塑性措施（通用10篇）
塑性措施 篇1
塑性混凝土防渗墙通常被应用于水库等对防渗措施要求极高的工程, 塑性混凝土防渗墙的主要特点就是可以和被防渗的土体保持一致和协调, 也就是说, 塑性混凝土防渗墙的变形模量比较低, 能够在防渗过程中保证不变形、不开裂, 和刚性混凝土或者其他混凝土防渗墙相比较, 有极大的突出优势, 所以, 在水库等土石坝的基础建设处通常采用塑性混凝土防渗墙来保证施工工程的正常进行。
1 常用的导向槽结构形式
在应用混凝土防渗墙进行防渗工作时, 利用导向槽来保证整个槽口的稳定是现代技术中比较流行的一种方式, 这不光是保证后续工作的安全, 更是保证企业的经济效益不受到损害, 因此, 建设好的导向槽是决定后续工作是否顺利的前提条件。
1.1 我国使用的导向槽结构样式比较多, 这都是为了使整个槽口适应不同的地质条件, 更好地贴合槽口, 能够为防渗工作提供最合适的基础建设。“┓┏”形式的结构能够更加方便地给槽口建设提供稳定性, 这种钢筋混凝土结构的优点在于建设结构简单, 开挖等工程量较小。同时, 在建设槽口时, 为了很好地保证其稳定性, 还采用了相应的配套措施对其进行辅助建设:
1.1.1 将钢筋混凝的土梁埋入地下1m, 保持0.7~0.8m的梁高, 利用拉筋在钢槽板的上口进行固定。
1.1.2 在防渗墙的轴线两侧可以用粘土进行置换, 范围控制在2m之内, 深度控制在3m之内, 并且要用粘土进行分层务实。这样的措施主要是防止在进行钻孔工作时, 出现塌陷, 主要针对的是河床为砂卵石或人工填筑的强透水层的地层情况。当粘土置换至梁上口高程时, 可以采用两次开挖的方式立模浇灌混凝土连续梁。
1.1.3 在计算简支梁时, 要保证配筋的长度比槽段长度多2m, 在取荷载时要取最不安全的荷载, 也就是取每项工程所需要的荷载量中最不正常的荷载, 将其组合在一起, 这样就可以提早考虑如果事故出现该怎么进行挽救的相关事宜, 为事故提供一定的缓冲空间。利用这种结构建设混凝土防渗墙工程, 我国已经通过实际情况证实其可行性, 同时也是证明了其安全高效才被广泛应用的。
1.2 在改善导向槽结构时, 仍然有很大的空间, 主要解决的是其经济问题。
1.2.1 上文所述的方法虽然方便安全, 但是拆除的费用比较大, 这也就给相关企业带来很大的经济负担, 为了节省开支, 最好能够充分利用地基的承载力, 设计出较为经济实用的断面。具体的操作过程中, 如果槽口没有坍塌, 地基的承载力是支撑的主要作用力, 因此, 应该合理利用地基的承载力, 为施工工程提供更大的作用力, 保证施工的安全。再加上用较为可靠的方式钻孔, 就可以保证梁以下地层的牢固安全。如果不能保证梁以下底层的安全, 出现坍塌, 采取临时维护措施来继续创造槽也是无济于事的, 不能从根本上解决问题, 所以, 在出现坍塌时, 应该及时处理而不是勉强成槽, 在处理好坍塌故障之后再进行接下来的工作才能保证整个工程的完整性。
1.2.2 为了增加槽口松散处的底层的稳定能力, 可以将钢槽板取消, 这样就可以增高梁的原有高度。如果采用较薄钢筋混凝土结构, 就能够降低工程施工的经济成本。但是如果在钻孔中出现坍塌, 填筑料也会随之坍塌这就导致整个槽板将失去重心从而失去稳定性。
1.2.3 针对强透水层时不需要利用粘土进行置换。之所以选择利用粘土进行置换是因为强透水层处的结构是比较松散不稳固的, 很容易因为浆液遗漏而出现坍孔, 这就需要采用粘土置换的方式来保证强透水层的稳定性。但是粘土置换方式也存在一定的局限性, 采用的粘土在开挖时很容易造成土地资源的破坏, 如果在置换过程中遇到雨季, 就很难保证置换填筑的质量, 对钻孔工程就提供不了安全保障, 容易造成坍塌。因此应该在保证孔壁稳定的同时, 再进行钻孔工程的维护施工。
1.2.4 我国一些重要水库均采用以上介绍的施工方式, 这种设计方式能够保证整个工程的安全性, 同时很大程度地缩短了工期, 还减少了工程量, 为建设企业节省了很多投资, 总而言之, 这种设计方式为企业带来较高的经济效益。
2 特殊地层钻孔技术
2.1 强透水层。在进行混凝土防渗墙工程中, 如果遇到的是河床浅层砂卵石地层或者人工填筑的强透水层, 都是属于强透水层。这样的环境土质松散, 很容易引起泥浆的流失, 这样就会在钻孔过程中引起坍塌, 给整个工程带来更多困难。
为了更好地保证孔壁的稳定性, 下文介绍的一些工艺可以防止坍塌故障的出现:
2.1.1 宜选用带侧刃的大刃脚十字形冲击钻头, 钻头重量要大, 冲程要高。
2.1.2 使用粘性大、塑性指数高的粘性土制作泥浆。
2.1.3 保持孔内有足够的水头高度, 不断向孔内补充泥浆, 保持一定压力防止因漏浆过量而坍孔。
2.1.4 在大块石层中钻进时, 要注意控制冲程和钢丝绳的松紧, 防止孔斜。
2.1.5 直接向孔内投放粘土, 利用钻机冲击时钻头对孔壁的挤压作用, 把孔内砂卵石夹粘性土挤进孔壁, 达到密实孔壁、封闭渗漏通道的效果, 增强孔壁的稳定性。
2.1.6 采用层削法成槽。若主孔一次性钻进至设计深度后再施工副孔, 由于地层松散, 加上其两侧土体临空状态, 在冲击时, 孔内砂卵石将迅速崩塌, 新增加了大面积渗漏通道, 致使槽段内的泥浆可能迅速流失, 导致坍孔事故。
2.2 粘性土层。在以粘土心墙作为防渗体系的土石坝的除险加固工程中, 往往需要在粘土心墙中修建混凝土防渗墙, 针对这种特殊的地质情况, 采用Y.K.C冲击钻机和GPS-10 型回旋钻机联合施工是一种缩短工期、提高经济效益的有效方法。粘土层中, 主孔和副孔采用回旋钻机成孔, 小墙采用冲击钻机修整成槽;基岩采用冲击钻机施工。
3 事故处理
3.1 槽段坍塌。发生槽段坍塌后, 可采用加大护壁泥浆的比重、粘稠度或向孔内直接投放粘土, 增加槽孔泥浆面的高度等;坍孔严重时采用粘土或低标号混凝土回填, 待坍孔地段稳定后再重新成槽。
3.2 卡钻。Y.K.C冲击钻机在砂卵石或基岩中钻孔, 易发生因孔壁掉块或操作不当等原因造成卡钻事故。出现卡钻事故时, 应立即摸清卡钻原因, 及时加以处理;当简易方法处理无效时, 不应盲目处理, 人为增加后续处理难度, 此时采用带专用钻头的回旋钻机处理是一种比较有效的方法。
4 结论
随着社会技术的不断提升, 我国对于建设除险加固工程也有了较为有效的方式。塑性混凝土防渗墙越来越被广泛用于除险加固工程, 为我国水库等工程建设提供了较为有效的安全保障。相信在未来的工程建设中, 塑性混凝土防渗墙能够有更好的发展前景。
参考文献
[1]高钟璞.大坝基础防渗墙[M].北京:中国电力出版社, 2000.
[2]白永年.中国堤坝防渗加固新技术[M].北京:中国水利水电出版社, 2001.
[3]顾晓鲁.地基与基础[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.
教育﹃塑性﹄阶段的班级管理 篇2
一、小学班主任管理中存在的问题
（一）班主任班级管理理念缺乏先进性
目前，班主任掌握的班级教育管理知识多数局限在师徒经验的传递上，根本就不适合现代教育管理需求，其自身素质需要快速提升。其原因在于：1.尽管大力提倡素质教育，但应试教育思想仍占有重要位置，这位班主任的管理带来重大压力。其不得不将大部分精力用于学生的成绩提高上面，而对学生情感以及心理的发展关注相对减少，随着学生年龄增加，抵触情绪明显。2.学校领导很少关注班主任的管理培训工作，并将评价工作质量的指标放在学习成绩以及纪律管理等方面，这也导致教师将大部分精力放在了事务性工作上面，而忽视了教学管理理论知识的学习。
（二）班主任班级管理随意性强
小学班主任缺乏对学生自身教育力量以及综合诸多力量形成教育合力的关注。并且，对班级的功能、学生的主体地位认识不够，从而在处理日常事务时，长凭借自身经验处理事情，很多时候会损害学生的自尊心，打消学习积极性。
（三）缺乏“身教”
班主任在日常管理中，常常会对一些事情反复强调，但是，却很少给学生进行示范。学生有时很难明白到底要干什么。另外，教师总是将自己摆在“主体”的地位，给学生一种不能平等交流的感觉，这样很难了解到学生真实需要。
（四）任课教师与学生之间的矛盾
当任课教师与学生发生矛盾的时候，班主任常常会“打压”学生，这样会给学生造成“偏心”的感觉，会使矛盾越来越深，并产生抵触情绪。如果班主任替学生说话，则会使任课教师感到有损“面子”，从而与班主任之间产生隔阂。
二、优化小学班级管理措施
（一）采用新理念进行班级管理
1、班主任要不断的激励全体学生，积极的发挥出自己智力以及体力潜能，努力学习，完成班级的集体任务，并从中培养团队协作精神。
2、学校的最终任务就是要满足学生的全面发展。其既是班级活动的出发点，又是最终目标。班主任要强调学生的主体地位，尊重其个性发展，力争使每个学生都有锻炼的机会，并且，学会合作精神。
3、班主任要多组织一些集体的讨论活动，鼓励学生积极参与，并让其感觉班主任与其之间的关系是平等的，从而有助于构建和谐的班集体。
4、班主任要重视班干部的培养与选拔工作，采用适当的方式方法，做到权利的“收放自如”，增强班干部小团体的凝聚力，积极配合班主任工作。
5、构建和谐、融洽的班集体是班主任管理工作的重要目标，亦是提升管理水平的有效手段之一。首先要建立良好的集体舆论氛围，使其有利于班主任的管理需求，并长久的发挥其功效，形成良好的班风。促进学生班集体意识的形成，建立符合班级特色的文化氛围。充分利用班级的奖惩制度，督促学生严于律己，团结向上。这些制度一定要适当，既要有警示作用，还要有促进作用。
（二） 构建民主和谐的师生关系
1、努力让班级任课老师意识到，教师合作起来对学科教学、学生发展和班级管理的重大意义，努力做到教书和育人相结合，让学科教学也来服务于班级管理。
2、班主任要经常向科任老师介绍班级整体以及个别学生的情况。经常组织科任老师参与班级管理计划的制定、执行和完善，同时要经常举办科任老师与学生共同参与的班级活动，让科任老师能平等的对待每一位学生。
3、班主任应在学生面前维护任课老师的权力地位，加强任课老师的威信，积极引导班级每一个学生，尊重爱戴每一位老师。这样有利于任课老师在课堂中更好的管理课堂，顺利高效的将课程进行下去。
4、协调科任老师之间和科任老师与学生之间的关系。一个优秀的班主任要是一个多面手，既应协调好班主任与科任之间的关系，协调科任教师与学生之间的关系，还要协调好学生与学生之间的关系。这些成员之间的关系的确是太微妙了，关系的好坏对班级管理的建设有着重要的影响。
5、及时的沟通科任老师和学生的心理。班主任接到学生所反映的情况意见时，不可草率从事，必须进一步的调查证实。如果因学生思想幼稚、不理解教师所致，应耐心对学生进行思想教育；如果属于教师教学上的问题，班主任应先向学生作必要的解释，尽可能争取学生对该教师的谅解，相信问题会得以很好的解决。然后再找科任老师谈心，将学生的意见委婉的告诉他们。同时也积极鼓励学生与科任教师之间的直接联系，更利于他们的反省，改进工作。对待一些特殊问题，如教师道德品质方面，教学技能方面等班主任自身力量无法解决的，应及时向学校领导反映，争取帮助。良好的师生关系是搞好班级管理的重要保证，班主任要做好中介工作，积极听取学生对教师的意见，同时诚恳的帮助这些教师改进工作，从而取得教育教学最佳效果。
建国以来，随着我国经济建设的高速发展，人们对“教育的力量”有了更加深入的认识。国家对教育事业的资金投入逐年增加，并提出“素质教育”的教育目标。打破传统的教学理念，推进思维能力以及创新能力的培养工作。小学阶段作为教育的“塑性”阶段，对于学生的未来发展具有重要的意义。小学班主任在教育过程中，更是起到了无可替代的作用。本文针对当前小学班主任的管理工作中存在的问题进行分析，并提出相关的参考性建议，希望能够为有关的工作人员提供一些帮助。
塑性措施 篇3
会议将邀请相关部门、科研院所、高等院校、知名企业等单位的领导, 院士、资深专家做主旨报告、青年科技专家做主题演讲。欢迎各位专家学者、管理者、工程技术人员等业内人士踊跃投稿并出席年会。
会议征文范围如下:
1、一般论文
⊙变形机制:塑性理论, 结构模型, 形变模拟, 缺陷和损伤
⊙过程:模拟和设计, 监测和控制
⊙金属体积成形:锻造, 轧制, 挤压, 拉制…
⊙板材金属加工:剪切, 弯曲, 拉伸成形, 深拉伸, 冲压, 逐段成形, 板材和管材的液压成形, 激光成形
⊙半固态成形, 特种成形 (楔横轧、辊锻、摆动碾压) , 旋压成形
⊙设备及辅助设备:模拟, 设计, 制造, 监测和控制
⊙模具和工具:设计, 制造和控制
⊙锻造加热炉、加热技术
⊙微成形、纳米技术
⊙快速成形
⊙摩擦, 润滑, 磨损和热传导
⊙信息技术和知识工程, 质量和质量管理
⊙工艺和系统的计算机辅助技术、模拟以及虚拟样机试制
⊙经济学和生态学 (环境保护)
⊙材料和材料工程:材料检测, 物理模拟, 可成形性, 晶体可塑性
2、实现绿色制造的相关技术
*绿色材料选择设计*绿色制造过程设计*绿色生产与工艺*绿色设备设计和选择*绿色模具设计与加工*绿色能源和使用*绿色回收和处理
本届年会所投论文应在国内外未曾公开发表过, 在理论或应用方面有创见。所有投寄录用的论文都将收录在《第十一届塑性加工学术年会论文集》中, 稿件应包括中、英文摘要、主题词、全文。
论文投寄截止时间:2009年6月30日前。
地址:北京市学清路18号 北京机电研究所内 塑性工程学会
邮编:100083
电话:010-62920654, 82415084
浅析塑性加工技术发展状况及趋势 篇4
关键词:成形技术;制模技术;铣削技术
一、精密成形技术
精密成形技術对于提高产品精度、缩短产品交货期、减少切削加工和降低生产成本均有着重要意义。近10年来,精密铸造技术、精密压力加工技术与精密焊接技术突飞猛进。
在精密铸造方面,熔模精密铸造、陶瓷型精密铸造、金属型铸造和消失模铸造等技术得到了重点发展,铸件质量大大提高。例如采用消失模的铸件,壁厚公差可达±0.15mm,表面粗糙度可达Ra25μm。在精密压力加工方面,精冲技术、超塑成形技术、冷挤压技术、成形轧制、无飞边热模锻技术、温锻技术、多向模锻技术发展很快。例如700mm汽轮机叶片精密辊锻和精整复合工艺已成功应用于生产,楔横轧技术在汽车、拖拉机精密轴类锻件的生产中显示出极佳的经济性。除传统的锻造工艺外,近年来半固态金属成形技术也日趋成熟,引起工业界的普遍关注。
此外,在粉末冶金和塑料加工方面,金属粉末超塑性成形、粉末注射成形、粉末喷射和喷涂成形以及塑料注射成形中气体辅助技术和热流道技术的成功应用,大大扩充了现代精密塑性加工的应用范围。
精密成形技术发展速度之快、应用之广,使国际机械加工技术协会有充足的理由认为,在21世纪之初,精密成形与磨削加工相结合的加工方式,将取代大部分中、小零件的切削加工,在2010年左右,精密成形的精度将会进一步提高,成形公差可望达到当今的磨削精度,实现工业界梦寐以求的"净成形"(无余量的完全零件形状)的奋斗目标。
二、快速成型与快速制模技术
快速成型技术(RP)是快速原型与制造技术的简称,其成型原理为:先由几何造型软件生成产品的三维模型,然后按一定厚度分层,获得各个截面的平面信息,经数据处理后,数控系统有序地连续加工出每个薄层并使它们粘接成型。快速成型主要有激光立体光刻(SLA)、分层实体制造(LOM)、选择性激光烧结 (SLS)和熔融沉积制造(FDM)等方法。
快速成型技术对于模具的快速制造产生了重要的影响和推动作用。用于小批量生产的塑料模具和冷冲压模具可以依照由快速成型方法所获得的产品实体直接用硅橡胶、环氧树脂或金属材料制造。用于大批量生产的各种模具也可由快速成型和铸造技术相结合的方法制造。快速制模技术由于具有制造周期短、成本低、综合经济效益高等优点,十分适合新产品开发和小批量多品种的生产方式,近10年来发展非常迅速。除了快速成型在快速制模中应用外,电弧喷涂成形技术、实型铸造制模技术、氮气弹簧在冲压模具中的应用、锌基合金制模技术、低熔点合金制模技术、铜基合金制模技术、电铸技术在注塑模具中的应用、环氧树脂制模技术、无模多点成形技术、叠层钢板制模技术等快速制模的新工艺、新方法和新设备层出不穷,显示出强大的生命力和显著的经济效益。
三、高速铣削和电火花铣削技术
电火花铣削加工技术(又称为电火花创成加工技术)是电火花加工技术的重大发展,这是一种替代传统的用成型电极加工模具型腔的新技术。
伴随着高速切削电火花加工技术的进步,模具加工过程的检测手段和模具表面处理技术也取得了很大进展。现代三坐标测量机除了能高精度地测量复杂曲面的数据外,其良好的温度补偿装置、可靠的抗振保护能力、严密的除尘措施以及简便的操作步骤使得现场自动化检测成为可能。
在模具表面处理方面,抛光技术的进步也十分突出。现代超声抛光设备能使模具表面抛光至Ra0.05～0.025μm,达到镜面抛光的要求。模具表面耐磨、耐腐蚀和花纹处理技术也有长足的进步。
四、CAD/CAM技术
在CAD/CAM技术日新月异的今天,工业部门已不满足于仅仅将计算机作为绘图和数控编程的工具,工程技术人员迫切地希望在同一软件环境下,既能自动绘图,又能有设计、计算、分析和加工的能力,于是模具CAD/CAE/CAM集成化系统便应运而生。在各类塑性加工工艺中,塑料注射成形工艺计算机集成系统的应用最为突出。世界著名的CAD/CAM系统,如CADDS5,Pro桬和UGⅡ等,均实现了CAD/CAM系统与塑料注射过程模拟、模具结构设计和模具型腔数控加工的初步集成并取得了显著的经济和社会效益。为了适应国际发展潮流,华中理工大学模具技术国家重点实验室正在开发新一代塑料注射模软件。所谓新一代注塑模软件,是指利用计算机集成制造技术(CIM)开发的注塑模集成制造系统(CIMS),这种高度集成的系统能支持模具设计与制造的全过程,具有智能化、集成化、面向装配和模具可制造性评价等特点。
应该指出的是,在CIMS基础上发展起来的虚拟技术将在21世纪的塑性加工领域发挥作用。所谓虚拟技术,是指以CAD/CAM支持的仿真技术为前提,对设计、加工、装配、试模等工序建立相关联的数学模型,配置必要的硬件(如头盔、手套或者信号反馈装置等)和软件(如图形加速软件、虚拟现实模型语言等),形成虚拟的环境、虚拟的过程、虚拟的产品和虚拟的企业。
在虚拟技术的支持下,从用户订货,产品创意、设计到零部件生产、装配、销售以及售后服务等全过程的各个环节都可以分别由处在不同地域的企业进行互利合作。通过国际互联网、局域网和企业内部网实现模具的异地设计和异地制造,提高企业快速响应市场的能力。
五、结束语
现代先进制造技术正在改变塑性加工领域的许多传统观念和生产组织方式,技术创新已成为21世纪企业竞争的焦点。由于新技术的应用和引导,塑性加工在国民经济中的作用越来越大,在一定程度上决定了我国机械制造业在21世纪的市场竞争能力,对此,我们要有足够的认识并采取得力的措施。
土塑性理论研究浅述 篇5
基于金属材料变形机制的传统塑性理论, 作为一门独立学科距今已有百余年历史, 一般认为它是在1864年屈瑞斯卡 (Tresca) 公布了最大剪应力屈服准则开始的。随后1870年圣维南 (Saint-Venant) 提出了平面情况下联系应力和应变的方程组。之后出现了约40年的停滞期, 直到20世纪初, 塑性理论又获得了进一步的发展, Mises明确提出了新的屈服条件—应力强度不变条件。1924年, Heneky采用Mises条件提出了另一个理论, 建立了全量应变和应力关系。1948年, W Prager和P G Hodge以及H J Green berg (1949) 建立了塑性增量理论的极限原理。1953年由Koiter和Prager提出了与Tresca条件相关联的流动法则。近年来塑性力学在理论和方法上都得到了迅速的发展和广泛的应用。
适用于岩土介质材料的塑性理论虽然起源很早, 例如土力学中1773年库伦 (Coulomb) 提出的破坏条件, 但长期以来成为塑性力学研究主体的是金属材料。1857年郎肯 (Rankine) 研究了半无限体的极限平衡, 提出了滑移面概念。1903年Kotter建立了滑移线方法, 1929年Fellenius提出了极限平衡法。岩土塑性力学的最终形成主要在20世纪50年代末期以后, 随着传统塑性力学, 近代土力学, 岩石力学及有限元等数值计算方法的发展, 使其成为一门独立学科。1958年, 英国剑桥大学罗斯科 (Roscoe) 及其同事提出了土的临界状态概念, 此后又提出了著名的剑桥模型, 从理论上阐明了岩土弹塑性变形的特征, 开创了土体的实用计算模型。而近年来岩土本构模型的研究十分活跃, 但它仍然处于百花齐放, 方兴未艾的阶段。
广义塑性理论是在研究岩土材料的变形机制和在传统塑性力学的基础上发展起来的, 它消除了传统塑性力学中的一些假设, 既适用于岩土类材料, 也适用于金属材料, 故金属塑性理论是它的特例。
2 岩土材料的力学特性
试验结果表明, 岩石, 土及混凝土这类材料在受压特别是在三项受压是具有明显的塑性性质, 但与金属材料的塑性性质有很大的不同, 直接将传统的塑性理论应用于这类材料是不恰当的, 需要修改其中的一点概念。其应力-应变-强度特性主要有以下几个方面:
2.1 非线性
岩土材料除在应力比较小的情况下, 其σ-ε关系为直线, 在较高的应力水平和可利用的强度范围内, 材料的σ-ε关系曲线表现出明显的非线性塑性性质。
2.2 静压屈服特性
金属材料在很高的各向等压作用下, 其体积变形都是弹性的, 因而静水压力不会产生和影响剪切变形和塑性体积变形。而岩土类材料在纯静水压力作用下可以产生屈服。
2.3 压硬性和剪账性
对于弹性本构关系 (σ=Еε, τ=Gγ) 而言, 正应力只产生正应变, 剪应力只产生剪应变;对于经典塑性本构关系而言, 静水压力不产生屈服, 剪应力只产生弹性和塑性剪应变。而对于岩土材料而言, 他们之间存在耦合作用。
2.4 路径相关性
岩土材料的应力应变关系要受应力路径或应变路径的影响。也就是说没有唯一的应力应变关系。因此, 在岩土塑性力学中, 常常喜欢用应力应变的增量理论, 而不用全量理论。
2.5 摩擦型屈服与破坏特性
金属材料的屈服与破坏一般属无摩擦性, 即屈服及破坏与静水压力无关, 服从Mises与Tresca准则。而岩土类材料由于三相体混合结构的特性, 屈服与破坏属于受静水压力影响的摩擦性材料。
3 岩土材料本构模型
由于岩土材料的多样性和本构关系的复杂性及试验条件的限制, 不可能建立起一个对任何材料都适用的岩土本构模型。因此, 在建模过程中, 需要针对具体的岩土类型, 对材料性质和受力条件等做一些补充假设和限制条件, 建立起工程实用的岩土本构计算模型, 目前比较常用的有剑桥模型、邓肯-张模型等。
3.1 剑桥模型
剑桥模型是由英国剑桥大学Roscoe教授等人于1958～1963年间提出的一个有代表性弹塑性模型。是基于正常固结土和超固结土的排水和不排水三轴试验基础上, 提出了土体临界状态的概念;并在试验基础上, 再引入加工硬化原理和能量方程, 这个模型从实验上和理论上较好地阐明了土体弹塑性变形特性, 尤其考虑了土的塑性体积变形, 使得模型受到国内外学者的普遍重视, 在岩土工程界得到了广泛使用。但由于模型采用C-M破坏准则, 故没有考虑中主应力对强度的影响。同时没有反映高压作用下, 强度随平均应力为曲线变化的特性。而且破坏面有尖角, 在尖角处塑性应变增量方向不易确定。另外模型中的弹性墙完全是为了简化计算而假设的, 实际上并不存在。也就是说, 在弹性墙内加载, 仍然会出现塑性变形, 特别是剪应变。
3.2 邓肯-张模型
邓肯-张模型是一种非线性弹性模型, 是邓肯等人根据康纳 (Kondner) 提出的双曲线应力应变关系而得到的增量弹性模型, 实际上是采用分段线性化的广义胡克定律的形式。由于模型可以反映土变形的非线性, 并在一定程度上反映土变形的弹塑性, 很容易为工程界接受, 加之所用参数及材料常数不多, 物理意义明确, 只需用常规三轴压缩试验即可确定这些参数及材料常数适用的土类较广, 所以该模型成为最为普及的本构模型之一。但是该模型是建立在增量广义胡克定律基础上的变模量的弹性模型, 由于其理论基础的限制, 它有许多固有的、不可逾越的缺陷。主要有模型没有考虑剪胀性和应力路径问题, 也没考虑中主应力的影响。此外, 按邓肯假定, 当σ3=0时, EI及KT均为零, 这显然与实际不符。
4 结论
岩土塑性力学从建立到发展, 已经形成了独立完整的科学体系, 取得了很大的成绩。但由于岩土介质材料性质的复杂性, 当前的岩土塑性理论远未发展完备, 有些基本概念还不清晰, 有些理论和模型缺乏科学的实验验证, 这就为新世纪岩土力学的发展指出了方向、提出了任务:首先要坚持理论与实验及工程实践相结合的研究方法, 完善测试仪器与方法。其次进一步发展深层次的岩土塑性理论与模型、探索新理论和新模型。再次研究岩土材料的稳定性、应变软化、损伤、应变集中与剪切带等这些真实描述土介质破坏过程的理论。随着科学技术的发展, 在岩土力学工作者的共同努力下, 岩土塑性理论必将会得到进一步的发展和完善。
摘要：通过对塑性理论发展过程的回顾, 阐述了从传统塑性理论到广义塑性理论的发展过程。通过分析岩土体在荷载作用下的变形机理及过程, 简要阐述了塑性理论在岩土工程技术中的应用过程和现状, 并对存在的问题和发展方向提出几点建议。
关键词：塑性理论,岩土工程,本构关系,发展方向
参考文献
[1]张学言, 闫澍旺.岩土塑性力学基础[M].天津大学出版社, 2004.
[2]郑颖人, 沈珠江, 龚晓南.岩土塑性力学原理[M].北京:中国建筑工业出版社, 2002.
[3]李广信.高等土力学[M].北京:清华大学出版社, 2004.
[4]龚晓南.21世纪岩土工程发展展望[J].岩土工程学报, 2002, 22 (2) :238-242.
框架结构动力弹塑性分析 篇6
1 弹塑性分析方法
弹塑性分析方法也称为推覆法[3],是基于美国的FEMA2273抗震评估方法和ATC240报告的一种介于弹性分析和动力弹塑性分析之间的方法,理论核心是“目标位移法”和“承载力谱法”。
多自由度结构体系在地震作用下的动力运动方程为[2]:
其中,[M]为质量矩阵;[C]为比例阻尼矩阵;[K]为刚度矩阵;{
结构弹塑性动力时程分析是将建筑物作为弹塑性振动系统,直接输入地面地震加速度记录[4],对运动方程直接积分,从而获得计算系统各质点的位移、速度、加速度和结构构件地震剪力的时程变化曲线。通过计算还可以分析出结构的薄弱层和构件塑性铰位置。所以这种分析方法能更准确而完整地反映结构在强烈地震作用下的变形特性,是改善结构抗震能力、提高抗震设计水平的一项重要措施。
弹塑性动力分析步骤如下:1)建立整体结构模型;2)定义材料的本构关系,通过对各个构件指定相应的单元类型和材料类型确定结构动力响应的各参数;3)施加恒、活荷载等竖向荷载值以及风等横向荷载;4)输入适合本场地的地震波;5)定义模型的边界条件;6)计算,并对结果进行评定。
2 能力谱及需求谱曲线的确定
能力谱曲线是通过静力推覆分析方法得到的,对于多自由度结构,需要按一定的变形模式(通常为基本振型)将多自由度体系等效化为单自由度体系,利用变换,将基底剪力Vb基本振型的模态质量m转化为谱加速a,顶点位移u除以Γ1ϕn1后转换为谱位移D,形成结构的能力谱曲线[5]。
其中,m′1为第一振型的等效模态质量,
需求谱曲线分为弹性和弹塑性两种需求谱,对弹性需求谱,可以将典型(阻尼比为5%)加速度反应谱与位移谱画在同一坐标系上,即将传统反应谱Sa—T曲线转化为用Sa作纵坐标和Sd作横坐标的新谱线[6],利用弹性单自由度体系在地震作用下运动方程的转换关系由式(2)得到新的需求谱线。
其中,Sd为位移谱值;Sa为加速度谱值;T为自振周期。
3 地震波的选取
地震波的选择对计算结果的影响较大,不同的地震波分析的结果可能有较大的差别。应使输入的地震波在频谱特征性、有效峰值和持续时间上与工程的实际条件相符。频谱特征性由场地类别和地震分组确定;有效峰值可按规范取值,要使每条记录在统计意义上符合场地特征谱线;持续时间一般为结构基本周期的5倍～10倍。一般选择不少于符合场地类别和地震分组的两组实际强震记录和一组人工模拟加速度时程曲线,先进行弹性时程分析,若每条地震波计算得到的底部剪力不小于振型分解反应谱法计算结果的65%,多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法计算的80%,可以认为选择的地震波能够满足计算要求。
4 实例分析
某5层钢筋混凝土框架结构,层高3.3 m,跨度6 m,每层6个开间,每个开间3.9 m,框架柱为500 mm×500 mm,框架梁分别为250 mm×600 mm,250 mm×400 mm,连梁采用250 mm×400 mm,250 mm×300 mm两种交替布置,如图1所示。楼面恒荷载3.5 kN/m2,活荷载2.5 kN/m2,屋面恒载1.5 kN/m2,活荷载1.5 kN/m2。本工程分别选用EL-centro波、Maxcit波、Taft波施加在结构上,按照特征周期Tg=0.35 s,8度(0.2g)罕遇地震(大震)作用下峰值加速度的取值采用400 gal,震动持续时间20 s。
运用有限元软件Midas进行计算分析,Midas的加载模式有三种方式:静力加载、加速度常量、模态方式[7]。本例中采用了模态加载方式,选择第一模态方式加载。本文对结构进行弹塑性时程分析,梁、柱等一维构件采用纤维束模型模拟,混凝土材料受压本构关系采用三折线滞回本构关系。对于梁单元,一般仅考虑弯矩屈服产生塑性铰,即定义为程序中My-Mz;对柱单元,考虑由轴力和双向弯矩相关作用产生塑性铰,即定义为PMM型。塑性铰的位置则设在梁、柱杆件的两端。
经计算分析后,得到性能点,根据性能点时的变形,对以下三个方面进行评价:1)顶点侧移是否满足抗震规范规定的弹塑性顶点位移限值。2)层间位移角是否满足抗震规范规定的弹塑性层间位移角限值。3)构件的局部变形即指梁、柱等构件塑性铰的变形,检验它是否超过建筑某一性能水准下的允许变形。
通过计算,在罕遇地震作用下输入EL-centro波时结构塑性铰,计算得平均层间位移角为1/168,小于规范规定1/100限值,说明结构在8度(0.2g)罕遇地震作用下,结构整体能够保持直立,即保证“大震不倒”,如果局部某个构件不满足塑性限值要求,则需要局部加强,而不会改变整体结构的性能。
5 结语
本文介绍了框架结构弹塑性分析的基本原理和方法,并结合一钢筋混凝土框架结构进行了抗震性能分析。结果表明:
1)pushover分析方法可以按照规范对结构的抗震性能作出合理的评价,为实现基于性能的抗震设计提供了很好的计算方法。2)静力弹塑性能够较好的反映结构侧向承载力的性能。3)从弹塑性铰分布情况,可以判断结构薄弱层所在。4)采用能力谱方法求出罕遇地震下结构的目标位移,为结构的延性设计提供可靠依据。5)该种结构形式的厂房在8度(0.2g)地区,采取适当的加强措施,能够满足我国抗震设计三阶段设计标准的要求。
参考文献
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热塑性树脂基复合材料 篇7
1 热塑性复合材料的复合工艺有它独特工艺特点
短纤维增强和中长纤维热塑性复合材料的加工工艺与塑料加工和金属加工类似,而连续纤维增强热塑性复合材料复合工艺与热固性复合材料复合工艺有着很大的差异。
热固性树脂在固化以前,可以很容易地转变为低黏度状态(黏度<1Pa.s)。在这种状态下,树脂易于浸渍纤维,如环氧树脂。一般说来,在低压(<1MPa)或接触压力下即可得到密实结构。热塑性复合材料由于分子结构的特点,其复合材料加工方面的突出特点是,室温下,热塑性塑料呈固态;加热熔融状态下,树脂熔体黏度大(>1MPa·s),熔体流动困难,与纤维的浸渍性差。欲获得低孔隙率的密实结构,在复合过程中必须施加足够的压力(约10MPa)和较高的成型温度。在连续纤维增强热塑性复合材料的拉挤和缠绕复合过程中,同时实现高温和高压两个工艺环境是十分困难的,尤其是高压。
在连续纤维增强热塑性树脂基复合工艺研究中,我们借鉴了“热装配”工艺思想,把连续纤维增加热塑性复合材料的复合工艺划分为“层内复合”和“层间复合”两个工艺步骤:
第一步,“层内复合”过程是将单向纤维束通过特殊设计的装置,使之在一定的温度和压力下完成纤维的浸渍,排除树脂熔体和纤维包含的气体;然后,在压力作用下固结、密实,即可得到浸渍完全的热塑性基体预浸材料,如APC-2/AS4。
第二步,在结构件的成型过程中实现“层间复合”,即实现“热装配”。为实现“层间复合”,首先,加热预浸材料,使之活化;然后,在较低压力下(APC-2/AS4固结压力为1.4 MPa)排除预浸材料界面之间的孔隙,使之粘合,实现分子间扩散,并在压力下固结、压实,形成密实结构。[1,2,3,4]
2 增强材料与基体材料
2.1 碳纤维
碳纤维是有机物,如聚丙烯腈纤维、沥青纤维等有机物,经预氧化和高温氧化处理属于过渡态碳,为多晶系、乱层结构[17],其石墨的微观结构见图1。
2.2 聚醚醚酮
聚醚醚酮—Polyetheretherketon(简称PEEK)是分子主链含有连节的线型芳香族高分子聚合物。
2.3二苯砜
二苯砜-Diphenglsulfone(简称DPS)是一种白色晶体化合物,它的相对分子质量为218.27,分子结构为:
2.4 浸渍工艺模型
聚合物熔体的浸渍过程如下图,是要求纤维大致保持在确定位置上,籍助于压力的作用,以及纤维/熔体界面之间的毛细作用,将聚合物熔体注入纤维束的过程。聚合物熔体的流动可分为沿纤维方向的流动和穿透纤维的流动。沿纤维方向纵向扩展流动和穿透纤维的横向扩展流动是同时发生的。
通过公式推导,降低聚合物黏度,减少纤维体积含量,增加渗透速率均能够减少浸渍时间,熔体黏度愈低,愈有利于熔体的流动,浸渍时间愈短。浸渍的纤维厚度与浸渍时间成平方关系,它极大地影响着浸渍程度。纤维层越薄,浸渍距离越小,越有利于浸渍。若浸渍层厚度较大,将大幅地增加浸渍时间。同时,增加纤维与聚合物熔体的接触角,改善纤维的表面状态均有利于聚合物熔体与纤维的浸渍。
分析聚合物浸渍工艺模型可知,与浸渍相关的工艺参数有:聚合物熔体黏度、纤维厚度、纤维体积含量、浸渍压力等。当纤维体积含量确定时,降低聚合物熔体黏度,将纤维束分散成厚度均匀且薄的纱片,减小浸渍距离,改善纤维与聚合物熔体接触的表面状态是熔融浸渍技术研究的重要内容。
根据PEEK/DPS冻胶与碳纤维熔融浸渍工艺的特点,设计和加工了熔融浸渍机组如下图。熔融浸渍机组由供纱、纤维预热、分散、熔融浸渍、去除溶剂、带固结及收卷六部分组成。供纱系统主要由纤维张力控制器和纱架组成,纱架上配备有60套张力控制单元。纤维张力控制单元采用力矩电机作为驱动源。纤维预热装置的主要功能:一是去除碳纤维表面吸附的水分;二是预热碳纤维,以利于碳纤维与PEEK熔体很好地润湿。纤维浸渍系统是CF/PEEK复合材料浸渍工艺的关键。该系统由挤出机和浸渍模组成。挤出机的功能是将PEEK/DPS混合物熔融,并在挤出压力作用下将PEEK/DPS熔体送入浸渍模。溶剂去除装置由辅助加热、加热辊以及带有的冷却装置构成。
PEEK/DPS熔体浸渍碳纤维后,通过加热辊去除预浸带的DPS。加热箱的作用是防止热失散和辅助的辐射加热。在较高的温度作用下,DPS迅速升华,并从预浸带中逃逸出来。轴流风机将其收集、冷却结晶。冷却结晶后的DPS仍可重复使用。热固结单元是浸渍后的CF/PEEK复合材料经热固结单元固结定型。为了保持一定的热固结温度,固结辊内采用加热油系统循环加热,以保证CF/PEEK预浸带致密,孔隙率小,表面光滑。收卷装置中采用力矩电机提供收卷张力,并具备防止“跑偏”功能。
所谓浸渍工艺实质上是利用聚合物在高温情况下熔体黏度降低,以及剪切变稀的流变特点,在压力作用下聚合物熔体浸渍分散均匀的纤维束。然后,热固结成为密实的预浸复合材料。熔融浸渍过程通常借助于挤出机提供聚合物熔体和浸渍压力。PEEK/DPS冻胶熔融浸渍碳纤维的浸渍工艺主要包括四个重要的工艺步骤:PEEK/DPS混合物制备、碳纤维的预热与分散、熔融浸渍和去除溶剂、带固结。工艺路线如下:
PEEK/DPS混合物制备→加热熔融→碳纤维→碳纤维预热和分散→熔融浸渍→带固结→收卷。
3 结论
(1)PEEK(150P、380P和450P)熔体的流变行为属于非牛顿型假性流体。PEEK的熔体黏度受相对分子质量、剪切速率及温度的影响。在合理的加工温度范围,无论提高加工温度,还是提高剪切速率,PEEK熔体的流动性都不能满足浸渍工艺的要求。
(2)加入二苯砜,可以明显地改变PEEK 150P的流动性,也可以降低PEEK 150P的黏流温度和浸渍温度。当二苯砜含量占混合体系质量的40%～50%时,PEEK 150P/DPS混合体系的熔体黏度可以很好地满足浸渍工艺的要求。
(3)纤维分散及纤维张力对CF/PEEK复合材料浸渍有很大的影响。纤维分散均匀,沙片薄,有利于碳纤维的浸渍;纤维张力大,有利于纤维的浸渍,不利于纤维的分散。
(4)PEEK/DPS混合体系冻胶熔融浸渍系统的加热辊,可以有效地去除CF/PEEK复合材料中含有的DPS,也可以很好地对CF/PEEK复合材料进行后浸渍,提高熔融浸渍的能力。
(5)PEEK/DPS混合体系的凝胶浸渍工艺适合于制备CF/PEEK预浸复合材料,其浸渍工艺路线还适合于以熔体黏度较低一类聚合物为基体材料的热塑性复合材料的浸渍工艺,CF/PEEK冻胶浸渍工艺的最佳熔体黏度应小于30Pa·s。
参考文献
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超声振动塑性加工技术的现状分析 篇8
超声波通常指振动频率高于16kHz的声波,超声波具有频率高、传播方向性强和易于获得集中声能等优点,因而在生产和科学研究中有着广泛的用途,已形成声学的一个重要分支——超声学科。超声振动金属塑性加工技术是伴随着金属塑性加工工艺和超声学科的发展而逐渐发展起来的[1]。
超声振动塑性加工技术是指在传统金属塑性成形加工工艺中,在工件或模具上主动施加方向、频率和振幅可调的超声振动,以达到改善工艺效果、提高产品质量的目的。超声振动塑性加工技术相对于传统金属塑性成形工艺通常认为具有以下优点:降低成形力,降低金属流动应力,减小工件与模具间的摩擦,扩大金属材料塑性成形加工范围,提高金属材料塑性成形能力,可获得较好的产品表面质量和较高的尺寸精度[2,3]。鉴于超声振动塑性加工的诸多优点,众多学者对该技术开展了广泛的研究,并将其在一定范围应用于拉拔、冲压和挤压等工艺。因此,掌握超声振动对塑性加工的作用机理,了解超声振动塑性加工的研究、应用现状,对于促进超声振动塑性加工技术的创新,推动其行业发展具有积极的现实意义。
1 超声振动塑性加工系统组成
超声振动塑性加工系统由超声波发生器、超声换能器、变幅杆和模具等组成,如图1所示。超声波发生器是用于产生并向超声换能器提供超声能量的装置,作用是将220V或380V的交流电转换成超声频的电振荡信号,通常输出功率为1~2kW,振动频率为20kHz。超声换能器的作用是将超声频电振荡信号转换为超声频的机械振动,输出振幅通常小于10μm。振动传递机构的作用是将超声换能器固定,并与外部的设备连接。变幅杆的作用是将超声换能器输出的机械振动振幅放大,以满足不同工况的使用要求,放大后的输出振幅可达100~150μm,模具安装在变幅杆的末端,超声振动通过模具完成对金属的塑性加工[1]。
2 超声振动对塑性加工的作用机理
超声振动塑性加工技术起源于20世纪50年代奥地利Blaha等[4]的一次材料拉伸试验,他们在对单晶锌进行静态拉伸试验时施加了超声振动,首次观察到材料屈服应力和流动应力降低的现象,这种现象也被称为Blaha效应。之后,许多学者对该现象进行了持续深入的研究,Blaha效应也被归纳为超声振动塑性加工中的体积效应(volume effect)。目前,有关超声振动塑性加工金属材料内部和表面的理论都基于两大基本效应:一为金属塑性流动时超声振动对金属内部应力影响的体积效应;二为超声振动对工件与模具间的外摩擦影响的表面效应(surface effect)[2,3,5,6]。
体积效应与超声振动对金属塑性流动中内应力的作用有关,宏观上表现为平均应力应变曲线的变化、延伸率的提高和加工硬化现象的减少等。微观上,超声振动相当于在一定的温度作用下,材料内部微粒升温获得能量后,产生高频振动,材料活性增强,出现了与晶体位错有关的热致软化,材料发生动态变形,而变形抗力得到显著降低[2,5,6,7,8,9,10,11,12,13]。目前,对于体积效应的解释,仍基本局限于与晶体位错有关的热致软化和基于唯象力学的应力叠加原理两大理论[2,3,5]。
表面效应与超声振动对工件和模具间的摩擦影响有关,普遍解释为摩擦因数的减小和摩擦矢量的改变。宏观上表现为工件与模具间的黏滑减小,产品表面质量提高,模具的磨损消耗降低。对于表面效应,Dawson等[10]提出了一种应力叠加原理进行解释,其他学者的研究则认为:工件与模具之间由于振动产生的瞬间分离有利于润滑剂进入变形区从而改善加工润滑条件;摩擦力矢量反向,使得在振动周期中的部分时间摩擦力有利于变形加工;局部热效应作用(体积效应作用)使得局部黏焊现象减少[14,15]。其中,摩擦力矢量方向的解释,可通过工件运动速度和模具振动速度的比较进行说明。如图2所示,工件运动速度为vw,模具振动频率为f,振幅为A,工件运动方向与模具超声振动方向一致,模具振动速度为vv=2πAfcos(2πft),临界振动速度为vvc=2πAf。通常认为当工件运动速度vw小于模具临界振动速度vvc时,在一个周期T内的t1和t3时间段,模具的运动将超前于工件的运动,引起作用在工件上的摩擦力反向变为正摩擦力,该力有利于工件材料的变形,同时,在一个周期内平均摩擦力也会下降[2]。
3 超声振动塑性加工技术研究现状
自Blaha等[4]的单晶锌超声振动拉伸试验后,国内外学者对超声振动塑性加工展开了广泛深入的理论与试验研究。1956年,Kempe等[7]提出了位错可能吸收超声振动能量的3种机制,即共振、松弛和滞后作用。1957年,Nevill等[8]研究认为超声振动塑性加工中流动应力的降低包含了静态应力的叠加。1984年,Kirchner等[11]通过对铝合金试件进行振动频率为0.5、1、10、20、50Hz的压缩试验,提出了无加工硬化弹塑性材料的数学模型,用于描述各种频率下平均应力降低的现象。同年,Atanasiu[12]提出了超声振动下金属材料屈服强度的定量描述准则:
式中,σy0为对应于超声强度I0时的屈服极限;a为特定超声场的材料常数。
另外,Atanasiu等[12]还采用刚黏塑性模型描述了强超声场中金属的塑性行为,认为黏性常数η(Bingham模型)随超声强度的增强而减弱,当变形速度接近超声引起的材料微粒振动速度时,其下降速度逐渐减小。黏性常数与超声强度的关系可表示为
式中,η0为超声强度I0对应的黏性常数;b、c为材料常数。
2002年,英国的Huang等[16]以橡皮泥的材料模型研究了超声振动对成形边界的影响。他们采用振动频率为20kHz、振幅为10μm的圆柱体镦粗有限元模型进行系列试验,得出了施加超声振动后的模具能使材料的成形力和摩擦现象减小的结论,据此,他们认为超声振动可使材料吸收能量,局部温升导致的边界条件改变影响了成形力。
2006年,英国的Daud等[17,18]进行了铝合金超声振动的拉伸、压缩试验,其试验用换能器如图3所示,试验的振动频率为20kHz,振幅为10μm。通过建立的有限元模型,分析了超声振动对应力应变的影响,研究了超声振动在金属塑性变形中的应力叠加模型和接触摩擦的特点,但未能充分解释超声振动对铝合金应力应变的影响机理。
国内,虽然受到上个世纪经济发展水平的制约,在超声振动塑性加工方面的研究起步较晚,但发展迅速,目前,在该领域已取得了很多研究成果。
1986年,何勍等[19]基于叠加原理的基本思想,采用Kirchner等对应变变化的基本假定,给出了体积效应机理的数学描述。1995年,哈尔滨工业大学的王晓林等[20]开展了铜在超声振动下力学行为的研究,试验用超声波发生器的输出功率为1kW,频率为20kHz,通过试验,他们获得了铜在超声振动下的本构方程,得出了超声振动能使材料的屈服极限和幂律减小、硬化指数与应变有关两个结论。1997年,哈尔滨工业大学的郑金鑫等[21]根据非局部理论建立了材料在超高频振动下的本构关系,并通过低碳钢的拉伸试验得到了与理论相符的结果。试验结果表明:当外部的超声振动波长与材料内部的结构特征尺度相当时,超声振动对材料本构关系的影响就不可忽略。
2000年,王刚等[22]利用超声振动疲劳拉伸试验装置对紫铜进行了疲劳拉伸试验,发现超声振动能使材料的力学行为发生改变,其屈服极限、硬化率和断裂时的变形力都有所下降。2007年,河南理工大学的秦军等[23]开展了脆性材料在超声振动下的拉伸试验,试验表明脆性材料的屈服极限和硬化率都有所下降,表现出了良好的力学特性和加工特性。2011年,重庆大学的Wen等[24]研究了AZ31镁合金在室温超声振动下的塑性行为,采用的超声振动频率约为15kHz,初始振幅为3μm,功率为2kW的试验参数进行试验,结果表明:小振幅下的超声振动减小了材料的流动阻力,提高了材料的塑性。其结论概括了超声振动对材料塑性行为的软化效应。
4 超声振动在塑性加工中的应用
目前,超声振动以其对塑性加工独特的作用机理,已经在诸多传统塑性加工工艺中得以应用,例如拉拔、冲压、挤压、铆接、弯管、摆辗、轧制等,以下主要对超声拉拔、冲压、挤压等工艺进行介绍。
超声拉拔工艺包括超声振动拉丝和超声振动拉管,其中对超声振动拉丝开展的研究最多,且效果最为明显。超声振动拉丝就是在传统拉丝工艺的基础上,工件以速度vw通过拉丝模具,在拉丝模具上施加振动频率、方向和振幅可调的超声振动,以获得超声振动对金属材料的作用效果。1985年,Gebhardt等[25]对超声振动拉丝工艺作了系统评述,并对难成形材料进行了试验研究。2001年,日本的Murakawa等[26]也对超声振动拉丝工艺进行了研究,并提出了纵向(与拉丝方向一致)、横向(与拉丝方向垂直)和扭转(沿拉丝模具的切向)3种超声振动方向,如图4a所示。
2003年,Hayashi等[27]通过有限元方法研究了超声振动拉丝工艺,结果表明,当超声振动方向与拉丝方向一致时,最大的应力值可下降约91%,当超声振动方向与拉丝方向垂直时,最大的应力值可下降约64%,并定量分析了超声振动对改善拉丝工艺的作用机理。在国内,研究超声振动拉拔工艺的单位主要有中国科学院声学研究所、清华大学和哈尔滨工业大学等。早在20世纪80年代,李连诗等[28]在大直径、锥形、中空、短长度的模具上进行了超声振动拉拔研究,并给出了声速、频率、极化电流、阻抗匹配等参数的确定方法,且指出表面效应在超声振动拉丝工艺中起主要作用。1999年,清华大学的孟永钢等[29]发现在超声振动拉拔加工中所产生的摩擦力、成形力下降的主要原因是由于工件与模具之间的断续接触和冲击造成的。2006年,谢涛等[30]用直径为0.3mm的T2黄铜丝在减缩率为24.9%条件下进行了超声振动拉丝试验研究,结果表明:当在拉丝模上施加20kHz超声振动频率后,拉拔力下降了约33%,且存在一个使拉拔力显著下降的临界振幅。
超声振动拉管的作用机理与超声振动拉丝相同,在传统的拉管装置上安装超声振动系统,超声振动系统产生的超声振动传递给拉管装置的内模或外模,如图4b所示,在拉管过程中,工件以速度vw进行拉拔成形,内外模单独振动或者同时以频率f和振幅A进行超声振动,即可有效地改善拉管的质量和效率。Pasierb等[31]利用纯铝进行了管件的超声拉拔试验,结果表明:铝管直径由18mm变形为16mm,壁厚由1.5mm变形为1.0~1.45mm时,平均拉拔力降低约69%。
通常认为,超声振动拉拔工艺相对于传统拉拔工艺具有降低拉拔力、提高延伸系数、减少拉拔道次、提高成形质量、扩大拉拔工艺材料范围等优点[1]。
超声振动冲压工艺,主要应用在薄板桶形件的拉深成形。波兰、日本和前苏联的学者在该工艺的研究上取得了较好的成果,Smith等在进行铝板超声振动拉深试验时发现,其极限拉深比可提高约6%~20%,且压边力的大小、振幅的选择对极限拉深比有着较大的影响[32]。Pasierb等[31]采用特殊的径向超声振动凹模附加一个压边圈,在对铝、铜、锌和黄铜等板材的拉深试验中应用超声振动后,成形力明显下降,且工件在模具间的定位更加准确。Jimma等[33]研制了包含16个振子的拉深装置,其模具为带法兰盘的环形模具,超声振动沿凹模径向方向,在对0.5mm厚薄钢板进行拉深时,最大拉深比从2.68提高到了3.01。此外,他们还总结了5种超声振动拉深的振动方式,如图5a所示,并发现轴向振动方式(1、2)相对于其他振动方式对提高极限拉深比的效果更为明显。
超声振动挤压工艺如图5b所示,冲头以速度vs正挤压工件,通过在冲头或挤压模上单独或同时施加频率f和振幅A的超声振动来实现挤压成形。在铝材或铜材的挤压工艺中,通过在冲头或挤压模上引入超声振动后,挤压速度可以提高1.5~3倍,且其挤压力可减小一半。在超声振动挤压工艺中,超声振动的主要作用是:提高材料塑性,降低变形抗力,减小接触摩擦因数,提高润滑效果[1]。Mousavi等[34]在进行的超声振动挤压有限元方法研究中,通过挤压速度、振动频率、振幅、摩擦因数和缩减率等参数的变化,分析了超声振动对金属流动应力、等效应变和挤压力的影响。结果表明:当挤压速度低于临界速度时,挤压力和金属流动应力会下降,例如,当挤压速度为40mm/s,在挤压速度方向施加频率为20kHz、振幅为10μm的超声振动时,金属流动应力最大可下降约14%,且通过减小挤压速度或增大振幅的途径可大幅度地减小平均挤压力。
超声振动铆接是在铆钉的轴向施加超声振动完成的。超声振动铆接可降低铆镦力,减小铆钉头的高度和开裂率,提高连接强度。此外,超声振动还在弯管和矫直工艺中得到应用,在芯模上施加超声振动后,可有效减小摩擦力和外侧管壁的变薄量,实现节省材料和降低重量的目的[1]。
5 结语
超声振动金属塑性加工技术具有降低成形力,降低金属流动应力,减小模具与工件间的摩擦,扩大金属材料塑性加工成形的范围,提高金属材料塑性成形能力,提高产品表面质量和尺寸精度等优点。
目前,受限于对超声振动塑性加工技术的理论研究不够深入,以及受限于超声振动塑性加工系统的功率大小,该技术除在拉拔、冲压、挤压等金属塑性成形工艺中有一定应用外,在其他的金属塑性加工技术中仍处于试验研究阶段,要进一步深入推广和应用超声振动金属塑性加工技术,有以下主要问题需要解决:
(1)需要解决体积效应和表面效应的定量分析问题,探讨超声振动与温度、应变速率之间的关系。
(2)需要探讨超声振动频率、振幅对体积效应和表面效应的影响规律。
(3)需要解决合理选择超声振动施加方式的问题,以及对超声振动下机器疲劳损坏的保护事宜。
(4)需要探讨研究设计大功率的超声振动金属塑性加工系统,扩大超声振动塑性加工技术的应用领域。
可以看出,超声振动塑性加工技术中的两大效应的研究进展很大程度上决定了该技术的发展和应用水平,积极开展超声振动塑性加工技术的机理研究和创新应用,将有助于该技术的进一步发展和应用。
塑性措施 篇9
根据日本文部科学省提供的数据，2016年，国立大学和地方举办的公立大学预期招生人数为124753人，比2015年减少272人。国立大学实施AO入学考试的学校占61%，创下历史新高。
东京大学和京都大学也首次引入AO入学考试和推荐入学考试。东京大学教养学部提出，考生需要提供一份推荐信，来证明自己拥有曾参加过“国际活动”的相关经验，如可以提供科学奥林匹克竞赛的成绩。京都大学需要考生提供入学后的研究计划以及大学毕业后的人生规划书，并凭此来判断是否予以录取。
对于采用AO入学考试和推荐入学考试高校比重的大幅度提升，文部科学省的相关负责人表示：“不能否认，这表明日本在反省学生死记硬背的不良风气，改革大学入学考试制度，重视思考能力。我们可以从东京大学和京都大学首次引入该考试方式中看出，大学越来越重视学生本身所具备的素质与其多样化塑造的可能性。”
论智力技能的后天可塑性 篇10
要了解智力技能, 就首先要了解什么是智力活动。智力活动是指在人脑中, 借助于内部言语, 以简缩的形式, 对客观事物的映像进行加工改造的过程。是一种认知活动方式。智力活动具有观念性、内潜性、简缩性三个特点:
首先, 就活动的对象来说, 智力活动的对象是客体在人脑中的映像, 智力活动本身就是对客体映像的加工改造过程, 是对观念的加工改造, 具有观念性。其次, 就活动进行的方式来说, 智力活动是借助于内部言语在头脑中进行的, 我们只能通过客体在头脑中映像的变化而确定活动的实在, 所以智力活动具有内潜性。最后, 就活动的结构来说, 智力活动不用像操作活动或外部言语活动那样必须把每一动作全部做出, 它的动作成分可以合并、省略及其简化, 具有简缩性。
而智力技能, 是在学习过程中积累起来的调节智力活动方面的经验。比如语文的阅读与构思技能, 数学的解题与计算技能等。是在相应学习过程中积累起来的智力活动的经验。智力技能的动作构成要素及其次序应体现活动本身的客观法则的要求, 不能是任意的。智力技能具有广泛的调节作用, 能在活动过程中形成活动的动力定型, 能自动化并向能力转化。
二、智力技能是如何形成的
在讨论智力技能的可塑性问题之前, 我们首先要了解智力技能是如何形成的。关于智力技能形成的学说中比较有代表性的是智力技能的内化学说。最早由加里培林提出“智力动作”按阶段形成理论。智力动作是把实践的外部动作转化为头脑内部的动作映象。是一种能动的反映过程。智力动作的形成阶段即是智力技能的形成阶段。我国学者冯忠良在吸收了加里培林学说的基础上, 提出了智力技能形成的三阶段理论。概括起来包括三个阶段:原型定向、原型操作, 原型内化。第一个原型定向阶段, 原型是智力活动的原样, 即外化了的实践模式。原型定向就是了解活动构成要素及活动次序。原型操作阶段, 原型操作是依据智力技能的实践模式, 把主体在头脑中应建立起来的活动程序计划以外显的操作方式表现出来。原型内化阶段, 动作离开原型中的物质客体及外显形式而转向头脑内部, 对事物的主观表征进行加工改造。
加涅认为智力技能中最简单的是辨别, 其余依次为概念、规则和高级规则。智力技能的教学顺序为:辨别—概念—规则—高级规则。他认为智力技能的形成严格按照这一顺序进行。他还指出智力技能学习要求个体的积极态度、有效的认知策略和相关的言语信息的参与。
安德森在《认知心理学》一书中, 以“知道什么”和“知道如何”为区别将知识划分为陈述性知识和程序性知识。陈述性知识是可以言传、回忆的知识, 相当于加涅所说的言语信息。程序性知识是那种难以言传的知识, 即智力技能。安德森用产生式和产生式系统来说明程序性知识的表征。
我国学者皮连生则综合并发展了加涅、安德森等认知心理学的理论, 把智力技能, 即程序性知识分为两亚类:第一类是加涅所说的智慧技能, 为应用规则对外办事的技能;另一类是认知策略, 为应用规则对内调控的技能。
以上几种观点是当今解释智力技能的有代表性的主要学说。这些学说从不同角度或不同侧面来研究智力技能。将这些学说综合起来揭示其内在联系, 有利于我们更全面了解把握智力技能的形成过程。继而使得智力技能的后天可塑性效果得到加强。
三、关于智力技能的可塑性问题
智力技能的形成即以先天的大脑发育水平为基础, 又依赖于后天的训练。人具有可塑性。可塑性, 即可变化性。智力技能的可塑性高低, 是通过智力技能的动态形成过程体现的。本文从生理角度、智力技能的分类以及在教学实践经验三方面对智力技能的后天可塑性进行探析。
从生物学角度看来, 智力技能的形成与后天可塑性跟大脑发育水平有着很大的关系。这是最基本的智力技能后天可塑性高低的一个关键。在探索智力技能的后天塑造培养时我们不能忽略大脑的特定发展规律, 在培养智力技能时应注重大脑发育的具体关键时刻。许多研究证明, 在儿童早期大脑中存在某种机制, 使儿童在特定时间内比较容易完成某一形式的学习。如果错过这段特定时间, 以后即使有同样的刺激任务, 也很难再进行这一学习。例如, 10-12岁以前是学习语言的关键时期。一旦错过这个时期, 儿童就只能通过翻译过程或间接语言学习的方法来学习另一种新的语言。
从智力技能分类的角度看, 智力技能可以分为一般智力技能与特殊智力技能。一般智力技能是指认识活动的技能, 包括观察技能、记忆技能、思维技能、想象技能。特殊智力技能是在专门领域中形成并发展的智力技能。如阅读技能、计算技能等。一般智力技能只能通过特殊智力技能得到表现, 而特殊智力技能又必须建立在一般智力技能基础上。因此笔者认为对智力技能的培养应该在具体专业领域的学习中使学生意识到对学习内容如何进行感知、记忆、想象和思考的, 他们头脑里是怎样进行智力操作的。也就是说在培养特殊智力技能的同时加强培养学生的一般智力技能。旨在使二者同时得到提高。
从具体教学实践角度看, 根据上述智力技能形成的理论基础, 可将动作分为原型定向阶段、原型操作阶段和原型内化阶段三个阶段, 在教学中采取分阶段方式对智力技能进行培养。如, 教师指导学生进行观察把知觉、记忆、表象、思维结合成为结构合理的潜力活动方式;把外显的动作方式内化为智力技能等。
参考文献
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