供一定的参考。

非对称连拱隧道衬砌开裂特征、机理及其对结构承载力的影响研究

非对称连拱隧道由于具有跨度大、受力复杂的特征,极易发生开裂问题。以非对称连拱隧道作为研究对象,使用ABAQUS有限元的仿真数值模拟研究方法,建立三维数值模拟模型,分别针对开裂特征与开裂机理进行分析,着重探讨开裂对非对称连拱隧道衬砌结构承载力的影响,得出以下结论:(1)考虑无空洞条件下,非对称连拱隧道结构中隔墙底部位开裂最为严重,两侧仰拱与顶拱为裂缝主要区域;考虑空洞条件下,诱发的开裂特征主要表现为环向开裂与纵向开裂,而隧道空洞附近的围岩压力分布不均是影响开裂的主要因素。(2)衬砌裂缝对非对称连拱隧道结构的衬砌弯矩的传递有着显著性的“截断效应”,裂缝数量越多,对弯矩影响越小。当裂缝位于空洞中心位置时,产生贯穿裂缝破坏;当裂缝位于空洞边界时,产生局部开裂破坏。

表征干燥失水诱发膨胀土收缩-开裂-沉陷机理的数学模型

膨胀土因干燥失水引起的收缩、开裂和沉陷会使其水力与力学特性发生显著变化,从而对膨胀土地区水工建筑物的稳定性产生负面影响,因此有必要研究这三个物理过程的细观机理和宏观响应。为此,先建立团粒、裂隙和沉陷这三个区域分布的数学模型;再通过分析收缩-开裂-沉陷过程中理想土块与裂隙之间的几何关系,推得裂隙相对宽度的理论计算公式;最后,对安康膨胀土开展收缩-开裂-沉陷的室内试验,并结合已有文献所述室内和现场试验结果,验证了这三种区域的数学模型在采用同一组参数描述团粒孔隙率、裂隙率及其相对宽度、沉陷率变化规律时的有效性,并建立了膨胀土团粒孔隙率-含水率-基质吸力的关系。该组数学模型为定量描述膨胀土的体变特征和渗透特性提供了一种新方法。

深厚覆盖层上土石坝防渗墙损伤开裂精细化分析及防渗功能评价

混凝土防渗墙是覆盖层上土石坝坝基的关键防渗结构,由于防渗墙与覆盖层的刚度和尺度差异巨大,通常的数值分析方法难以保证精度,且现有基于强度的安全评价方法,无法适应防渗墙作为防渗结构而非承载结构的功能评价要求。本文提出了比例边界元-有限元耦合跨尺度离散、塑性损伤模型和内聚力模型分离描述压损伤和受拉开裂、破损后防渗功能目标评价的精细化分析方法,实现了深厚覆盖层上土石坝防渗墙的性态演化评价。研究结果表明:超深覆盖层上悬挂式防渗墙在两岸底部因近似垂直于岸坡的高压应力发生压损伤,类“外伸梁”的面内弯曲变形使靠近防渗墙两岸的顶部和底部区域产生坝轴向高拉应力导致槽段间出现竖向裂缝;在防渗墙两岸的上游侧局部设置辅助防渗措施,可有效降低防渗墙破损后的渗流量。本文方法揭示了混凝土防渗墙的损伤开裂模式,定位了防渗墙薄弱区域,评价了防渗墙损伤开裂对防渗功能的影响,量化防渗措施效果,实现了防渗墙从传统承载能力评价到功能性态评价的跨越,可为深厚覆盖层上土石坝防渗墙的安全评价和设计优化提供理论和技术支持。

氦气资源形成地质条件、成因机理与富集规律

借鉴含油气系统思路及方法,基于典型富氦气田解剖,并利用地球化学成藏方法技术,研究天然气中氦气资源形成的地质条件、成因机理与富集规律。结果表明:①氦气“生-运-聚”机理与天然气有显著差异性,氦气主要为基底富U、Th元素缓慢α衰变或深部壳幔氦释放,沿岩石圈复合输导体系运移至天然气成藏系统,依附适宜载体气聚集成藏。②氦运移输导主要受“岩石圈断裂、基底断裂、沉积层断裂、有效输导层”复合输导体系控制,基于地下流体中“氦-气-水”相平衡及相-势耦合综合分析,提出氦气运聚过程中具有“水溶相、气溶相、游离相”3种主要赋存状态,存在氦气“集流、渗流、扩散”3种运移方式。③富氦气藏形成和氦气富集通常受控于“优质氦源、高效输导、适宜载体”3大主控要素,具有“脱溶汇聚、浮力驱动、压差驱替”3种聚集成藏动力类型,已发现富氦气藏具有相对“近氦源、邻断裂、低势区、高部位”的分布规律和成藏模式。④氦气富集区勘探和评价需要依托天然气兼探/并探,在评价落实氦气“源-运-聚”要素与天然气“生-储-盖”条件耦合匹配性、局部相对低势高部位有利圈闭载体气区的基础上,综合评价优选“通源连圈、低势高位、气氦适配”的有利氦气富集区。

古建筑木构件开裂机制、评估与加固研究进展

开裂作为古建筑木构件最常见的残损类型之一,影响木构件的长期服役性能,是古建筑稳定性与安全性评估的重要考查内容。本文从古建筑木构件开裂情况、原因、影响,评估方法及修复加固等方面,系统梳理古建筑木构件开裂残损相关研究成果。分析发现我国古建筑木构件开裂的主要原因为木材干缩与受力破坏,主要类型为纵向开裂,开裂可降低木构件力学性能,也可为其他不利因素作用于木构件提供条件。目前主要通过实际试验与数值模拟评估开裂对木构件性能的影响,利用金属材料、纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)与高分子树脂材料对开裂木构件进行修复加固。然而,由于古建筑的特殊性与木材变异性,仍需进一步探索木构件的不同尺度开裂机制,开发适用于古建筑开裂木构件的检测、评估与加固方法,建立科学系统性的古建筑保护体系。

质子交换膜燃料电池系统故障机理分析及诊断方法研究综述

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFC)以其高效无污染等特性在发电、交通运载以及航空航天等领域有广阔的应用前景,然而可靠性和耐久性不足等问题已成为技术瓶颈,亟需探究高效的系统故障诊断方法。该文在介绍质子交换膜燃料电池系统构成及典型故障产生机理的基础上,综述了基于模型方法、数据驱动方法、实验测试方法、融合方法等质子交换膜燃料电池系统的故障诊断方法研究进展,对各种方法进行了分析比对,并对在线诊断技术进行总结分析,最后提出质子交换膜燃料电池系统故障诊断方法发展趋势及展望,以期为其后续研究及快速商业化应用提供参考。

益生菌在鸡养殖中的应用及其作用机理

益生菌是一种新型绿色的添加剂,能通过促生长调控、维持微生态平衡、维持肠道屏障结构和功能完整及增强免疫等机制改善鸡的健康并提高其生长性能与品质,同时也不会污染环境和发生药物残留。文章对益生菌在鸡养殖业中的应用及其作用机理进行综述,以期为鸡用益生菌的研究及应用提供理论参考。

改性钢渣-沥青混合料的性能及机理

采用甲基硅酸钠溶液、二氧化硅胶体溶液、聚丙烯酸酯乳液对钢渣进行浸泡改性处理,通过性能测试、扫描电子显微镜(SEM)、声发射等测试方法研究了改性钢渣的物理、力学性能,改性钢渣-沥青混合料的性能,钢渣的改性机理和改性钢渣-沥青混合料的抗裂机理。结果表明,4.75~19 mm钢渣经1%~4%浓度溶剂改性后,物理性能得到明显改善;经3%浓度溶剂改性后的钢渣制备的改性钢渣-沥青混合料的体积稳定性较未改性钢渣-沥青混合料(RSAM)提高了27.92%~39.09%;改性钢渣表面包裹着不同状态的不溶于水的改性保护层,经二氧化硅改性后的钢渣(SMS)表面呈现出致密的层状结构且保持表面粗糙,改性效果最优;二氧化硅改性钢渣-沥青混合料(SMSAM)的裂纹宽度减小,主裂纹出现的时间较晚,SMS对SMSAM的断裂破坏起到了一定的减缓作用,提高了混合料的抗开裂性能。

沥青基碳纤维的制备工艺、反应机理及调控方法

沥青基碳纤维是重要的工程碳纤维之一,在航空航天、国防军工等领域具有广泛应用。沥青基碳纤维制备流程长、影响因素多,归咎于对其制备工艺、反应机理及调控方法的认识不足,迄今工业化生产强度性能优异的沥青基碳纤维仍面临诸多困难。以碳纤维生产流程为主线,针对原料预处理、沥青前驱体调制、熔融纺丝、预氧化及炭化与石墨化的现状、方法、机理及调控进行深入探讨分析。沥青基碳纤维的原料有煤系、石油系、生物质系、高分子系和纯化合物,原料预处理方法主要有蒸馏和萃取;沥青前驱体的调制本质是以氢转移反应和自由基反应并行的液相炭化反应,包括环化、芳构化、低聚和缩聚等复杂的反应过程。芳烃低聚物在高温下缩聚形成稠环芳烃片状大分子的基本结构单元,基本结构单元经过热运动不断聚集,形成聚集体;由于范德华力作用使基本结构单元相互堆叠,形成平行堆积体,进而通过层积、堆积等过程形成基本构筑单元聚集体。基本构筑单元聚集体在不同反应条件下可以转变为长程无序、短程有序的难石墨化结构,也可以转变为长程有序、短程有序的易石墨化结构。以煤系、石油系和生物质系物质为原料调制沥青前驱体时,因其反应活性好,通常选用设备简单、操作容易、成本低廉的热缩聚法;而当以萘、甲基萘等纯化合物为原料时,因其反应活性差,需要较高的温度才能引发自由基反应,故通常采用催化合成法。熔融纺丝宏观上起到塑型的作用,通过改变纺丝参数和喷丝板的形状分别可以调节碳纤维的直径和形状;此外,熔融纺丝对中间相沥青前驱体的重排分子作用尤为明显,使得石墨微晶更易沿轴向一维排列形成有序的石墨晶体结构。为使沥青纤维在炭化过程中不发生融化,需要将沥青纤维由热塑性转变为热固性,即通过轻微的氧化反应,让沥青中的稠环芳烃分子经历氧化、缩合、分解和脱水,从而形成特定的交联结构,最终在纤维结构中生成一定量的含氧官能团。炭化是使预氧化后的纤维经过复杂的化学反应和结构转变形成具有炭材料分子结构特征的碳纤维。炭化过程中,石墨微晶发生重排,非碳原子被移除,碳元素含量进一步升高;经过石墨化后,石墨晶体结构更加完整、取向度更高,使碳纤维向石墨纤维转变,强度性能更加优异。另外,针对沥青基碳纤维的突破方向,提出了从分子维度定向可控制备的思路;并为碳纤维生产过程中耗时耗能的预氧化步骤的优化改进提供了具体方法。

二氧化碳相变爆破致裂机理与应用研究进展

煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科学问题,二氧化碳相变爆破因其安全可控、能量易调节等优点成为煤岩体致裂的有效手段之一。为确定二氧化碳相变爆破致裂机理,扩展相变爆破致裂工程应用,分析了二氧化碳相变爆破原理和致裂器材与装备,统计比较不同方式相变爆破能量计算方式,相较于传统炸药爆破,相变爆破属于一种低能量致裂方式;通过分析二氧化碳相变射流传播特征,探究相变爆破中等应力起裂和高压气体协同作用方式,煤岩体在中等冲击作用下,受到拉应力破坏产生径向初始断裂,并在冲击波和卸载波综合作用下形成多重起裂特征,高压气体在多重裂隙中进一步扩展,驱动裂隙向外扩展,明确了相变爆破应力气体协同致裂过程;进一步研究了泄能方向、煤岩体性质、爆破参数、初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等因素对相变爆破致裂效果的影响,泄能方向对煤岩体破坏起到直接作用,引发非对称损伤破坏,煤岩体抗压强度和致裂孔间距是影响致裂效果的关键因素,初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等影响裂纹发育扩展特征;在相变爆破致裂工程应用方面,揭示了相变爆破多重裂隙渗流特征,确定了高瓦斯煤层致裂增透效果,对比了预裂前后煤体截割特征,验证了预裂提升块煤率可行性,并探究了相变爆破预裂顶板垮落特性。针对相变爆破致裂应从多速率冲击破碎、损伤破坏多尺度分析、致裂过程多物理场耦合及延时相变爆破技术等方向进一步扩展研究,拓宽二氧化碳相变爆破应用场景。

CMAS、CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐作用下热障涂层的腐蚀行为与机理

环境沉积物(CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2),CMAS)的高温腐蚀已成为航空发动机涡轮叶片热障涂层过早失效的重要原因之一。然而涡轮叶片工作环境复杂,熔盐、海盐常与CMAS耦合,一起对热障涂层造成多元复杂腐蚀,但目前关于CMAS与盐类的多元耦合腐蚀行为鲜有报道。针对Y2O_(3)部分稳定ZrO_(2)(YSZ)热障涂层在CMAS、CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐作用下的腐蚀行为进行对比研究。通过XRD、SEM等方法对不同条件下腐蚀后的涂层进行表征,并分析热处理温度、腐蚀物种类对腐蚀行为的影响。结果表明:与CMAS相比,CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐会在更低的温度下损伤涂层(1200℃)。当三种腐蚀物均能完全熔化时(1250℃),CMAS+NaVO_(3)、CMAS+海盐熔体则由于更大的流动性而大量渗入,腐蚀内部涂层。其中,CMAS+海盐熔体在涂层内的渗透性最强,1250℃热处理4 h后,渗透深度超过400μm。盐类的共存会改变CMAS的性质,增强熔体的渗透能力,增加涂层内部甚至底部失效的倾向。研究结果有助于理解盐类与CMAS耦合时混合熔体对热障涂层的破坏机理及潜在威胁。