抗弯强度论文

2024-06-19

抗弯强度论文(共7篇)

抗弯强度论文 篇1

0前言

随着我国经济建设迅猛发展, 起重机械在现代化建设中发挥着重要的作用。由于起重机的产品特性和历史原因, 长期以来人们只是从技术角度来衡量起重机的好坏而忽略了经济性。科学技术的快速发展, 推动了现代设计和制造能力的提高, 激烈的国际市场竞争和钢铁及能源价格的不断上涨, 使起重机日益向节能、经济的轻量化方向发展[1]。起重机主梁的重量占了整机重量的大部分, 如何减轻主梁自重, 不但可以节省原材料, 而且可以减轻机构的负荷等, 以降低整机造价。

在起重机械中经常遇到像桥式起重机的大梁这样的杆件, 作用于这些杆件上的外力垂直于杆件的轴线, 使原为直线的轴线变形为曲线, 以这样弯曲变形为主的杆件习惯上称为梁。经过对支座及载荷的简化, 其一端为固定铰支座, 而另一端为可动铰支座的梁简称简支梁, 起重机的大梁便可简化成简支梁, 它受集中载荷和均布载荷的作用。弯曲正应力是控制梁抗弯强度的主要因素。所以弯曲正应力的强度条件σmax=WMmax<[σ]往往是设计梁的主要依据。要提高梁的抗弯强度, 以提高梁的承载能力, 一方面可以合理安排梁的受力情况, 以降低梁的最大弯矩Mmax的数值;另一方面可以改变梁的抗弯截面系数W的数值[2,3,4]。课本上[5]介绍了合理安排梁的受力情况降低Mmax的数值 (如:铰支座尽量向中间集中;尽量让集中力靠近铰支座;变集中力为均布载荷) ;采用合理的截面形状以提高W的数值 (如:把矩形截面竖放;尽量把材料安排到离中性轴较远的地方) 。在实际工程中, 起重机主梁往往被设计成约束较弱的铰支, 而不是约束较强的固定端 (如房屋的梁) , 可见, 梁的约束对梁的抗弯强度有影响。基于此推论作者探讨了约束对梁的抗弯强度的影响。

本文通过梁分别在集中载荷和均布载荷作用下, 逐步增强梁的约束力度, 然后通过不同约束下抗弯强度的相互比较, 验证了加强约束可以提高梁的抗弯强度。在实际工程中, 增强约束力度来提高梁的抗弯强度, 不仅保证了设备的安全, 又可以采用较少的材料量, 充分利用材料的性能, 达到既安全又经济的要求。

1梁在不同约束情况下的弯曲强度理论分析

1.1集中载荷作用下的比较

1.1.1情况一:受固定铰支座和铰支座约束的梁, 如图1。 (如下:各方程为平衡方程和边界条件) 。

其中:FA为左边铰支座的支反力;FB为右边铰支座的支反力;L为梁的长度;P为集中力;

在中间取到最大弯矩值:, 所以。

1.1.2情况二:受铰支座和固定端约束的梁, 如图2。

在A端取到最大弯矩值:Mmax 2=316PL所以σmax 2=316WPL

梁中间弯矩值:。

1.1.3情况三:均受固定端约束的梁, 如图3。

在中间取到最大弯矩值:。

1.1.4通过以上比较, Mmax 1>Mmax 2>M2中>Mmax 3, 即σmax 1>σmax 2>σ2中>σmax 3, 可见随着梁约束力度的不断提高, 梁的最大弯矩Mmax不断降低, 梁所受的弯曲应力也降低了, 梁的抗弯强度也就提高了。因此通过加强梁的约束力度来提高梁的弯曲强度的措施, 在集中载荷作用下理论上是正确的。

1.2在均布载荷作用下的比较

1.2.1情况四:受固定铰支座和铰支座约束的梁, 如图4。

在中间取到最大弯矩值:。

1.2.2情况五:受铰支座和固定端约束的梁, 如图5。

在A端取到最大弯矩值:。

梁中间弯矩值:。

1.2.3情况六:均受固定端约束的梁, 如图6。

在两端取到最大弯矩值:;

梁中间弯矩值:。

1.2.4通过以上比较, Mmax 4=Mmax 5>Mmax 6;Mmax 4>M5中>M6中, 即σmax 4=σmax 5>σmax 6;σmax 4>σ5中>σ6中, 可见随着梁约束力度的不断提高, 梁的最大弯矩Mmax不断降低, 梁所受的弯曲应力也降低了, 梁的抗弯强度也就提高了。因此通过加强梁的约束力度来提高梁的弯曲强度的措施, 在均布载荷作用下理论上也是正确的。

2利用有限元仿真行进验证

为了验证以上理论推导, 利用有限元软件ANSYS对某型号电动单梁起重机的主梁进行了模拟计算。电动单梁的型号是:LD2T-5m, (采用500 mm×300 mm的H型钢为例, 见图7截面尺寸图)

2.1有限元模型的建立

本文采用beam188 3D弹性梁单元, 共201个节点, 200个单元。材料为Q345b, 弹性模量为206 GPa, 泊松比为0.3, 密度为7.8×103kg/m3。有限元模型及边界条件如图8。

各工况下的约束条件及载荷情况如表1所示。

2.2有限元算例计算

2.2.1按照以上情况分别进行了有限元计算, 应力结果如图9~图14。

2.2.2变形结果如图15~20。

2.3有限元计算结果

如表2, 比较可知σmax 1>σmax 2>σmax 3, σmax 4=σmax 5>σmax 6;σmax 4>σ5中>σ6中梁的最大变形量也相应减少, 所以有限元计算同理论计算的结果相同。即随着梁约束力度的不断提高, 梁的最大弯矩不断降低, 梁所受的弯曲应力降低, 梁的抗弯强度提高。因此通过加强梁的约束力度来提高梁的弯曲强度的措施, 在集中载荷和均布载荷作用下仿真计算也是正确的。

3结论

通过理论计算可以看出:在集中力和均布载荷作用下, 增加梁的约束自由度可以提高梁的抗弯能力;

经过有限元建模计算, 验证了理论计算结果的正确性;

在起重机大梁等简支结构的实际工程中, 可能会出现因为过约束而引起的各种问题。但是, 随着科学技术的发展, 工艺水平的提高, 结构设计的创新, 零部件制造精度的不断提高, 装配应力的影响越来越小等, 最后通过增加梁的约束自由度, 可以在不增加材料的前提下, 提高梁的抗弯能力的措施将得到应用。

摘要:受集中载荷和均布载荷作用的简支梁在起重机中应用非常广泛, 如桥式起重机的主梁。如何提高梁的抗弯强度, 降低梁的重量, 一直是设计者面临的问题, 提出在不增加梁尺寸的前提下, 通过改变梁的约束情况来提高梁的抗弯强度, 以提高梁的抗弯强度为研究对象, 以理论计算为手段, 比较了不同约束条件下集中载荷和均布载荷的抗弯强度, 然后通过有限元方法对某型号起重机主梁的抗弯强度进行了模拟验证, 通过仿真计算和理论计算结果的比较, 证实了增加梁的约束自由度可以提高梁的抗弯强度。

关键词:起重机主梁,约束,抗弯强度,有限元

参考文献

[1]王松雷.我国起重机轻量化设计的困难及建议[J].起重运输机械, 2012, (8) :5-9.

[2]孜牙汗.依沙木丁.提高梁弯曲强度的主要措施[J].西部探矿工程, 2007, 19 (5) :164-165.

[3]洪振德.受弯构件截面形状对工程造价的影响研究[J].湖南文理学院学报:自然科学版, 2011, 23 (1) :84-94.

[4]林建好.3种截面梁弯曲应力分析与实验[J].河南科学, 2009, 27 (3) :342-345.

[5]刘鸿文.材料力学:上册, 3版[M].北京:高等教育出版社, 1992.

抗弯强度论文 篇2

在光纤通信线路故障中, 有一部分原因是由于光纤跳线过度弯折甚至折断引起的。目前, 用于通信光纤的主要材料是二氧化硅, 该材料的特性是耐弯折性差、柔韧性差, 受外力挤压或弯折时容易破碎或断裂

GGP (Glass Glass Polymer) 高强度抗弯折光纤采用在玻璃纤维表面涂覆聚合物涂层的特殊工艺制造。这种光纤与普通光纤的区别在于:减小原涂覆层的厚度, 而在125μm光纤包层外增加涂敷厚度为55μm的特殊聚合物涂层, 如图1所示。这种聚合物涂层材料具有热稳定性能, 相比普通光纤的涂覆层材料, 可将光纤的耐受温度提升至150℃, 同时可提高光纤垂直于轴向的机械性能, 保护光纤抵御外来的伤害。

2 GGP抗折弯原理

在光纤包层表面涂敷高强度特殊聚合物后, 当光纤受到折弯时, 聚合物将吸收由于折弯而产生的内应力。在弯曲半径相同的情况下, GGP光纤的内应力要比普通光纤低20%, 这就使得GGP光纤在相同的弯曲情况下比普通光纤更不容易折断。GGP光纤与普通光纤的弯曲半径与最大应力的对比如图2所示。

3 GGP光纤的性能

GGP光纤与普通标准光纤参数对比如表1所示, 可见GGP R15光纤模场直径满足G.657A1标准;GGP R7光纤模场直径满足G.657B标准。而GGP R15光纤在半径为10mm弯曲一圈的损耗1550nm优于G.657A1光纤。

表2测试数据可见, 在相同缠绕半径条件下, GGP R15光跳线比普通G.652D单模光跳线的损耗小得多, GGP R7光跳线更为优势。

3.1 机械性能

(1) 光纤动态疲劳参数 (Nd值)

注:此测试受光缆结构的影响, 不同厂家的普通光跳线结果可能有偏差。

在一定的应力作用下, 光纤表面产生微裂纹, 逐渐扩大到光纤断裂的过程称为光纤的疲劳。光纤表面微裂纹增长越慢, 光纤寿命越长 (Nd值越大, Nd值就是判断光纤寿命的重要参数) 。根据IEC-60793-1-33标准中两点弯曲测试法可以计算得到Nd值。

对于IEC和ITU-T并没有规定光纤Nd值的范围, Telecoredia GR-20-CORE规定单模光纤的Nd值大于18, 而国家标准GB/T9771.1规定Nd值大于20。GGP光纤的Nd值大于30, 大大优于国内外标准。

而对于光纤弯曲寿命测试, GGP光纤在3±0.03mm弯曲时光纤寿命大于1小时, 而普通光纤寿命小于5分钟, GGP光纤大大超过普通光纤的光纤寿命。

(2) 筛选应力水平

GGP高强度抗弯折光纤在筛选工艺上执行严格的要求, 避免低强度点的存在, 如表3所示, 筛选应力优于ITU-T G.657标准。

3.2 耐温耐湿性能

大气环境中的水和水蒸气分子对光纤涂覆层材料的浸蚀是影响光纤寿命的重要因素, 光纤的工作温度在-40℃~75℃之间, 高温情况下普通光纤涂覆材料会出现褶皱, 低温情况下涂覆层会发生裂纹, 所以涂覆层材料在高、低温度的不稳定性下, 使得以石英玻璃为基础的光纤机械强度逐渐降低, 衰耗慢慢增大, 最后使光纤断裂, 结果了光缆的使用寿命。

为说明GGP光纤大幅度提高耐温耐湿性能, 在90℃热水中浸泡的老化试验中, 温度为90℃高湿环境中, 普通光纤涂覆材料会发生变化, 加速褶皱现象, 光纤会迅速断裂。而聚合物涂覆层材料热稳定性温度为199℃, 安全使用温度为150℃, 所以在90℃水中浸泡, 对涂覆材料几乎没有任何影响。另外, 在老化试验中, 证明了GGP光纤生命期为普通光纤的500倍以上。

3.3 抗弯性能

将3mm GGP光跳线180度对折, 在前端15mm一段施加25N的压力, 光纤不断裂时间大于5分钟, 而普通光跳线小于1分钟。

3.4 抗压性能

如表4所示, 从抗压性能测试数据来看, GGP 3mm光跳线优于普通室内3mm光跳线 (G.652D) 。

4 在通信领域的应用

裸光纤极脆且易折断, 因此在光通信线路中使用的光纤均需加外护套保护层。外护套保护层的结构和厚度与其所处的外部环境有关。对于室外线缆来说, 其保护层可以做得很厚, 以帮助光纤抵御外力的损害;而对于室内光跳线来说, 由于需要一定的柔韧度, 外护套不能做得太厚。一般来说, 其外护套外径为0.9mm、2.0mm、3.0mm几种标准, 但外护套对其中的光纤不能提供完全机械保护。

在实际操作过程中, 常常因为光纤跳线受到外力折弯、挤压, 致使通信信号衰耗过大甚至线路中断的情况时有发生, 主要发生在以下场景中。

(1) 中心机房

中心机房是通信网络的枢纽, 常常需要从设备到配线架间进行架间跳线, 这一部分跳线沿线槽走线。随着线路容量的不断扩大, 在日常维护中, 需要不断增加架间跳线。由于操作空间有限、原有跳线缠绕等问题, 在增加新的架间跳线过程中往往会有跳线折断的情况发生。

(2) 无线基站机房

无线基站机房光纤为无线基站服务的数以万计用户提供重要传输服务, 若光纤故障造成整个基站断网, 后果非常严重。事实上室外引入光缆在光分配箱内熔接, 并通过光纤跳线跳接到各个设备上。光纤跳线往往存在被光分配箱门夹到的情况, 而且敷设在桥架上的光纤跳线容易在日常维护中受过度弯折, 存在高风险。若采用GGP高强度抗弯折光跳线, 将大大减少故障率, 保障用户的无线通信服务。

(3) 室外交接箱

室外交接箱在容量满配情况下, 光跳线通常是层层叠叠, 在变更跳线线路时, 时而也会造成跳线过度弯折。

(4) FTTH楼道分光分纤箱

随着FTTH发展, 楼道分光箱和分纤箱之间的连接日益受到重视。室外光缆入楼后, 在上面的插片式分光箱内熔接, 而从FTTH用户侧过来的黑色蝶型引入光缆在下面的分纤箱内用SC或FC现场活动连接器端接。某电信运营商为了保证此楼盘客户的FTTH线路安全, 特地选用GGP高强度抗弯折光纤跳线作为分光箱和分纤箱的连接部分, 以保证链路的高可靠性。

(5) 用户终端

大部分普通终端用户并不了解光纤跳线的脆弱性, 以为光纤跳线跟铜缆跳线一样, 经常会不小心折断光纤跳线, 频频造成故障。

用户终端场景包括两种, 一种是综合布线当中的FTTD光纤到桌面, 另外一种就是FTTH光纤到户中ONU终端面板。

光纤到桌面FTTD场景:在综合布线中, FTTD光纤到桌面越来越普遍。弱电机房到用户桌面敷设一条4芯光缆, 4芯光缆在86面板盒内成端。光纤86面板盒和设备的光网卡之间采用GGP高强度抗弯折跳线, 可以大大减少用户端的故障率, 提高安全性。

FTTH终端ONU场景:对于FTTH新建住宅, 用户终端设备 (ONU) 将多数放置于多媒体信息箱内, 这时有限的箱体空间要求连接ONU的光跳线具备良好的抗弯性能。另外, 箱内其他弱电设备及线路的施工及维护也容易造成光跳线的意外损坏。而对于已入住的建筑, ONU将不得不至于书房桌面或大厅电视机柜面, 这时连接ONU和墙面光纤信息面板的光跳线将暴露在外而采用GGP高强度抗弯折跳线将使得用户像使用铜缆网线一样方便。

5 结束语

GGP高强度抗弯折光纤制成的光纤跳线具有极强的抗弯折特性, 可以应用在中心机房、无线基站机房、光缆交接箱、分光分纤箱和用户终端等场合, 极大地提高光纤网络传输的安全性。

摘要:普通光纤主要材料是二氧化硅, 其机械强度低, 在恶劣环境下容易造成通信故障。本文阐述了高强度抗弯折光纤的原理, 通过高强度抗弯折光纤与普通光纤机械性能、耐温耐湿性能、抗弯性能和抗压性能的对比, 证明其优越性能能够大大减少光通信故障。高强度抗弯折光纤跳线可应用在中心机房、无线基站机房、光缆交接箱、分光分纤箱和用户终端等场景, 极大地提高光纤网络传输的安全性。

抗弯强度论文 篇3

1 混凝土的变形对梁抗弯性能的影响

混凝土的变形形式主要分为两类, 一类是混凝土的受力变形, 包括一次短期加荷的变形和荷载在长期作用下的变形;另一类是混凝土的体积变形, 主要是指混凝土由于收缩和温度变化产生的变形等。在混凝土构件的使用期间, 影响较大的是构件在长期荷载作用下所产生的徐变。所谓混凝土的徐变是指混凝土在长期不变荷载作用下, 其应变随时间增长的现象。对结构体系或者结构构件而言, 徐变既有其有利的一面, 也有其不利的一面。在有利方面比如, 徐变能够使结构的内力重分布, 减少应力集中现象和减少温度应力等。在不利的方面不如有:使混凝土构件的变形增大;在预应力混凝土构件中, 徐变会导致预应力损失;对于长细比较大的偏心受压构件, 徐变会使其偏心距增大, 从而降低了构件的承载能力等。

混凝土徐变产生的原因较为复杂, 一般认为主要是由于混凝土受力后水泥凝胶体的粘性流动要持续一个很长的时间以及微裂缝的持续延伸和发展。归结起来, 具体的原因还有混凝土组成成分及配合比、混凝土养护条件和使用环境、构件的体积和表面积之比、应力的大小等等。而影响混凝土徐变的因素主要有:加荷时混凝土的龄期愈早, 则徐变就愈大;持续作用的应力越大, 徐变也越大;水灰比越大, 水泥用量多, 则徐变也越大;使用高质量的水泥以及强度和弹性模量高、级配好的骨料, 则徐变较小;混凝土工作环境的相对湿度低则徐变大, 在高温干燥环境下徐变将显著增大。而在荷载长期作用下, 梁受压区混凝土的徐变会使梁挠度增大。

钢筋混凝土梁的抗弯刚度是随着荷载的增加而不断降低的, 并不是始终不变的一个常数。梁在使用阶段的刚度变化可以分为短期刚度和长期刚度两类。在很多的钢筋混凝土设计的教材上均有关于受弯构件的短期刚度的计算公式[2,17], 这里不再重复。而相关的试验表明, 在长期的荷载作用下, 钢筋混凝土梁的挠度随时间而增大, 即刚度随时间而降低。刚度降低的主要原因是因为受压区混凝土的徐变, 徐变使混凝土的压应变随时间而增大, 曲率也增大。此外, 混凝土的收缩、粘结滑移徐变等也会使曲率增大, 因此, 构件的刚度随着时间的增长而下降。

由于混凝土构件是暴露在空气中使用的, 这将会引起混凝土的体积变形。其中最常见的是混凝土的收缩变形, 混凝土的收缩是指混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。混凝土产生收缩现象的主要原因是混凝土在硬化过程中由于发生化学反应而产生的凝缩和混凝土内部的自由水分蒸发而产生的干缩。混凝土的收缩对钢筋混凝土构件将产生不利的影响。例如, 在混凝土构件受到约束时, 混凝土的收缩会使混凝土中产生拉应力。在构件使用前就可能会因为混凝土收缩应力过大而产生裂缝。同时, 在预应力混凝土结构中, 混凝土的收缩同样会引起预应力的损失。

所以, 不管是混凝土的受力变形还是体积变形, 都会在不同程度上影响钢筋混凝土结构的受力和使用性能, 在实际工程中, 必须引起足够的重视。在了解了影响混凝土变形的因素之后, 我们就应该采取相应的措施, 来减少变形。比如可以通过改善原材料的性质及构件使用的环境来减少变形。对于混凝土的收缩, 可以加强混凝土的早期养护、减少水灰比、减少水泥用量、加强振捣等有效措施来解决。

2 梁中钢筋在使用期间对梁抗弯强度的影响分析

钢筋混凝土构件通常是带裂缝工作的, 构件中裂缝的出现是不可避免的, 因为混凝土的抗拉强度很低, 在不大的拉应力作用下就可能会产生裂缝。然而水气或者有害气体就会通过裂缝作用于钢筋, 或由于保护层混凝土的碳化, 使钢筋表面保护膜遭到破坏, 均会使钢筋生锈。钢筋生锈是一个膨胀过程, 形成锈蚀的生成物, 其体积可比钢筋被锈蚀的体积大2~3倍, 这种效应可在钢筋周围的混凝土中产生相当大的拉应力, 引起沿钢筋的纵向裂缝。对于钢筋锈蚀的危害程度, 沿钢筋的纵向裂缝要比横向裂缝严重得多, 所以应引起足够的重视。国内外有很多研究钢筋锈蚀对梁的影响的相关文献, 对梁的锈蚀问题进行了比较深入的研究。

材料的耐久性是指暴露在使用环境中的材料, 抵抗各种物理和化学作用的能力。钢筋混凝土结构具有较好的耐久性, 只要能保证对混凝土结构的正常设计、正常施工和正常维护, 其寿命可高达百年。但是, 由于混凝土表面暴露在大气中, 特别是长期受到外界温度、湿度等不良气候环境的反复影响, 以及可能长期受到有害物质的侵蚀, 从而使混凝土结构随着时间的增长而出现混凝土碳化、开裂和钢筋锈蚀等现象, 进而使材料的耐久性降低。因此, 对于混凝土结构, 在进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计计算的同时, 还应该根据结构所处的环境类别、结构的重要性和使用年限进行耐久性的设计。

3 结论

受弯构件在使用过程中, 由于受到荷载的长期作用的影响, 混凝土的徐变和钢筋的锈蚀都将在很大程度上影响梁的抗弯承载力。随着时间的增加, 构件的抗弯强度降低, 因此, 在实际工程中, 我们必须引起足够的重视。除了设计时要考虑正常使用极限状态验算以外, 在使用期间要注意构件的使用环境, 采取相应的维护措施。在钢筋混凝土结构构件的耐久性方面, 虽然现已有较多的加固和维护措施。但是这些措施施工比较复杂、增加了结构的造价。我们应该从增强结构的耐久性本身出发, 来增加结构的使用寿命。

参考文献

[1]GB50010—2002.混凝土结构设计规范.北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[2]易建伟, 孙晓东.锈蚀钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究.土木工程学报, 2007.

[3]Coronelli D Gambarova P.Structural assessment of corroded reinforced concrete beams:modeling guidelines.Journal of Structural Engineering ASCE, 2004.

抗弯强度论文 篇4

完全交互作用的型钢混凝土梁截面弹性抗弯强度按照换算截面法和材料力学公式计算,可以得到钢梁开始屈服时截面抗弯强度的理论值M为:

M=fyW (1)

其中,W为按照换算截面法得到的截面抵抗矩;fy为钢梁的屈服强度。

由于滑移效应的存在,截面的实际弯矩要小于由式(1)给出的理论计算值。为了定量计算滑移引起截面弯矩的降低,引入两点假设:1)钢梁和混凝土交接面曲率相同;2)滑移应变引起截面的附加应力按线性分布。根据假设得到的计算模型如图1所示。

根据图1d)所示的模型,上交接面的相对滑移应变为ε1,则钢梁上翼缘顶部的附加应变εs1为:

其中,x为换算截面中和轴高度。按下式计算:

钢梁由于滑移引起的钢梁上翼缘的附加压力ΔNs1为:

其中,A1为钢梁受压部分面积。

ΔNs1引起的附加弯矩ΔM1为:

下交接面的相对滑移应变为ε2,则钢梁下翼缘底部的附加应变εs2为:

钢梁由于滑移引起的钢梁下翼缘的附加压力ΔNs2为:

其中,A2为钢梁受拉部分面积。由ΔNs2引起的附加弯矩ΔM2为:

则由滑移引起的总附加弯矩ΔM为:

ΔM=ΔM1+ΔM2 (9)

由钢梁和混凝土交接面曲率相同,根据附加变形法,滑移效应引起的附加曲率Δϕ为:

其中,B为考虑滑移效应组合梁截面的折减刚度,B=EΙ1+ζ;EI为换算截面刚度;ζ为考虑滑移效应组合梁截面刚度折减系数。将式(5),式(8),式(10)代入式(9)得到:

根据钢梁截面性质,可知:

因此组合梁实际弯矩Mp为:

Mp=MM=λM (13)

其中由滑移效应引起组合梁截面弹性弯矩减小的折减系数λ为:

其中,x按式(3)计算。

利用弹性理论分析方法建立了考虑滑移效应的型钢混凝土梁的弹性抗弯强度公式,提出了由滑移效应引起组合梁截面弹性弯矩减小的折减系数λ,由式(14)可以看出,滑移应变越大,截面刚度折减系数越大,组合梁截面屈服弯矩越小,交接面滑移已经成为影响梁承载力的一个重要因素。因此,对具体的型钢混凝土梁弹性抗弯强度的计算,应充分考虑滑移效应的影响。

参考文献

[1]薛建阳,杨勇.型钢混凝土粘结滑移性能研究综述分析[J].试验研究,2002(4):15-18.

[2]赵鸿铁,杨勇.型钢混凝土粘结滑移力学性能研究及基本问题[J].力学进展,2003(1):28-30.

[3]聂建国,沈聚敏.滑移效应对钢—混凝土组合梁弯曲强度的影响及其计算[J].土木工程学报,1997(1):56-59.

[4]聂建国,沈聚敏,余志武.考虑滑移效应的钢—混凝土组合梁变形计算的折减刚度法[J].土木工程学报,1995(6):33-35.

[5]谢俊,余天庆.部分剪力连接钢—混凝土组合梁的截面抗弯分析[J].南京理工大学学报,2000(5):78-81.

抗弯强度论文 篇5

1 水泥混凝土所用到的细集材料

首先, 要知道水泥混凝土的分类, 而其主要分为两种:普通水泥混凝土和沥青混凝土, 普通水泥混凝土是由一定比例的水泥, 沙子, 粗石子, 细石子, 经过搅拌混合而成的, 但是, 在对其进行搅拌和混合的时候, 有些会需某种物质的催化, 例如:可能需要配有外加剂, 如:强悍剂, 缓凝剂等等;而沥青水泥混凝土则是由一定比例的沥青、碎石以及矿粉经搅拌混合而制成的, 就本人的实际经验而言, 普通水泥混凝土的用量稍微大于水泥混凝土, 普通水泥混凝土大量用于在桥梁和道路的工程之上, 但是, 普通水泥混凝土的价格优惠, 且市场上出售的商家也比较的多, 因此, 用起来比较的实惠和方便。

2 水泥混凝土的优缺点

2.1 普通水泥混凝土的优点

2.1.1 刚度大, 能承受一些较大的重量

混凝土路面弹性的模量在30-50Mpa之间, 所以, 它很适用于在稳定的基层上的大交通量的高速公路、国道、省道、机场以及广阔的道路上进行使用, 水泥混凝土也能够直接的使用在一些土基承载力较小的轻交通量的乡村道路之上。

2.1.2 耐久性, 耐高温强

水泥道路需要比较强的耐久性和抗水性的材料, 所以, 水泥混凝土路面的耐水性比较的好, 能够比较好的防止在洪水淹没的条件下, 其不会受到根本上的破坏, 同时, 在大雨量的条件之下, 水泥混凝土道路也能够照常的使用。

2.1.3 抗拉弯性高, 疲劳值较低

水泥混凝土的弯拉强度大于535Mpa, 抗压强度大于35Mpa, 就这两种较高的性能就决定了水泥混凝土的使用寿命比较的长, 经过科学家的分析和种种试验成果的表示, 水泥混凝土能够达到500-800万次弯曲疲劳循环。

2.1.4 水泥混凝土的平整度衰减慢

在路面上只要施工的时候能够准确的把握好路面的平整度, 其基层的抗冲刷性就会相对的较高, 那么, 它的平整度损坏的速度将会变得很慢, 水泥混凝土平整度的保持年限会比一些用其他材料做成的柔韧性的路面要长得多。

2.1.5 水泥混凝土更具有保护环境的作用

当雨量较大的时候, 经过水泥混凝土路面的水量, 流入两侧的土壤时就不会受到污染, 同时, 在水泥混凝土路面之中使用粉煤灰, 也能够起到良好的保护环境的作用。

2.1.6 耐腐蚀性强

水泥混凝土对于许多化学物质是不受干扰的, 比如:混凝土对油类, 盐碱类等其他物质会相对的不敏感。

2.2 普通水泥混凝土的缺点

2.2.1 平整度的舒适性比较低

水泥混凝土的模板两比较高, 干湿的时候变形比较的大, 接缝多, 而且比较容易遭到破坏, 同时, 水泥混凝土路面的减振效果差, 能够产生很大的噪音, 这些就会影响整个路面的舒适性。

2.2.2 版本性强

在用于大交通量, 承载多数量车的路面上, 它对基层的冲刷性比较大, 有可能会在接缝部位出现错台和啃边, 进而让车出现较大的颠簸。

2.2.3 刚性大

对于一些在基层和路基大变形和不均匀沉降的软基, 山区填挖方交界处等地方, 水泥混凝土就不能使用在这些地方, 这些地方的沉降量太大, 水泥混凝土不能够满足在这些方面所需要的条件。

3 水泥混凝土在细集材料上的比例

水泥混凝土是由水泥、水、粗集料、细集料和一些外加剂所组成, 水泥和水在其中起到的作用是润滑和胶接, 粗集料和细集料在其中起到的作用是形成骨架和填充骨架空隙, 外加剂在其中起到的作用是改善水泥混凝土的工作性和其他性。所以, 在配置水泥混凝土时, 需要注意细集材料的相对比例。影响混凝土和易性的主要因素有浆体材料的稠度和数量、砂率、环境条件 (如温度、湿度等) 、放置时间、胶凝材料与外加剂的适应性等。然后按不同的比例组合集料, 利用计算机应用程序, 绘制不同比例情况下的混合级配曲线, 选择级配曲线最圆滑, 接近目标级配曲线中值的集料比例为集料的最佳合成级配。此时的集料混合料空隙率最小, 总表面积最小, 填充骨隙、包裹骨料表面所用的胶凝材料最少, 配制出的混凝土的和易性最好。细集料;主要在混凝土中填充作用, 砂率大会影响强度, 但包裹性较好;砂率小强度高, 包裹性较差。粗集料;主要在混凝土中骨架作用, 各个指标都在影响混凝土质量, 强度和流动性极为明显。就对于细骨料而言, 它是混凝土的主要组成部分, 其性质的好坏将直接影响到新拌混凝土和硬化后混凝土的性能, 如和易性、强度、耐久性等。

4 结论

较好的经济水平创造一个强大的国家, 一个强大的国家体现着在一些科技方面的大力发展, 并作出一些新型的材料。总而言之, 混凝土对于现在的社会来说是重中之重, 是社会前进的发动机, 是指引社会前进的明确方向。但是, 由于本人的知识水平有限, 因此, 本文如有不到之处, 还望不吝指正。

参考文献

[1]王瑜玲, 李洪涛.讨论了细骨料对混凝土和易性的影响.2010-11-30.

[2]范玉晶.讨论了细骨料种类对C30混凝土性能的影响.2013 (44) .

抗弯强度论文 篇6

硅酸铝纤维具有容重轻、耐高温、热稳定性及化学稳定性好,热传导率低、热容小、受热膨胀小、隔热性能好等优点。用于涂料时,其超细网格结构使体系稍增稠,其悬浮性好,可防止涂料中固体组分的沉降。硅酸铝纤维的使用温度范围为1000~1790℃,如作为复合型壳的增强相,在型壳焙烧时不会发生纤维会烧失或熔化(型壳焙烧温度<1000℃),因而可保证用于型壳增强时,各种性能的综合提高。

本工作采用硅酸铝纤维作为增强相来制备纤维增强复合型壳,并对不同纤维加入量条件下的纤维增强型壳试样的常温及焙烧后抗弯强度、高温自重变形量的变化规律进行研究,以解决玻璃纤维或有机纤维增强复合型壳在型壳焙烧时纤维增强的效果显著降低甚至消失的问题,为获得高强度复合型壳制备工艺,实现铸件浇注后型壳易溃散、可回收,从而减少甚至消除型壳废弃物的排放奠定技术基础。

1实验材料及方法

1.1实验材料及试样制备

实验中型壳试样制备工艺如表1所示。

本实验中选用的硅酸铝纤维为电容离心机甩丝成型,纤维直径为7~9μm,为避免因为纤维过长,导致团聚、缠绕,将纤维短切成长度为4~6mm,纤维的成分见表2,微观形貌如图1所示。

型壳面层和过渡层涂料中均不添加纤维,以达到浇注过程所要求的表面光洁度。硅酸铝纤维加入到背层及封 浆层中,其加入量 以背层涂 料中莫来 粉的0.2%~1.0%(质量分数,下同)增加变化,所加纤维分3~5次加入到干粉料中,并搅拌,使得纤维均匀分散。 型壳焙烧温度为900℃,保温120min。

1.2实验方法

抗弯强度测试所用型壳试样的结构及形状如图2 (a)所示。采用三点弯曲实验法对室温下的型壳试样进行强度测试(HB 5352.1—2004)。将型壳试样装载在XQY-Ⅱ型智能型砂强度仪上,以6mm/min的速率加载,直至断裂。用QUANTA400型扫描电 子显微镜对复合型壳试样的断口形貌进行观察;高温自重变形测试用试样的结构及形状如图2(b)所示,试样经焙烧冷却后,升温至1200℃,保温60min,随炉冷却至室温后,测量试样的直径,然后再根据公式1计算出该试样的变形量(HB 5352.2—2004)。

式中:δt-τ,试样在一定温度 和时间下 的变形量,%;A为试样的原始外径,mm;B为试样在高温发生自重变形后的外径,mm。

图2 实验用型壳试样结构及尺寸 ( a )抗弯型壳试样 ;( b )高温自重变形型壳试样 Fig.2 The size and shape of the shell specimens for experiment ( a ) shell specimens for bending test ; ( b ) shell specimens for self-loaded deformation test

2结果及讨论

2.1型壳试样的常温强度

图3为硅酸铝纤维加入量从0.2%~1.0%变化时,型壳试样的常温抗弯强度变化曲线。由图3可知, 随着涂料中混入0.2%~1.0%的硅酸铝纤维,其常温抗弯强度显著增加,其中,纤维加入量为1.0%的试样的抗弯强度较未添加纤维增强型壳试样提高了47%。 这一结果说明硅酸铝纤维很好地起到了复合增强的作用,这是由于纤维在复合型壳受载荷断裂的过程中,以拔出、断裂和脱粘的三种形式承担部分载荷的作用,进而起到增强作用,加入纤维越多,只要不是以集束的形式存在,其增强作用越明显。但由于纤维增强相是作为涂料的组分直接加入到涂料中用于制壳,当硅酸铝纤维加入量超过1.0%时,制壳用涂料黏度急速增大, 制样时涂料难以铺展,其工艺性能无法满足制壳要求。 此外,混制时还容易出现纤维结团、相互缠绕等现象, 纤维成集束状存在对基体的割裂破坏作用远高于纤维均匀分散时带来的增强作用,不仅涂料混制困难,还会严重降低纤维的增强效果。因此,纤维的加入量不宜过高。

图4为型壳试样弯曲断裂后断口的微观形貌。由图4可知,加入量为0.2%和0.4%时,试样断口表面上分布的纤维很少,此时对基体的增强作用不明显,仅为0.28MPa和0.45MPa,提高了约12%~19%。随着纤维加入量增加至0.6%和0.8%时,试样断口表面上纤维数量逐渐增多,且其在型壳中分布较为均匀,说明纤维在涂料配制过程中分散性较好,因此,参与增强作用的纤维数量增多,从而表现出总体增强作用的提高。此时断口表面上存在的纤维可以观察到直径减小的现象,见图4(c),(d)箭头所示处。这是由于纤维断裂和脱粘过程中的弹性变形所导致的。继续增大纤维的加入量,如图4(f)所示,从试样断口表面上的纤维可以观察到型壳的残留物,这说明硅酸铝纤维在脱粘过程中,有效地承受了载荷,进而提高试样的抗弯强度。但纤维加入量过大,易出现集束现象,如图4(e) 所示。聚集在一起的纤维对基体的割裂作用较强,会抵消了一部分纤维增强作用。特别是大尺寸的纤维集束体形成时,会导致试样中形成大的孔洞,其对基体的破坏作用将大幅度抵消纤维的增强作用,因此, 制壳过程中应极力避免纤维集束 体的形成。从图3的实验结果及图4(e)所示试样断口 形貌看,虽然出现了数条纤 维的集束 现象,但由于参 与形成集 束的纤维数量少,集束的外径尺寸很小,且纤维之间并未紧密排列,仍存在间隙,因此纤维集束的形成对基体的破坏作用很 弱。从图3也可看出,型壳试样 常温抗弯强度仍增大。

但需要特别指出的是,当硅酸铝纤维加入量超过1.0%时,不仅制壳用涂料黏度急速增大,其工艺性能无法满足制壳要求,同时,涂料中大量纤维形成集束、 产生团聚、缠绕的几率也在迅速增大。一旦型壳及试样中形成大尺寸、数量众多纤维的集束体时,其对基体的割裂作用将接近甚至超过其对型壳试样的增强作用,特别是形成非圆柱形集束体时,其对型壳强度的损害将大大超过其增强效果。因此,过高的纤维加入量不仅使制壳用涂料的工艺性能差,制壳、制样时施涂困难,而且会大幅 度地降低 型壳强度,无法实现 增强目的。

2.2型壳试样经焙烧后的强度

精铸型壳在使用 时必须经 过高温焙 烧,以除去型壳内表 面的水分 及大量有 机物。因此,试样高温 焙烧后的强度时 考核精铸 型壳性能 的一个重 要参数。图5为硅酸铝纤维加入量变化对焙烧后弯曲强度的影响。

与常温抗弯强度变化曲线相比(图3),纤维加入量从0.2%~1.0%变化对型壳试样焙烧后的强度影响较小。由图5可知,焙烧后的 纤维复合 型壳试样 的弯曲强度较未用纤维增强的型壳试样有了大幅提升,且随纤维加入量增加而增大,由4.1MPa增加到5.7MPa以上。这说明纤 维复合型 壳在实验 焙烧温度下依然可以起到增强作用。图6是焙烧后复合型壳弯曲断裂断 面形貌,它证实型 壳中纤维 经焙烧后 未被完全烧失。当纤维与基体的界面通过硅溶胶涂料完全浸润纤 维表面并 固化形成 的连接方 式存在时,尤其在焙烧后,涂料的黏 结性能得 到大幅提 升, 因此,添加纤维复合型壳试样的弯曲强度升高。

由图6(a)中观察到的纤维较少,图6(c)中箭头1, 2标示处的纤维直径不同,说明部分单丝纤维在弯曲断裂的过程中被拉长;箭头3处有明显的型壳残留物, 表明纤维与型壳基体结合牢固,在承受载荷时,有效地提高了其强度;而图6(e)中局部放大区域可以观察到纤维出现缩颈现象,这说明,纤维增强复合型壳的断裂不仅仅是型壳基体的断裂,其失效形式还包括纤维的拔出、断裂、界面脱粘等形式。复合型壳承受载荷后, 在形成裂纹的尖端扩展,当裂纹穿过基体型壳而遇到纤维时,裂纹可能分叉,转向平行于纤维方向扩展,即沿界面扩展,无论是沿基体还是沿界面,都会形成新的表面,从而增加了断裂时所消耗的能量,进而起到复合增强的作用。同时,由图6(d),(e)所示试样断口形貌中可见,未随型壳试样一起断裂的部分纤维完整的贯穿于型壳内部,其分布的方向性上也较均匀,即增强作用是针对整个型壳的各方向受力的。综上所述,随着纤维加入量的增加,其抗弯强度上升。

由于型壳高温焙烧后,硅酸铝纤维依然存在于型壳中,仍继续起到增强的作用,这不利于型壳残留强度的降低,不利于铸件的清理,关于这一点在最初研究方案设计时已充分考虑,可选用多种纤维联合增强(其中一种纤维在高温条件下可部分或完全烧蚀),或在制壳材料中加入溃散剂来降低铸件浇注后型壳的残留强度,以达到利于脱壳的目的。

2.3型壳试样的高温自重变形量

型壳的高温变形的大小对最终获得的铸件尺寸精度有着重要的影响。它主要是由于焙烧过程中型 壳中各组成热膨胀 系数的不 同和金属 液浇注之 后的涨型所导致 的。 对比未纤 维增强试 样及添加 硅酸铝纤维的型壳试样的高温自 重变形,其结果如 图7所示。由图可知,所有高温变形 量都小于1%,都能满足熔模精 密铸造的 使用要求。 随着纤维 加入量的增加,其自重变 形量呈下 降趋势,特别是纤 维加入量为0.8%及1.0%试样的变 形量已降 低至0.54%。由于焙烧过程中,硅酸铝纤维未被 烧失,因此升温过程中 依然可以 起到复合 增强的作 用 。 在高温下材料断裂或变形由高温 蠕变机制 控,裂纹扩展时,硅酸铝纤维会 消耗一部 分能量,对裂纹扩 展的阻扰能力明显优于未纤维增 强试样,所以自重 变形量减小。

3结论

(1)随着涂料中混入0.2% ~1.0% 的硅酸铝纤维,常温抗弯强度显著增加,其中加入量为1.0%的试样的弯曲强度提高幅度最大,较未用纤维增强的型壳试样增加了47%。

(2)焙烧后的纤维复合型壳试样的弯曲强度较未用纤维增强的型壳试样有了大幅提升,由4.1 MPa增加到5.7 MPa以上,抗弯强度的提升全部大于39%。

(3)随着纤维加入量的增加,其自重变形量呈减小趋势,加入量为0.8%及1.0%试样的变形量已降低至0.54%。

摘要:为了提高熔模铸造硅溶胶型壳的性能,向涂料中添加硅酸铝纤维制备纤维增强熔模铸造型壳试样。对不同纤维加入量条件下所获得的纤维增强型壳试样的常温及焙烧后抗弯强度、高温自重变形量的变化规律进行研究,并利用SEM观察型壳试样断口形貌。结果表明:随硅酸铝纤维加入量从0.2%~1.0%(质量分数,下同)变化,其常温抗弯强度显著增大,高温自重变形量减小;纤维加入量为1.0%时,试样的常温抗弯强度较未增强的试样提高了47%,而高温自重变形减少约50%。采用0.2%~1.0%的硅酸铝纤维增强后,复合型壳焙烧后强度至少提高39%。断口SEM形貌观察分析结果表明,纤维增强硅溶胶型壳试样受力破坏失效主要由于硅溶胶凝胶膜的断裂、硅酸铝纤维拔出、断裂及脱粘等综合作用所致。

抗弯强度论文 篇7

泡沫陶瓷具有密度小、气孔率高、耐高温、耐腐蚀和良好的机械强度等,被广泛应用于金属熔液过滤、隔热隔音材料、汽车尾气净化装置、工业污水处理等领域[1,2]。 泡沫陶瓷起始于20世纪70年代,生产和研发大多以材质变化为主,如氧化铝、碳化硅、氧化锆、氧化镁、堇青石、 铝钒土质等[3,4,5,6,7,8],对复合陶瓷的结构和性能的研究较少。

氧化锆具有较高的断裂韧性、强度、硬度和耐磨性等, 显示出优良的机械性能和塑性[9,10],在结构陶瓷领域的应用较为广泛。在Zr O2陶瓷基体中加入刚性Al2O3颗粒, 制备Zr O2/Al2O3系复相陶瓷来增强增韧基体材料[11,12]。 陈德勇等人研究了Zr O2-Al2O3两相陶瓷复合材料的力学性能与增韧机制[13],徐利华等人对Zr O2-Al2O3-Si C系复相陶瓷材料的冲蚀磨损进行了研究[14],课题组前期工作研究了Zr O2/Al2O3复相泡沫陶瓷过滤器制备工艺[15], 而对Zr O2/Al2O3系复相的流变性能和抗弯强度分析的较少。因此本文采用有机泡沫浸渍法,研究制备的Zr O2/ Al2O3系复相泡沫陶瓷的显微结构,并对其进行流变性能和抗弯强度评价。

1实验

实验所用主要材料包括中值粒径为4.05 μm氧化锆粉,中值粒径为2.41 μm氧化铝粉,苏州土,木质素磺酸钙,柠檬酸三铵,四甲基氢氧化铵,正辛醇,聚氨基甲酸酯等,主要规格和用途如表1所示。氧化铝和氧化锆粉体按照一定比例放入球磨罐中,球磨介质为氧化锆球,将球磨处理后的粉体与去离子水按一定的比例混合, 加入添加剂,在搅拌机下搅拌数小时后制备成所需浆料, 将处理好的聚氨酯泡沫浸入浆料进行充分挂浆,制备成坯体,再进行烘干烧结。

采用SN3400N扫描电子显微镜和D/max-2500/ PC X射线衍射仪对泡沫陶瓷进行微观组织观察和相成分分析;将粉体在WE-10A液压万能试验机上压成尺寸为5 mm×6 mm×40 mm的试条,用四川瑞格尔仪器有限公司生产的微机控制电子万能试验机进行三点弯曲法抗弯强度的测定。用NXS-11A旋转粘度计对浆料的粘度进行测定,以检测悬浮体的流变性质。

2实验结果与讨论

2.1 Al2O3添加量对复相陶瓷形貌和相结构的影响

实验中对Zr O2/Al2O3系复相陶瓷进行了X射线衍射分析。图1是Zr O2中Al2O3含量分别为0 wt% 和20wt% 时烧结温度为1620 ℃的X射线衍射图。由图1 (a) 衍射分析图可知,当Al2O3含量为0 wt% 时,制备的泡沫陶瓷主要由亚稳四方相(t-Zr O2)和单斜相(m-Zr O2) 组成,为单相Zr O2陶瓷相。添加Al2O3制备的泡沫陶瓷含有Al2O3、t-Zr O2和m-Zr O2相,形成复合陶瓷,如图1(b)所示。

(a)Al2O3含量为0wt%,(b)Al2O3含量为20wt%(a)0wt%Al2O3content,(b)20wt%Al2O3content

图2为Zr O2中加入不同量的Al2O3制备泡沫陶瓷的表面形貌。当Al2O3含量为0 wt% 时,形成块状聚集的单相Zr O2陶瓷,如图2 (a) 所示;当Al2O3含量为10wt% 时,从图2 (b) 中可以观察到制备的泡沫陶瓷出现球状和块状两种形貌,少量颗粒状陶瓷熔结在块状陶瓷中。 增加Al2O3的含量到20 wt%,如图2 (c) 所示,颗粒状的陶瓷生长均匀,烧结较致密;当Al2O3含量分别为40wt% 时,烧结的陶瓷颗粒与颗粒之间连接不紧密,可观察到较多孔洞,烧结效果不佳。

图2泡沫陶瓷的表面形貌(a)Al2O3含量为0wt%,(b)Al2O3含量为10wt%,(c)Al2O3含量为20wt%,(d)Al2O3含量为40wt%Fig.2 Surface morphology of foam ceramics,(a)0wt%Al2O3content,(b)10wt%Al2O3content,(c)20wt%Al2O3content,(d)40wt%Al2O3content

2.2 Al2O3添加量对浆料流变性能的影响

为了制备良好分散稳定的悬浮体,因此本文研究了浆料制备过程中氧化铝添加量对浆料流变性能的影响,实验结果如图3和图4所示。图3为不同氧化铝加入量悬浮体剪切速率与表观粘度曲线,从图中可以看出,随着剪切速率的增大,不同氧化铝含量的浆料仍然保持较好的剪切稀化现象。在相同的剪切速率下,随着氧化铝添加量增加, 浆料的表观粘度增大。剪切速率为12.25s-1时,当Al2O3含量为20%时,浆料粘度有所降低,而Al2O3含量为40%时, 浆料粘度升高,说明在此剪切速率下浆料的性能稳定性不佳,因此Al2O3添加量增加对浆料的稳定性有一定的影响。 图4为29.13s-1剪切速率下氧化铝加入量与表观粘度关系曲线。由图中可知,在同一剪切速率下,氧化铝含量增加到20 wt%,浆料表观粘度迅速增加,继续增加氧化铝的添加量,浆料的表观粘度增加幅度不大。

2.3 Al2O3添加量对复相陶瓷抗弯强度的影响

图5为烧成温度为1620 ℃,保温时间为2 h获得的Zr O2/Al2O3复相陶瓷的抗弯强度与Al2O3含量的关系。 从图中可见,随着Al2O3的含量增加,陶瓷的抗弯强度逐渐增加,当Al2O3含量为20 wt% 时,烧结体的抗弯强度最大,再继续增加Al2O3含量,烧结体的抗弯强度出现下降的趋势。

Al2O3添加量对复相陶瓷抗弯强度的影响,取决于Al2O3对坯体的密度、晶粒尺寸的影响程度等[16]。结合陶瓷的显微形貌,当Al2O3的加入量为10 wt% 时,Zr O2晶粒较大(见图2b),Al2O3的加入量为20 wt% 时,陶瓷烧结致密(图2c),提高了烧结体的力学性能。其次,结合陶瓷的相结构分析,添加Al2O3颗粒,抑制了t-Zr O2→ m-Zr O2转变的发生,烧结体中保留了亚稳态四方相Zr O2,有利于应力诱导相变增韧[17],提高材料的抗弯强度。再有,Al2O3的弹性模量高且具有较高的强度, 它分散在Zr O2中,可产生钉扎、弯曲和分叉裂纹的作用,也有利于提高材料的抗弯强度。Al2O3添加量较高时, 陶瓷中气孔较多(如图2d所示),烧结体中Zr O2含量相对减少,Zr O2应力诱导相变增强增韧作用不能充分发挥,从而使材料的力学性能明显降低。所以,制备Zr O2/ Al2O3复相陶瓷时,最佳工艺参数为20 wt% Al2O3和80wt% Zr O2。

3结论

(1)Zr O2/Al2O3复相陶瓷由m-Zr O2相、t-Zr O2相和Al2O3相组成,当Al2O3的含量为20 wt% 时,烧结的陶瓷颗粒致密均匀,增加Al2O3的含量到40 wt%,陶瓷出现气孔;

(2)Al2O3添加量为20 wt% 时,Zr O2/Al2O3复相陶瓷的抗弯强度最佳,这与复相陶瓷的致密性、晶粒尺寸、 相结构等因素相关;

(3)Al2O3含量增加到20%,浆料表观粘度迅速增加, 继续增加Al2O3的添加量,浆料的表观粘度增加幅度不大;

(4)总结陶瓷的显微形貌、相结构、抗弯强度和浆料流变性能的实验结果,制备Zr O2/Al2O3复相陶瓷时, 最佳工艺参数为20 wt% Al2O3和80 wt% Zr O2。

摘要:采用有机泡沫浸渍法制备ZrO2/Al2O3复相陶瓷,分析Al2O3添加量对泡沫陶瓷显微形貌、相结构、抗弯强度和浆料流变性能的影响,确定制备复相陶瓷的最佳工艺参数。实验结果表明,ZrO2/Al2O3复相陶瓷由m-ZrO2相、t-ZrO2相和Al2O3相组成;当Al2O3的含量为20 wt%时,烧结的陶瓷颗粒致密均匀,陶瓷的抗弯强度最佳,浆料表观粘度增加;增加Al2O3的含量到40 wt%,陶瓷出现较多气孔,浆料的表观粘度增加幅度不大;Al2O3的添加影响了复相陶瓷的致密性、晶粒尺寸、相结构等因素;制备ZrO2/Al2O3复相陶瓷时,最佳工艺参数为20 wt%Al2O3和80 wt%ZrO2。

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