材料和结构的损伤与安全性

材料和结构的损伤与安全性（精选9篇）

材料和结构的损伤与安全性 篇1

低能量冲击对碳/环氧复合材料缠绕压力容器的结构损伤及强度影响分析

碳/环氧复合材料缠绕压力容器对外界冲击非常敏感,较低能量的.冲击就有可能造成容器结构的严重损伤,进而导致爆破强度的显著降低.国外在碳/环氧复合材料缠绕压力容器低能量冲击研究方面取得了一些试验结果,在对这些试验结果进行综合分析,提炼出了影响冲击损伤效果的相关因素,并分析了这些因素对损伤效果的影响趋势进行了.另外对我国今后开展这方面的相关研究工作提出了一些建议.

作 者：王小永 刘志栋 池秀芬 WANG Xiao-yong LIU Zhi-dong CHI Xiu-fen 作者单位：兰州空间技术物理研究所,兰州,730000刊 名：强度与环境 ISTIC英文刊名：STRUCTURE & ENVIRONMENT ENGINEERING年，卷(期)：200734(3)分类号：V411.84 V216.55关键词：结构损伤 爆破强度 低能量冲击 碳/环氧 复合材料缠绕压力容器

材料和结构的损伤与安全性 篇2

近年来,复合材料以其高比强度、高比模量等优越于传统金属材料的性能,广泛应用于航空航天、汽车以及机械制造等行业。对工程结构的事故分析表明,复合材料内部微裂纹或微缺陷等损伤的发展和聚合是导致结构失效的重要原因之一[1],所以对复合材料结构损伤过程与强度评价方法的研究是工程中最为关心的问题之一。

针对任何一种工程材料,建立适当的强度模型,研究结构的损伤和强度特性,对于判断材料的承载情况,保证结构的正常工作与安全具有理论和实际意义。纤维增强复合材料是一种存在微观缺陷的细观微结构材料,呈现出不均匀和各向异性的特点,其损伤演化过程异常复杂,给复合材料结构损伤和强度特性的研究工作带来了很大的难度。因此,近年来国内外学者针对复合材料结构的损伤问题进行了大量深入的研究,早期的评述文献可见文献[2,3]。本文首先说明了复合材料结构损伤问题的分析基础,然后对此方面的研究方法和研究进展进行了较为全面地评述和讨论,最后提出了复合材料结构损伤方面今后应深入研究的问题。

1 强度失效准则的分析

“复合材料损伤”是美国Reifsnider教授于1977年在研究复合材料破坏时明确提出的[4],其损伤用强度失效理论来判定。

早期,类比材料力学的强度理论得到了最大应力和应变强度失效准则等,但因为复合材料与金属存在本质上的区别,即细观结构不同,所以针对不同的复合材料结构形式,产生了不同复合材料强度失效准则。近年来,国内外学者对不同的强度失效准则进行了研究,分析其对不同工况、不同结构形式的损伤预测精度。

强度准则属于一种近似准则,其中模式无关的失效准则并不考虑具体的失效模式,而是根据实验数据,通过构建基于应力分量的函数来近似地表示。其中,最简单、应用最广泛的是二次多项式失效准则,例如Tsai-Wu各向异性强度准则[5,6,7,8]:

式中:Fi,Fij为材料主轴方向的二阶和四阶强度张量。

Tsai-Wu强度失效准则由于考虑了应力之间的相互作用,对实体型复合材料结构损伤的预测精度较高,缺点是无法预测结构的损伤模式。为了克服此缺点,Zhao[6]和Engelstad[7]等运用Tsai-Wu准则时使用了失效指数来确定结构失效模式的方法。

另有一类失效准则可预测结构失效模式,例如Hashin失效准则、Puck失效准则等,其中Puck失效准则[9]是在Hashin失效准则的基础上得到的,不仅可以预测微裂纹的出现,还可以确定微裂纹的方向。此类失效准则中,Hashin失效准则[10]及其改进形式应用最为广泛,例如Nikishkov[11]和Shi[9]等均基于此研究层合板的失效模式和强度特性,Mohammadi[12]等在Hashin失效准则的基础上,增加了判断剪切损伤准则,重点研究了层合结构的非线性剪切行为。但是Hashin失效准则对于实体型结构形式则不太适用[13],其原因是实体型结构的细观编织形式比较复杂,无法区分其损伤模式是纤维、基体或剪切的损伤形式。

Hou等[14]考虑非线性因素对Chang-Chang准则的影响,得到了著名的Hou准则,此准则对于层合板结构在拉伸载荷作用下的纤维损伤具有较高的精度。古兴瑾[15]和马凯[16]等以Hashin准则为基础,考虑应变率效应对强度参数进行了修正,针对层合板结构在高速冲击下的损伤研究有较高的预测精度。陆晓华[17]在理论分析和试验研究的基础上,推导出一种新的强度准则,并对双轴纤维增强复合材料的损伤特性进行了研究。陈博等[18]分析总结了一些常用准则的特点和不足之处,考虑应力之间耦合效应对最大应力准则进行了修正,并考虑偏轴角度和纤维模量与基体模量之间差异的影响,应用于复合材料层合板结构,通过验证具有广泛的适用性。赵士洋等[19]通过分析强度失效准则的构成方法和特点,提出了一种新的强度失效准则,并对复合材料层合板的损伤进行了数值模拟。

2 结构损伤模型的研究进展

连续介质损伤力学方法研究复合材料的损伤破坏时,将含损伤介质视为连续体,侧重于研究细观损伤的宏观表现。宏观损伤模型的建立过程通常分为4个步骤:(1)选择标量或张量型损伤内变量、可观测的外变量来表征材料内部细观缺陷的变化;(2)基于连续介质力学和有限元法推导出损伤本构关系;(3)用损伤广义力表征微细观缺陷损伤的相互作用和影响,建立唯象的损伤演变方程;(4)根据初始和边界条件求解材料各点的应力、应变和损伤值。

基于复合材料的结构损伤模型,求解复合材料结构损伤的计算方法分为解析方法和数值方法。解析方法适合比较简单的结构形式,利用材料力学、势能原理等获得结构损伤的解析表达式,计算量小,但是精度不高。数值方法主要包括有限元法、边界元法、杂交元法等,其中应用最广泛的是有限元法,可有效地研究结构在不同载荷下的损伤形式和强度特性,并且有利于进行参数研究。

2.1 损伤变量

一种损伤模型的有效与否,很大程度上取决于模型采用的损伤变量。损伤变量是根据材料内部存在的微细观缺陷的特征引入的,以便于建立合适的损伤模型来描述受损材料的力学效应。

如工程结构常用的为弹性常数损伤变量,即只考虑微缺陷对材料性质影响的一阶效应,认为损伤时是各向同性的,比较典型的为Lemaitre等[4]定义的损伤变量:

式中:为受损材料的弹性系数;E为无损材料的弹性系数。

另外,还可用多个标量、矢量、二阶或更高阶的张量等来描述材料的损伤状态,例如Vasiukov等[20]采用四阶张量形式定义结构的损伤。

2.2 损伤本构关系

实际应用中,一般将复合材料的力学行为直接类比为正交各向异性材料,从而得到本构关系。复合材料结构在加载过程中出现局部破坏后,一般还能继续承受载荷。材料损伤导致结构的性能退化,从而使失效区域的承载能力下降,所以确定复合材料结构的静强度问题需要确定损伤后复合材料的本构关系。

(1)损伤应力-应变关系

在确定损伤变量的形式后,一般使用能量等效性原理、应变等效性原理以及应力等效性原理推导出含损伤的复合材料结构本构关系。

文献[21]中,推导出损伤应力-应变之间的关系为:

由于损伤后弹性模量的对称性,损伤张量Dijrs不是对称的。虽然比较准确,但是对于纤维增强复合材料来说比较复杂,且需建立多个损伤增长表达式,不利于工程应用。

针对层合板结构形式,van Paepegem等[22]把损伤分为两种形式———层内损伤(基体开裂、纤维断裂等)和面外损伤(分层等)。假设面内的应力只受面内损伤的影响,面外的应力只受面外损伤的影响。

当材料出现损伤时,结构承载能力发生变化。在宏观上表现为刚度的退化,因此可引入刚度退化因子M[13]:

使用应变能等价定理可推出实际损伤刚度矩阵C和线弹性刚度矩阵C0的关系为:

2015年,Lee等根据试验结果,在损伤本构关系中引入控制参数,认为剪切损伤参数由基体拉伸和压缩损伤参数以及控制参数所决定,而与纤维损伤无关,详见文献[23]。

(2)应变率效应

复合材料是一种应变率非常明显的材料,其弹性模量、破坏应变和强度等均存在一定程度的应变率强化或软化特性。现有研究表明[24],基体在高应变率下为粘弹性,是复合材料应变率效应的主要原因,且均匀各向同性材料的粘弹性模型可用一个线弹性单元与Maxwell体并联,例如Karim[25]在进行高应变率下复合材料本构关系的研究中指出,用含有2个Maxwell体的分析模型描述材料的粘弹性行为,应力-应变关系为:

式中:Er为材料的松弛模量,一般可在常应变下的松弛实验测得。

2015年,Park等[26]建立了与应变率相关的复合材料结构的损伤本构模型,研究了不同应变率下面内剪切载荷作用下结构的应力、应变变化规律,同时分析了结构弹性模量与应变率的关系,并用试验验证了损伤本构模型的正确性。Shojaei等[27]从理论上推导了动态损伤的结构本构关系,在此基础上,进行了层合板结构的损伤研究。

2.3 损伤演变方程

损伤变量作为材料的内部状态变量,随着外载荷的变化而变化,其演变方程可确定结构刚度退化的程度,但是如何建立损伤演化方程从理论上还没有很好的解决方法。目前,此方程的建立主要有以下3种方法:实验(或经验)方法、不可逆热力学方法以及等价位移法等,其中后两者均是基于能量角度确定的。

(1)实验(或经验)方法

使用实验(或经验)方法确定复合材料结构的损伤演变方程,比较简单,易在工程上应用,但是物理意义不明确。例如,其中的突然退化模型因数值模拟比较简单,在复合材料的失效分析中被广泛应用[28],但是没有模拟出材料性能随损伤加剧逐渐变化的过程,导致结构的强度预测误差较大。

McCarthy等[29]采用三次样条方程式对试验数据进行处理,得到了结构损伤演变方程;Kilic等[30]采用的损伤变化形式与其应变成正比,即当损伤参数在μεf(εf为首次失效时的应变)达到其极限值1,其中μ的取值依靠试验获得;王成华等[13]综合理论分析和试验研究,建立了一种与各方向应力相关的六分量指数型刚度退化模型;Nikishkov等[11]在研究复合材料层合板的疲劳损伤时,损伤演变方程为与时间有关的参量的指数形式。

(2)不可逆热力学方法

使用不可逆热力学方法推导复合材料结构的损伤演化方程时,只有应用Clausius-Duhem不等式。此方法具有较强的物理背景,但是在公式推导过程中需一定的假设条件,比较复杂,且公式中的参数需要实验确定。在等位条件下的公式如式(7)所示[31]:

式中:γ是损伤引起的能量耗散的功率,且是与时间有关的功率;ρ是材料密度;ψ是自由能。

其损伤演化过程的推导过程在等温条件下,单位质量的Helmhltz自由能公式如式(8)所示。

式中:ψe是弹性变形自由能,ψd是损伤硬化自由能,κ是内部参量,ρ是材料密度。Dii(=1,2,6)各个标量分别代表纤维、基体和剪切损伤。

国内外学者等基于一定的假设对式(7)进行推导,得到复合材料结构的损伤演化规律,详见文献[32]]。损伤演变方程的形式一般为指数型,且需复合材料损伤试验确定方程中的待定参数。此方法的优点是通过对损伤的理论分析和公式推导,可对结构的损伤扩展进行深入研究,缺点是无法考虑温度的影响。

(3)等价位移法

在研究复合材料结构损伤时,因为刚度退化体现为局部软化特征,减小有限元网格大小,能量释放也随之减小,所以复合材料的损伤演化过程对于有限元计算分析时的网格依赖性很高。使用等价位移法建立此方程可削弱计算结果对网格尺寸的依赖性,因为此方法在推导结构的损伤演变方程时考虑了有限元网格特征长度的影响,所以国内外很多学者利用此方法确定损伤演方程,例如Zhang[33]、Zhou[34]和Ridha[8]等。

文献[9]将层合板结构的损伤演化分为拉伸失效模式和压缩失效模式。纤维和基体拉伸的损伤变量为:

式中:dT1,2为1,2方向的损伤变量,下角标1,2代表纤维和横向方向,ε0T1,2为损伤初始的应变,因为损伤的不可逆性,每一步的应变,为了避免零或负能量的产生,最终失效应变εfT1,2>ε0T1,2。

Guo等[35]假定一种破坏模式的断裂能密度保持不变,当某一部位失效时,其单元消散能量等于其弹性能量,使用位移参量推导出结构的损伤演变方程,其形式与式(9)类似。

(4)总结与分析

从损伤变量的相关物理背景可知,损伤变量必须满足热力学不可逆定理,即损伤过程是不可逆的。可假设损伤变量d是某一函数f的表达式:

式中:f是与结构应力状态和强度失效准则有关的函数表达式。

同样,损伤变量可通过多个内部函数表示:

式中:f1、f2···fn是多个单调递增函数,其值域为(0,1)。

理论上,只要函数满足式(10),均可以用来定义损伤演变方程。可根据材料以及实际情况,选择函数的个数和形式。采用不同的函数形式,其变化形式基本相同,均是从0单调递增到1,但是变化过程的趋势是不同的,主要是在初始阶段的曲率不同。综合相关文献可得,损伤演变方程一般为直线型和指数型,通过分析结构损伤的实际演化规律可得,在损伤初始时刻,损伤发展较快,但是随着损伤扩展,损伤发展更趋于平缓,损伤参数趋近于1,所以指数型更符合结构的实际工况,参见文献[36-38]。

今后,如果按照不同的工程材料在不同的工况下选择合适的函数表达式,然后再根据试验结果确定或修正结构的损伤演化方程,可建立一种更为精确的损伤模型,从而获得更好的数值结果。并且可进一步建立工程材料损伤模型的数据库,这具有重大的工程意义。

3 不同载荷的结构损伤研究进展

3.1 静力载荷

纤维增强复合材料结构在静载荷下的损伤研究是其他载荷形式的研究基础,国内外学者的研究也最充分,但是大多集中在简单结构件。Spottswood等[39]重点研究了有曲率的层合板在横向载荷下的渐进损伤。Zhang等[40]首先考虑温度效应,从理论上推导出单轴拉伸和双轴拉伸作用下复合材料的损伤应力-应变关系和结构的损伤演变方程,对层合结构在双轴拉伸和热载荷作用下的力学性能退化作了研究。Li等[41]考虑了非弹性应变对结构损伤的影响。Ridha等[8]研究了不同尺寸和不同层叠顺序的结构损伤和强度特性。

2015年,由于复合材料的多向加载问题的结构损伤机理还不是很清楚,因此,Lee等[42]认为Tsai-Wu等的研究中相互作用失效准则均是单向层合板在单向载荷作用下获得的,但是对多向载荷下的复合材料结构不一定适用,从理论上研究了多向载荷作用下复合材料板壳结构的二维应力相互影响失效理论,并经过试验验证了二维应力相互影响失效理论的正确性。

3.2 疲劳载荷

复合材料结构在静载荷和疲劳载荷下的损伤特性都受到材料内部初始缺陷的影响,不同点是不同的加载方式引起不同特征的损伤。Whitworth等[43]将结构损伤模型代入到S-N曲线中,从理论上推导了疲劳载荷作用下的剩余刚度和强度表达式。van Paepegem等[44]采用有限元法对试验构件进行了数值模拟,得到了结构在疲劳载荷作用下剩余刚度[46]。Vallons等[47]重点研究了复合材料在低载荷循环下的刚度退化形式,得出结构在疲劳载荷下的损伤特性与其在静载荷下的结构损伤具有相似性,并用试验验证了数值仿真的正确性。

近年来,国内外学者对变幅值载荷作用下的结构疲劳损伤作了大量深入的研究。2011年,Eliopoulos等[49]]针对变幅值循环载荷下的层合板,假设其处于平面应力状态,计算了结构的剩余强度并用试验验证模型的正确性。同年,Passipoularidis等[50]在Puck失效准则的基础上,对变幅值疲劳载荷下的结构寿命进行了预测。

2015年,Shiri等[51]基于对结构剩余刚度和强度的研究修正了疲劳模型,重点研究了不同幅值的疲劳拉伸载荷作用下,复合材料层合板的疲劳损伤和强度特性,并研究了材料强度分散性对结构疲劳寿命的影响。

3.3 冲击载荷

复合材料结构的冲击损伤分析过程是一个高度非线性问题,包括材料非线性、结构大变形引起的几何非线性和接触非线性等。国内外学者不考虑应变率对损伤的影响,在结构静强度损伤模型的基础上,对冲击损伤做了大量的研究,例如文献[52]中分析了冲击力随时间的变化和冲击次数对结构损伤的影响,得到了结构损伤参数随冲击次数的变化规律。Donadon等[53]研究了结构冲击损伤有限元模型中网格的划分和单元的选择对计算结果的影响。Feng[54]和Shi等[55]重点考虑了结构的非线性剪切行为,采用试验和数值方法对结构的冲击载荷和冲击损伤作了研究。文献[56]从理论上研究了不同相位、不同质量的多个冲击物对层合结构的冲击损伤和强度特性。

近年来,国内外学者Tagarielli[57]和Tabiei等[58]考虑了复合材料的应变率效应对冲击损伤的影响。2015年,Xin等[59]对结构在冲击载荷下的强度失效准则进行了分析,并使用等效位移法建立的损伤演化方程模拟了结构在低速和高速冲击载荷下的渐进损伤过程,并重点研究了应变率对本构模型的影响。同年,Park等[26]研究了不同应变率的载荷作用下结构的应力、应变变化规律以及结构弹性模量与应变率的关系,并用试验验证了损伤模型的正确性。Shojaei等[27]基于连续损伤力学方法从理论上推导了动态损伤的结构本构关系,在此基础上对复合材料层合板的渐进损伤进行了研究。

4 结语

根据以上分析和讨论,建议今后的研究应关注以下几个问题:

(1)强度失效准则的适用性和修正

复合材料的强度失效准则是在经验理论的指导下得出的,不同形式的准则均存在其局限性,所以可通过大量的理论分析、数值模拟和试验研究,得到不同强度失效准则的适用范围和精确性。在此基础上,可对不同的强度失效准则进行修正,主要通过引入修正系数和非线性项等方法,并结合失效准则的构建方法对其进行深度研究。

(2)多向加载问题

目前,复合材料结构在多个方向受载时的损伤研究均是基于结构单向受载的损伤和强度特性,但是多向加载的结构损伤机理还不是很清楚,而复合材料结构的力学环境非常复杂,所以此问题的研究具有必要性和工程适用性。

(3)热力耦合问题

当纤维增强复合材料受到温度载荷时,由于纤维和基体的热膨胀系数不同,结构会产生热残余应力,因此结构的承载能力会降低。目前,复合材料失效准则表征的复杂性以及温度对结构本构关系、损伤特性的影响等研究都不是很充分。但是复合材料在航天结构的应用非常广泛,其温度环境复杂多变,所以研究复合材料结构在热力耦合作用下的损伤问题对航天复合材料结构的设计、优化以及故障诊断等具有重大意义。

(4)应变率效应

材料和结构的损伤与安全性 篇3

关键词：足球；运动；损伤；安全防范

G843

引言：足球运动是创伤发生率非常高的运动项目。外伤程度轻的是擦伤，重的可以是脱位、骨折及内脏破裂。足球运动员在训练时常常会有很多动作如快跑、身体上的冲撞、带球时脚腕灵活等，在足球训练或者比赛中与对手正面交锋，展开激烈的竞争。因此在足球教学中经常会出现擦伤或者更严重的骨折等。这样不仅会影响学生的身心健康也会影响教师的正常教学。下面通过分析足球运动中常出现安全事故的原因，采取相应的安全措施，把运动损伤减到最小范围，对学生的身心健康和教师教学起到十分重要的作用。

一、校园足球运动中常出现的安全事故

1.学生思想认识上存在偏差

在进行足球运动前缺乏对运动过程中会发生运动损伤的可能性的认识，也就是理论知识的理解不够深入，这是主观原因。或者说没能将理论知识运用到实践中去。学生在思想上对运动损伤认识不足，在训练前没有做好充分的准备，对于安全防范意识薄弱，最终导致不必要的事故发生。

2.运动前准备活动不足

运动前的准备活动是每一项体育运动必不可少的一部分。在进行任何运动之前，最好是进行10到15分钟的热身运动，唤醒你身体里面的运动细胞，使你的身体适应了之后再进行体育运动，因此要让你身体里的每一个器官组织都由原来的“睡眠”状态转入适合体育教学训练的“苏醒”状态中。譬如韧带、肌肉等如果没有做好充足的准备就迅速进入足球训练的话，轻者会容易引起肌肉拉伤、韧带扭伤，重者会发生骨折等严重的运动损伤。

3.场地设施差

现在大多数学校关于足球場地设计不科学，设备落。足球一般占地面积比较大，平常的管理也很耗费人力物力，学校大多不愿对足球场地过多的投资。这样对足球教学的顺利进行非常的不利，面对这样的情况教师往往心有余而力不足。此外，场地的设备过于陈旧，有的器材已经坏的不能再用了也没有对这些设备进行更新。这些都会给足球运动造成损伤的可能性更大。

4.运动后未能及时做拉伸

有些学生为了能练好足球，一开始运动就停不下来，运动强度过大，疲劳过度。并且很多人运动完之后立马坐下来，没有及时给肌肉“按摩”，容易造成肌肉劳损，特别是腿部肌肉酸痛。或者大量喝冰冻的水或饮料来解渴，这些都会对身体的健康造成一定的影响。

5.课外体育活动过程中造成的运动损伤

课外活动是很多学生喜欢一起结伴组织去打球或者踢足球的自由时间，因为上体育课的时间很短，所以其实课外活动更能让他们得到更多的锻炼。只是虽然这些课外活动会加强他们体能，但是由于课外活动没有了教师的正确指导，这时候的他们会更“肆无忌惮”了，他们对足球运动的安全意识就更加薄弱了。

二、关于校园足球运动的安全防范措施

1.加强对足球场地设施的管理

一个好的教学场地不仅能保证学生的安全还能提高教学质量。因此，学校要加大对足球运动场地设备这方面的投资，比如如果足球场地是真的草坪，就应该请专业人员给草坪及时的修理，不能让杂草乱长也不能让草坪枯死，如果足球场地是塑料草坪，就要及时更换那些已经破烂掉的皮，不能让场地出现坑坑洼洼的现象。因此为了他们的安全，要注意及时检查场地设施和足球器材，确认安全后再进行体育训练。这是防止足球运动损伤的重要措施之一。

2.加强思想教育

在思想上，要加强学生的思想教育，及时掌握关于足球运动安全防范和足球技巧的理论知识，并且能很好的运用到运动实践中去。加强球队的团结意识和道德教育，根据学生的个体差异因材施教。避免有些学生好胜心太强就用蛮力，有时候有好胜心是可以的，但是前提是一定不要把比赛或者训练结果看得比人的安全还重要。所以足球运动里还是要在思想上给他们上一个课。

3.加强运动知识

足球这种体育类型的运动方式是有一定的对抗性的，因此这就需要在进行此类相关体育运动的时候必须要掌握关于足球运动的安全知识。也就是在进行足球训练时，学生对足球运动的安全常识一定要有所了解，并且铭记于心。在足球教学训练时，首先一定要让学生注意安全，不要什么都不顾就冲来冲去。安全第一，比赛第二。要遵守循序渐进的原则，切记不能鲁莽盲目练习，在训练前，教师要跟学生讲清楚规则，比如合理冲撞、对球不对人，什么样的铲球是正确的。这些教师都要进行正确的指导，使学生都要了解到，以减少或者避免足球运动损伤。

另外对于有些学生的个人原因，如带伤训练或者心情不佳时，一定要通知校医务室派人过来随时准备着，学生不要在为了训练带伤硬撑着，那样只会使得结果适得其反，甚至会加重病情，还不如好好养好伤，待伤势稳定了再回去训练也不迟。

4.课外体育活动过程中要做好安全防范措施

虽然课外体育活动不受时间不受教师的限制，但是也不要想脱缰的野马一样不顾一切，在课外体育活动中还是要适当，不要运动过头。就算是没有老师在旁边指导，也应该时刻谨记教师的教导，按照规则来进行足球训练。科学地进行课外体活动，让身体在最好的状态下进行锻炼。加强安全防范意识，减少课外体育运动中的损伤。

5.加强体能训练，有利于身体素质的提高

在平时不做足球训练的时候，学生最好是加强体质锻炼，以提高身体素质。现当代大多数学生的体能远不如从前，随着科技的发展，大多数人成了“手机控”“电脑控”等，出门也都用车代替了双脚。所以人们的身体素质日益下降，很少想到在闲暇时候进行锻炼，所以学生们的体质不断下降。为加强教学质量，应该加强学生的体能锻炼，例如跑跑步、骑自行车、打羽毛球等等，这些都可以提高他们的身体素质。这样也可以减少足球运动损伤。

三、结语

总之，在校园足球训练中的运动损伤是必不可免的，所以为了学生的安全着想，减少学生运动损伤的发生，在教学过程中要让学生加强安全防范意识，加强思想上的体育锻炼，设备上要及时检查不能让学生用坏掉的体育设备；体育教师要引导学生掌握足球运动的基本安全常识，在运动中可以及时进行自我保护，在加强体能健康的同时能减少或者避免运动损伤的发生。这样才能使得学生得到很好的身心发展，达到教学目标的预期效果。

参考文献：

[1]陈龙龙.校园足球活动学生体育伤害事故处理与预防机制的法理研究[D].福建师范大学，2013.

古建筑的结构和材料有哪些特点？ 篇4

材料特点：

以木为主，结合土、砖、石，因地制宜，就地取材，符合生态原则。

结构特点：

1.以抬梁式和穿斗式两种结构形式为主。充分发挥材料性能和特点，例如米结构的韧性，利于抗风、抗震;土结构的气候适宜性等，

材料和结构的损伤与安全性 篇5

谈到复合材料应用于船舶行业，就会想到它与大量水的关系。

为什么复合材料用于船舶和海洋工程结构的建造中

事实上，复合材料用于船舶和海洋结构建造比以往任何时候都要广泛。与其他大多材料相比，比如钢铁和铝，复合材料从重量上具有较高的刚度和强度。复合材料应用于商业船或游船各个部分，其结果是一艘重量非常轻的船比由铝和钢制成的同类型船速度要高。更重要的是，保持较轻的重量可以降低燃料成本。对于容纳数百甚至数千加仑燃料的船只，减少消耗燃料是非常有意义的。

重量优势

除了减少燃料消耗，还有另外一个与重量有关系的因素，那就是速度。一个很好的例子就是高速客轮Jet Rider，在挪威的操作中可运载244名乘客以每小时48英里的速度航行。由于大部分结构是由复合材料制成，这种轻质船与同类金属制船相比，不仅花销成本低，而且航行速度快。

其他由复合材料制成船体的船包括一艘259英尺的渡轮，它可以承载570名乘客和137辆轿车以每小时54英里的速度航行。

复合材料在船体中的应用

目前来说，复合材料的使用越来越广。而大约20多年前，复合船体只限于较小的船只的使用，例如游艇和小型商业渔船。复合材料应用于大船只的成本过于昂贵。

复合材料在扫雷舰中的应用

早期最普遍的复合材料在大型船舶上的应用是由玻璃纤维制成船体的军事扫雷舰。今天，许多大型船只都是用复合材料制成的，在船只的各个领域，包括船壳、地板、墙壁板、甲板和舱壁，以及管道系统、油箱、废水箱、声呐罩、管道、泵、阀门和上部结构。

复合材料在船舶上部建筑中的应用

特别是，复合材料被广泛用在船舶的上层建筑中（船舶甲板以上的部分）。复合材料的使用减少了重量，这意味着更多的设备可以在不牺牲倾侧稳定性的情况下安装在吃水线上面。虽然船只的目的是维持一定的倾侧而不翻覆，但是对于头重脚轻的结构，一个足够强大的力量就会导致其翻船。较大的上部建筑可以由复合材料制成，从而减少倾覆的危险。

复合材料的抗腐蚀性

复合材料应用于船舶制造和各种海洋工程的另外一个原因是因为复合材料无腐蚀性。不同金

属的腐蚀性，复合材料可以持续很多年。因此，复合材料是对抗极端的温度和海水这些非大气环境的理想选择。像螺旋桨轴、救生圈和灯塔这些海洋装备长时间的停留在水中，容易被腐蚀，采用复合材料制成，可以确保它们有长的寿命。

复合材料船舶应用的材料测试

然而，即使拥有所有的优越性能，复合材料还是要经受和钢铁、金属部件同样严格的测试。为确保复合材料满足适航船舶的需求，模拟海洋影响的各种测试都要进行。总的来说，船舶都有一个很长的使用寿命，预计20年或以上。对于复合材料如何在船舶建造中使用，测试变得必不可少，而且在这方条路上将经历许多年的时间。

冲击试验

冲击试验用来预测复合材料如何应对与碎波中码头和载荷的碰撞、触礁的破坏以及水下爆炸碎片损坏。进行复合材料冲击试验可展示重要的数据，比如韧性到脆性的转变点、受到巨大撞击后的剩余强度。

疲劳性、压缩度和弯曲度测试

在上千次航行中，船舶行驶在海洋上的动作类似于弯曲和扭曲。疲劳性、压缩度和弯曲度测试必须执行，以确保材料不会在这种情况下衰退。疲劳度测试用来检测复合材料在循环加载应用中的耐久性和它们变质的时间。压缩测试用来表明破坏的模式，比如分层破坏或压曲破坏，同时用来检测压缩强度。弯曲和扭转测试用来确定复合材料将什么时候“休息”。

黏合剂测试

同样的道理，因为复合材料的结构和组件经常由黏合剂黏合在一起，所以黏结点也必须经过检测。静态的和循环的测试检测黏合强度、去黏合模式和疲劳寿命。

破坏承受度

测试也可以帮助检测破坏承受度。测试结果确定是否一个极端事件将造成灾难性的损害或是否多年积累下来的损伤证明船是不安全的。

总结

造船业复合材料测试的短期目标是为了设计一款重量轻、坚固、成本低、不会倾覆或因过早被腐蚀增加维修成本的适航船舶。长远的目标是获得数据为进一步完善和改进船舶设计提供帮助。

材料和结构的损伤与安全性 篇6

（一）参考例文解析

2003年申论考试第二题“情境之一：给定资料B中烟花爆炸事故发生三天后的现场。作为当地政府派出的事故调查处理的负责人，面对职工、死伤人员家属和有关干部的讲话”。（试题材料见第四章第二节第一个问题）下面，我们对该试题的“参考例文”加以解析。提

纲 例

文

标题：主题句称谓

一、开头：提出问题，表明态度

二、对企业进行安全教育（原因——对策）

三、对群众进行安全教育（原因——对策）

四、对干部进行安全教育（原因——对策）

五、结尾：强调主题，提出希望 牢记惨痛教训，重建安全家园 各位老乡、各位干部、各位同志：大家好。

今天，我怀着很沉重的心情来到这里，面对这黄茅镇遍地的瓦砾、弥漫的硝烟和心中充满悲痛的大家。首先我代表党和政府向在事故中死亡的同志表示深切的哀悼，向受伤职工、死伤人员的家属以及在事故中遭受损失的广大群众表示深切的慰问，你们将按照相关政策获取赔偿和救助，政府将保障你们的生活。

其次，对于这次烟花厂爆炸事故，我将对此做出调查的处理。这次爆炸事故造成了14人死亡、61人受伤，还有暂时无法统计的经济损失。这是一次由于安全意识不强、长期忽视安全隐患的典型事故。我们将对事故责任追究到底，尽快妥善解决。希望各位干部同志负起责任，做到心中有群众，协调解决事故的调查和处理善后工作。

然而，我最希望能引起大家注意的是，大家能够真正吸取这次事故的惨痛教训，在以后的生产生活中真正关注安全问题。我知道，咱们黄茅是江西乃至全国的烟花生产中心，烟花爆竹的生产给咱们镇和大家都带来了实实在在的经济利益。但是，致富不能只看眼前，不顾安全，我们的经济利益是用多大的血的代价换来的呀！这攀达公司建厂至今就发生了4次爆炸，远的不说，1999年就死了42人！烟花工厂、公司的安全责任我们一定会严厉追查，但同时最主要的是群众加强安全意识，因为真正处于危险而不自知的是你们啊！以后希望大家，第一，在生产中严格遵守安全规定，不要只顾及经济效益而忽视安全；第二，发现事故隐患立即向有关部门反映，寻求解决，才是自我保护的最有效手段。

最后，我要说的是政府部门干部同志们的安全意识问题。烟花爆竹业是我县的支柱产业，但目前的安全状况严峻，这次事故表明，只有规范了安全生产，烟花工业才能真正成为安全快速发展的产业。这个关系理顺了才能实现我们的可持续发展。因此，哪怕牺牲眼前的经济利益，也必须让我们的人民获取长久的利益和安定。

材料和结构的损伤与安全性 篇7

南京长江大桥引桥建成于1968年,至今已运营40年,为净跨度29.6 m的双曲拱结构。2008年6月位于大桥南引桥南侧第1跨下方的小商品摊位发生火灾,导致引桥受损严重,该引桥桥孔拱肋表面混凝土剥落,部分钢筋裸露(见图1)。

2 火灾损伤调查

南京长江大桥南侧引桥桥洞内某店铺起火,火势迅速蔓延,时间持续1 h,地面火烧面积为200多m2。为了便于整体了解桥梁受损情况,根据火灾后桥梁的损毁状况以及混凝土破损性状与表面颜色特征等信息推断桥梁的损伤程度,并根据损伤程度将整个过火桥跨拱形结构分成4个区域,以便于下一步有针对性地进行加固处理。其中表1为混凝土表面颜色和外观与受火温度关系[1]。

2.1 混凝土的损伤及检测

桥梁火灾后的损伤检测主要是通过混凝土损伤的确定和桥梁安全性的判定。混凝土的损伤主要是通过温度场的判定来检测的;而安全性的评估是通过桥梁的静动载试验获得。根据灾后的受损程度分区域详述主要的病害特性:

(1)过火区域1,该区域位于东半幅1/4至3/4跨度范围内。主要病害特性:拱肋混凝土大面积严重破损剥落,保护层脱落,表面酥碎,表面混凝土呈浅黄色略显白色,铁锤敲击后开裂混凝土有脱落,钢筋外露,拱肋基本无完整横断面;拱波顶部混凝土原有裂缝纤维修补材料烧毁,各微弯板之间勾缝混凝土部分脱落;横梁混凝土开裂;推断过火温度约在900℃以上。

(2)过火区域2,该区域位于东半幅拱脚至1/4跨度范围内。主要病害特性:拱肋混凝土局部破损剥落,拱肋有较多横纵向裂纹,表面混凝土呈浅黄色略显白色,铁锤敲击后开裂混凝土有空洞感,部分钢筋外露;拱波顶部原有纵向裂缝纤维修补材料烧毁,各微弯板之间勾缝混凝土部分剥落,微弯板存在较多细小龟状裂缝,纵桥向居多;横梁混凝土开裂;推断过火温度约在800~900℃。

(3)过火区域3,该区域位于西半幅1/4至3/4跨度范围内。主要病害特性:在拱肋拱顶附近混凝土有部分破损剥落和开裂,表面部分被火熏黑,部分呈灰白色,铁锤敲击表面除部分开裂混凝土有空洞感之外,其它部位均较为密实;拱波被火熏黑,顶部原有纵向裂缝纤维修补材料烧毁,各微弯板之间勾缝混凝土有剥落,微弯板存在较少细小龟状裂缝,纵桥向具多;横梁混凝土开裂较轻;推断过火温度约在500℃以上。

(4)过火区域4,该区域位于南北拱脚附近。主要病害特性:拱肋混凝土只有轻微破损,无较大面积破损露筋现象发生,拱肋被严重熏黑,铁锤敲击表面除部分开裂混凝土有空洞感之外,其它部位均较为密实;拱波也被火熏黑严重,顶部原有纵向裂缝纤维修补材料烧毁,各微弯板之间勾缝少数混凝土有剥落,微弯板存在较少细小龟状裂缝;横梁混凝土开裂较轻;推断过火温度约在400℃以下。

2.2 构件典型过火病害

南京长江大桥此次火灾中损伤的部位是引桥的双曲拱结构,损伤的主要构件是拱肋、拱波、横梁,各构件的损伤情况各不相同。

(1)拱肋。在失火桥梁的主要构件中,拱肋过火损伤最为严重,主要病害包括:底面混凝土保护层脱落、露筋、掉角以及拱肋两侧面横向裂缝等。该桥运营40余年,表面混凝土早已碳化从而失去对内部钢筋的保护作用,拱肋在过火之前钢筋已经锈蚀。从现场混凝土保护层脱落后的状况分析,某些部位的光圆钢筋锈蚀已相当严重,导致其与混凝土之间的粘结力严重下降,所以在拱肋经过高温(最高达900℃以上)炙烤又被灭火时的冷水迅速降温之后,表面混凝土破损、脱落严重。通过铁锤等敲击发现某些部位表面混凝土虽未脱落,但通过表面裂缝和敲击声音判断混凝土已经酥松,强度削弱,钢筋与混凝土的粘结力严重下降。

(2)拱波。根据现场检测结果并对比临近未受灾孔的拱波状况分析,灾前在每个拱波的拱顶附近均存在一条较宽的纵向裂缝,长度从位于1/3拱波处到贯穿整个拱波之间不等。该裂缝之前通过粘贴纤维材料等方式进行修补过,过火之后粘结胶体和纤维材料均被烧净,裂缝沿纵向有所增长。

(3)微弯板。微弯板过火并被水急速冷却后,微弯板出现较多细小裂缝,最大裂缝宽度约有0.3 mm,大多是沿板纵向分布;微弯板未见明显破损,只是微弯板勾缝混凝土有部分脱落。

(4)横梁。横梁过火后病害与拱肋类似,主要表现为混凝土开裂、脱落、破损露筋等,但破损程度较拱肋轻;横梁开裂后锤击较多有空声,说明混凝土已起鼓,钢筋与混凝土脱离,粘结力已遭破坏。

病害调查结果表明,火灾后拱桥各构件表面被不同程度的烧伤,拱肋损伤最为严重,出现大面积混凝土脱落、露筋和爆裂,钢筋与混凝土之间的粘结力破坏;拱波出现部分裂缝和龟裂,原有纵向裂缝有所扩展,横梁也出现部分混凝土脱落和露筋现象,开裂部位钢筋与混凝土间的粘结力已经破坏。

3 桥梁加固

由于长江大桥通车压力大,火灾后该跨引桥通过加大拱肋正负弯矩区截面积的方法紧急进行了加固。

4 桥梁安全性评估

通过荷载试验整理的资料,分析结构的工作状况,进一步评定桥梁承载能力和桥梁概况。结构性能评定根据如下:一是施工图或者构件测试结果进行计算得到的理论检算值;二是规范规定的挠度、强度和裂缝容许值。结合结构的具体情况,主要从校验系数、实测值和理论值的关系曲线、相对残余变位、结构刚度要求该桥进行评定。

4.1 静载试验

静载试验测试的项目包括:(1)拱肋控制截面在试验荷载下的应变(应力);(2)拱肋控制载面在试验荷载下的最大挠度。各测试截面布置测试项目和测点布置见图2~图4及表2。

为了了解横桥向不同布载方式下全桥的受力性能,本次试验采用对称加载和偏载加载2种方式进行加载,通过车辆在不同横向布置下的加载,了解试验桥跨的横向受力性能,具体的车辆横向布置见图5、图6。

本次试验分别对试验跨主梁C-C~D-D截面进行相应测试工况下的挠度、应力测试,实测数据数据见表3~表5,挠度的实测值和计算值以向上为正,向下为负。

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对图表数据进行分析可以得出:

(1)在试验荷载作用下,各测试控制断面的挠度实测值均小于理论计算值,其挠度校验系数小于1.0,表明结构整体刚度满足要求。

(2)主桥跨中挠度实测最大值为0.9 mm,远小于规范规定的L/800,满足规范要求。

(3)在试验荷载作用下,拱肋各控制截面下缘拉应变实测值均小于理论计算值,其应变校验系数小于1.0,表明在试验荷载作用下,结构整体强度满足试验要求[2,3,4]。

为了解卸载后结构的变形恢复情况,本次试验测试了挠度控制截面C-C挠度测点的残余变形,具体测试结果见表6。

从表中所计算的相对残余变形可以看出,在试验荷载作用下,该桥控制截面挠度测点卸载后其相对残余变形均在《大跨径混凝土桥梁试验方法》规定的25%以内,说明结构产生的挠度能够得到恢复,表明结构处于线弹性工作状态[5]。

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4.2 动载试验

动载试验的项目包括:以不同车速分别进行行车、刹车、跳车试验测定跨中测点的振幅响应、动挠度及动力放大系数。通过分析得到桥跨结构在不同车速刹车作用下的动力放大系数μ值介于0.130~0.243。

5 结论

综上所述,荷载试验表明:本跨双曲拱桥经过加固后效果显著,能满足当初设计时H-18荷载等级标准。鉴于本次试验采用的车辆总重为20 t,建议在日后的营运过程中对通过大桥的车辆进行严格限载,单车总重控制在20 t以内,同时在运营期间应加强定期检查和正常维护,以保证该桥长期安全运营。

摘要：通过对南京长江大桥火灾现场调查和造成的桥梁损伤的检测,分析了钢筋和混凝土构件损伤情况,估计了火灾现场、火灾温度。根据相关资料和荷载试验对桥梁安全状态进行了评估,为桥梁的修复、加固提供依据。

关键词：桥梁工程,火灾,结构损伤,安全性评估

参考文献

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[4]交通部公路科学研究所.公路桥梁承载能力检测评定规程(送审稿)[R].2003.

材料结构与性能 篇8

论文题目：块状非晶合金材料的研究进展

姓名： 学号： 学科专业： 指导教师： 入学日期： 报告日期： 报告地点：

王楚 31605051 材料工程 林莉 2016.11

研究生院制表

材料结构与性能报告(1)1概述

一般认为，凝聚态的物质大致可以分为三类：晶态物质、准晶态物质和非晶态物质。非晶态合金是指固态时其原子的三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围保持这种状态相对稳定的合金。最早有关非晶态合金的文献是由融Kamer于1934年首次报道的。而后，1960年，Duwez[1]等首先采用喷枪法在Au．Si合金中获得非晶态合金，从而开创了材料研究的新领域一非晶态合金材料。非晶合金具有优异的物理性能、化学性能和力学性能，特别是优良的软磁性能，在许多领域中己得到应用。一般说来，非晶态合金均需要通过熔体快淬的方法来获得，它需要非常高的冷却速率(10 6 /s 以上)。由于临界冷却速率的限制，非晶态合金的三维尺寸受到很大的限制，只能获得很薄或很细的片、丝和粉末状非晶合金。

大块非晶合金材料是近年来采用现代冶金技术合成的一种具有特殊性能的新型先进金属材料。对大块非晶的研究无论在理论上还是在应用上都有重要意义。首先，大块非晶体系是一些全新的多组元体系，其合金熔体具有极大的热力学过冷度，过冷液体的动力学行为类似于氧化物玻璃，这使得人们重新思考传统的非晶形成理论。另外，大块非晶合金大都具有明显的玻璃转变和宽的过冷液相区，这为深人研究非晶合金的玻璃转变特征和过冷液态的结构和物性提供了理想材料。在应用上，由于具有奇特的物理、力学及化学性能, 适合于用来制造电子器件、磁性器件、精密光学器件、精密机械结构件、电池材料、体育用品、生物医学植人物以及军工先进武器构件(如穿甲武器、飞行器的构件、装甲板等)等。块状非晶合金的发展历程

非晶合金的发展大致经历了两个阶段。第l阶段为1960年(Duwez首次采用快淬方法制得Au70Si30非晶合金薄带)-1989年。这段时期，人们主要通过提高冷却速率(>104列s)来获得非晶合金，因而得到的基本是非晶合金薄膜、薄带或粉末。所研究和制备的主要是二元合金。主要研究体系可分为3大合金系：第l类合金系由过渡族金属或贵金属与类金属组成，如Pd2Si、Fe2B等。；类金属的含量为10%-30%,恰好在低共晶点组分附近。2类合金系是以LTM-ETM为基的体系，其中ETM和LTM分别代表前、后过渡族金属，LTM包括Fe、Co、Ni、Pd和Cu等，ETM包括Ti、Zr、Nb、Ta、Hf等。LTM的含量一般在20％-40％，如Zr70(Ni、Fe、Co、Pd、Rh)30、Nb60Rh40等，该体系可以在非常宽的低共晶组分范围内形成非晶，这类非晶合金发现得比较晚，1977年才首次发现属于这一类的合金,以后又逐步发现了在Ca或Sr中加入AI、Zn等组成的非晶合金[2,3]。第3类为以A族金属元素(Mg、Ca、Sr)为基体，B族金属元素(Al、Zn、Ga)为溶质的

块状非晶合金的研究进展

少冷却过程中的非均匀形核, 因而各种制备方法都有以下两个共同持征：(1)对合金母材反复熔炼, 以提高熔体的纯度, 消除非均匀形核点。(2)采用高纯惰性气体保护，尽量减少氧含量。目前，大块非晶态合金的制备方法主要有以下几类：

(l)悬浮熔炼： 将试样置于特定的线圈中，线圈中的电磁场使试样产生与外界相反的感生电动势，该感生电动势与外磁场间的斥力与重力相抵消，从而使试样悬浮在线圈中。同时, 试样中的涡流使自身加热熔化。再向试样吹人惰性气体，使其冷却、凝固；或利用通电极板间的静电场使试样悬浮，用激光加热熔化，当激光停止照射时，试样于原位冷却。试样温度可用非接触法测量。悬浮熔炼的优点是试样没有在容器中熔炼，避免了容器壁引起的非均质形核，可减小临界冷却速度。其缺点是，试验的悬浮与加热是同时通过试样中的涡流实现的，当试样冷却时也必须处于悬浮状态，即试样在冷却时还必须克服悬浮涡流带来的热量，所以冷却速度不可能很快, 增加了制备难度，制备的块状非晶合金尺寸较小。

(2)深过冷液淬法：此方法是将试样用低熔点氧化物(如B2O3)包裹起来，在石英管中感应加热熔化，最后淬入水中得到非晶态合金试样。低熔点氧化物的作用一是用来吸取合金冶炼中的杂质颗粒，避免这些颗粒成为形核的核心，二是将合金熔液与容器壁隔离开来。由于包裹物始点低于熔体熔点，因而可避免合金母材与容器壁直接接触，最大限度地避免了非均质形核。

(3)高压模铸法：该方法是将母合金放人套筒内，在高频感应线圈中熔化，再用高 压快速将合金液压人铜模内，铜模外通水使试样快速冷却。由于该方法的冷却速率很大，可以获得较大体积的非晶态合金。

此外还有定向凝固、射流成形、压实成型等多种大块非晶合金制备工艺。国内关于大块非晶合金的研究开展不多，主要采用落管、氧化物包裹、磁悬浮、射流成形及水淬 等技术制备大块非晶合金。国内制备的大块非晶合金的最大直径为90mm。由于目前制备的非晶合金的尺寸较小，影响了非晶合金作为结构材料的使用范围。块状非晶合金的微观结构

非晶合金的原子在三维空间呈拓扑无序状排列，不存在长程周期性，但在几个原子间距的范围内，原子的排列仍然有着一定的规律，因此可以认为非晶态合金的原子结构为“长程无序，短程有”。通常定义非晶态合金的短程有序区小于1.5nm，即不超过4-5个原子间距，从而与纳米晶或微晶相区别，短程有序可分为化学短程有序和拓扑短程有序两类。

材料结构与性能报告(1)4.1化学短程有序

非晶态金属至少含有两个组元，除了不同类原子的尺度差别、稳定相结构和原子长程迁移率等因素以外，不同类原子之间的原子作用力在非晶态合金的形成过程中起着重要作用。化学短程有序的影响通常只局限于近邻原子，因此一般用近邻组分与平均值之差作为化学短程有序参数，对于二元A-B体系为：

up=1-ZAB/(ZcB)=1-ZBA/(ZcA)其中ZAu和ZuA分别代表A(或B)原子近邻的B(或A)原子配位数，Z是原子总配位数。cA和cu分别是A与B原子在合金中的平均浓度。当A和B两种原子直径明显不同时，A原子的总本位数ZA与B原子的总配位数Zi3不再相同，ZA≠Ze，这时短程有序另一种定义。

4.2拓扑短程有序

指围绕某一原子的局域结构的短程有序。常用几种不同的结构参数描述非晶态与合金的结构特征，主要有原子分布函数、干涉函数、近邻原子距离与配位数和质量密度。原子分布函数，设非晶态结构是各向同性的均匀结构，其平均原子密度Po为--定体积y中包含的原子数N:

Po=N/V 描述某一原子附近的密度变化可用径向分布函数RDF(r):

RDF(r)=4*3.14xr2p(r)

其中r是距某中心原子的距离，p(r)是距离r处的密度，由上式可知，RDF(r)dr代表以某个原子为中心，在半径r处、厚度为dr的球壳内的原子数，从而RDF(r)=dN/dr表示原子数目(密度)随距离增加的变化。

定义约化径向分布函数G(r)为:

G(r)=4x3.14*r[p(r)-po] 几种过渡金属-类金属非晶态合金的约化径向分布函数如图8-1所示，函数值随着与中心原子的距离增大而呈有规律的起伏。此外，还定义双体分布函数g(r): z(r)=p(r)/p。

当合金中包含几种不同类原子时，引入偏径向密度函数pii(r)、偏双体分布函数gii(r)、偏约化径向分布函数GO(r)等参数描述原子之间的结构关系。例如，pji(r)指与某个第i类踩子的距离为r处，单位体积中第j类原子的数目。上述各个原子分布函数中，原子密度p(r)和原子径向分布函数RDF(r)有明确物理意义，G(r)的物理意义虽然不明确，但它同RDF(r)一样能反映非晶态结构特征，对体系作x射线衍射测量得到结构因数S(Q)，块状非晶合金的研究进展

外壳等商业产品由于大块非晶中不存在晶体中的滑移位错，在较低温度下具有很好的粘滞流动性，可以较好地发生超塑应变利用这个特性，可以把大块非晶合金进行各种塑性加工，制成所需的各种形状由于其优异的力学性能和较好的热稳定性，大块非晶合金在军事方面也得到了应用，可以用来制造反坦克的动能穿甲弹。

Zr基大块非晶合金具有很高的弹性实验表明,用其做成的小球与同样大小的钢球在量筒中从相同高度(15m左右)自由落下后做弹性来回运动，前者比后者的弹动时间足足长了大块非晶合金具有很高的强度和强度-密度比，以及很好的弹性能，因而具有很好的应用潜力。基大块非晶合金由于抗拉强度高、延展性好、弹性能高、冲击断裂性能高和抗腐蚀性高，且具有非常好的能量传递性能，已被用来制作高尔夫球杆和其击球部位(球头)，使用该材料做成的高尔夫球头能够将99％的能量传递到球上。

在化学方面，由于大块非晶具有抗腐蚀、储存能量(吸氢和析氢)和高催化特性，将有可能在海洋业和能源方面得到应用。块体非晶合金在结构上是原子长程无序而近程有序排列的亚稳材料，每个短程有序的原子团可以视为一个高活性点，而这种高活性、高耐蚀性材料是最理想的电极催化材料。如果使用这种材料制作电极, 其催化活性将提高以上，可大大提高制碱工业的生产效率，降低生产成本，由此所产生的经济效益是十分巨大的。

由于新型基非晶合金具有低饱和磁致伸缩，使得它们的软磁性能可与传统的Fe-Si-B非晶合金相比拟，甚至更优。日本研制的Fe基大块非晶合金软磁材料的磁导率，比硅钢片材料及传统晶体结构的磁性材料15倍，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室也已经制备出了直径达到以上的低磁能损耗的大块基软磁产品专家预测,大块非晶合金软磁材料制品将很快应用于电子信息，如计算机、通讯设备和工业自动化等高技术产业和电力等传统产业另外，硬磁性大块非晶合金也将是一种很有潜力的永磁材料。

6结束语

非晶合金，因特殊的结构和优异的性能自产生以来一直是材料学界的热点研究领域之一。近年来对非晶合金进行了广泛的研究，取得了很大的进展，已突破昔日贵金属的限制, 许多日常重要的工程合金系统如Fe、Co、NiCu 等都可制备出块体非晶合金，这为其实际应用创造了条件，如今工程应用也已逐步兴起。但作为一类新型的材料, 非晶合金仍处于研究探索阶段，在基础理论、制备工艺和实际应用中还有许多问题亟待解决，主要体现在以下几个方面。

还没有一套完整的理论或成熟的物理模型用来指导块体非晶的研制，目前对于合金系统组元的选择还只能凭经验规律，但这些规律都不具备普适性。这主要是由于还没有充分理解非晶合金形成的本质, 因此需要加强对非晶合金物理转变过程的研究。

材料结构与性能报告(1)(2)目前所制备的块体非晶尺寸还不够大，只有Zr基、Pd基等少数几种合金体系可达较大尺寸，这在很大程度上限制了这种新型结构材料的广泛应用，因而需要我们在理解非晶合金形成本质的基础上，改进目前块体非晶制备所需的苛刻工艺条件。因机械合金化在制备非晶合金上的独特优势，目前可以优先发展机械合金化工艺。

(3)提高块体非晶的热稳定性。由于块体非晶属亚稳态材料，在热力学上是不稳定的, 只有把这类材料加热到一定温度以上才会使其变为晶态材料。因此，必须设法提高块体非晶的热稳定性，以拓宽其应用范围。

(4)任何材料都有其自身的缺陷，虽然发现了一系列具有大塑性的块体非晶合金，但总体来说其塑性都还有待提高，而且非晶合金的拉伸塑性几乎为零。长期以来，探索同时具有高强度和大塑性的金属合金材料一直是材料领域追求的目标，非晶合金塑性的进一步提高，必将为非晶合金的应用开辟更广阔的空间。

参考文献

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glass

matrix

同轴电缆结构与材料. 篇9

选择某一用途的同轴电缆的主要技术依据是其电气性能、机械性能和环境特性等。

电缆最重要的电气性能是衰减低、阻抗均匀、回波损耗高，对于漏泄电缆还有很关键的一点是其最佳的耦合损耗。电缆的主要作用是传输信号，因此，应使电缆结构和材料保证在电缆整个使用期限内都有很好的传输特性，这一点非常重要.1、内导体

铜是内导体的主要材料，可以是以下形式：退火铜线、退火铜管、铜包铝线。通常，小电缆内导体是铜线或铜包铝线，而大电缆用铜管，以减少电缆重量和成本。对大电缆外导体进行轧纹，这样可获得足够好的弯曲性能。

内导体对信号传输影响很大，因为衰减主要是内导体电阻损耗引起的。其电导率，尤其是表面电导率，应尽可能高，一般要求是58MS/m（+20℃），因为在高频下，电流仅在导体表面的一个薄层内传输，这种现象称为趋肤效应，电流层的有效厚度称为趋肤深度。表1表示铜管和铜包铝线作为内导体时在特定频率下的趋肤深度值。

内导体用的铜材质量要求很高，要求铜材应无杂质，表面干净、平整、光滑。内导体直径应稳定且公差很小。直径的任一变化都会降低阻抗均匀性和回波损耗，因此应精确控制制造工艺。

2、外导体

外导体有两个基本的作用：第一是回路导体的作用，第二起屏蔽作用。漏泄电缆的外导体还决定了其漏泄性能。同轴馈线电缆和超柔电缆的外导体是由轧纹铜管焊接而成的，这些电缆的外导体完全封闭，不允许电缆有任何辐射。

外导体通常由铜带纵向包覆而成。在外导体层上，开有纵向或横向的槽口或小孔。

外导体开槽在轧纹型电缆中比较常见。通过沿轴向方向对轧纹波峰进行等距离切削开槽形成。削去的部分所占比例很小，且槽孔间距远远小于传输的电磁波长。

显然，将非漏泄型电缆按以下方法加工可制成漏泄电缆：以120度夹角对非漏泄型电缆中常见的普通皱纹型电缆的外导体波峰进行切削，获得一组合适的槽孔结构。漏泄电缆的外形、宽度及槽孔结构决定了其性能指标。

外导体用的铜材也应质量很好，导电率高，无杂质。外导体尺寸应严格控制在公差范围内，以保证均匀的特征阻抗和高的回波损耗。

3、绝缘介质

射频同轴电缆介质远不只是起绝缘作用，最终的传输性能主要是在绝缘之后才确定的，因此介质材料的选择和其结构非常重要。所有重要的性能，如衰减、阻抗和回波损耗，都与绝缘关系很大。对绝缘最重要的要求有：

相对介电常数低，介质损耗角因子小，以保证衰减小

结构一致，以保证阻抗均匀，回波损耗大

机械性能稳定以保证寿命长

防水防潮

物理高发泡绝缘可以达到以上所有要求。用先进的挤塑和注气工艺及特殊的材料，发泡度可以达到80％以上，这样的电气性能与空气绝缘电缆比较接近。注气方法中，氮气直接注入挤塑机内的介质材料中，该工艺也称为物理发泡方法。与此相对的化学发泡方法，其发泡度只能达到50％左右，介质损耗较大。注气法得到的发泡结构一致，意味着其阻抗均匀，回波损耗大。

我们的RF电缆因绝缘材料的介质损耗角小、发泡度大而具有非常好的电气性能。发泡介质特性在高频下更加重要，正是这种特殊的发泡结构决定了电缆高频下非常低的衰减性能。

独特的多层绝缘（内薄层－发泡层－外薄层）共挤工艺可以得到均匀、密闭的发泡结构，具有机械性能稳定、强度高以及很好的防潮性能等特点。为使电缆在潮湿的环境中仍保持很好的电气性能，我们特意设计了一种电缆：在发泡绝缘层外表面加一层薄的实芯PE。这种外薄层可以有效防止潮气入侵，从一开始生产就保护电缆电气性能，这种设计对于外导体开孔的漏泄电缆尤其重要。另外，绝缘层通过内薄层紧紧地包在内导体上，进一步提高了电缆的机械稳定性。而且，薄层中含有特殊的稳定剂，即能保证和铜的相容性，又能保证我们电缆的长期使用寿命。选用合适的内薄层材料，完全可以获得满意的性能，如：防潮、粘接和稳定性。

这种多层绝缘设计（内薄层－发泡层－外薄层）可以同时获得极好的电气性能和稳定的机械性能，从而提高了我们的RF电缆的长期使用寿命和可*性。

4、护套

户外电缆最常用的护套材料是黑色线性低密度聚乙烯，它密度与LDPE相近，但强度与HDPE相当。相反，在某些情形下，我们倾向用HDPE，它可为护套提供更好的机械性能和耐摩擦、化学、潮气及不同环境条件的性能。