平面无阀微泵的设计与制作

依据扩散口/喷嘴理论,设计了具有单向整流特性的无阀微泵.采用硅平面工艺、各向异性腐蚀、削角补偿和静电键合等微机械加工工艺技术,制作了平面尺寸为18 mm×13 mm的无阀微泵.经过测试,当扩散口/喷嘴长度为2.5μm、扩散口/喷嘴的窄口宽度为150μm、腐蚀深度为150μm时,微泵的最大泵压达14.8 kPa,最大流量为558μL/m in.     

高低温交变湿热环境下外加载荷对不同孔隙率CFRP拉伸力学性能影响

通过高低温交变加速湿热循环试验及有限元模拟,研究了孔隙率和外加载荷对CFRP层合板湿热拉伸力学性能及界面破坏机理的影响.通过控制模压压力,制备出3种孔隙率的层合板;加载载荷分别为层合板最大弯曲载荷的30%、40%和60%.结果表明,孔隙率的增大是导致CFRP层合板湿热老化后拉伸性能大幅下降的主要原因,孔隙率越大,湿热拉伸强度下降越多.外加载荷能加速纤维与树脂基体界面脱粘,使材料湿热拉伸性能进一步下降,而且对不同孔隙率的层合板影响程度不一样,其中影响最大的是孔隙率为0.08的层合板,其次是孔隙率0.04的层合板,影响最小的是孔隙率为0.11的层合板.并且载荷越大,影响也越大,但其对材料湿热拉伸性能的影响远不如孔隙率的影响大.使用ABAQUS软件建立有限元模型,计算得到了层合板的各层拉伸应力分布,结果发现湿热循环导致90°层承受的拉伸应力上升,因此容易发生基体开裂及纤维/基体界面脱粘,导致力学性能下降,这一结果与试验结果相一致.计算得到的拉伸力学强度变化趋势与试验结果相一致.     

PVDF基微纳米复合过滤材料的制备及性能研究

为探究微纳米复合材料在过滤领域的应用,以聚偏氟乙烯(PVDF)为原料,N-N二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮为混合溶剂,利用静电纺丝在线沉积技术将PVDF纳米纤维膜分别与聚丙烯(PP)纺粘非织造布、PP纱网两种微米级材料复合,制备PVDF基微纳米复合过滤材料,对比分析两种试样的微观形貌、孔隙大小及分布、孔隙率、单位面积质量与厚度、弯曲性能、透气性能及过滤性能.结果表明:与P VDF纳米纤维/P P纱网复合过滤材料相比,P VDF纳米纤维/PP纺粘非织造布复合过滤材料的孔隙分布较为集中为2.5μm2～15.5μm2,孔隙率44.2％±2.8％、弯曲刚度7.35mN·cm±0.47mN·cm、透气率358.71mm/s±30.79mm/s、过滤效率82.55％±2.25％,具有较高的过滤性能和广泛的适用范围.     

CFRP板加固受弯钢梁性能试验研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)板加固钢梁时,采取防止CFRP板由于端部应力集中而发生剥离破坏的措施十分必要,通过采用不同长度、宽度、厚度的CFRP板对H钢梁进行受弯加固试验,并在CFRP板端部设置了碳纤维布U形锚固措施,试验结果表明:采用CFRP板加固钢梁能明显提高钢梁的抗弯承载能力和刚度,提高的幅值与加固面积、CFRP板厚度及端部锚固有关,加固面积越大、CFRP板越厚其加固效果越好;在加固延伸长度范围内设置的碳纤维布U形锚固,能在一定程度上防止剥离破坏的作用并可增加加固效果.     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土偏压短柱试验

目的 研究内置CFRP圆管的方钢管钢管高强混凝土试件受力特点,解决方钢管混凝土构件在实际工程中的缺陷问题.方法 利用PVC管为模管缠制CFRP圆管后,将其内置于方钢管之中并浇筑高强混凝土,待养护期后在500 N压力机上进行偏压试验并对所得试验结果进行计算分析.绘制了荷栽-应变等曲线分析了组合材料的协同工作性能;总结偏压荷载作用下组合材料泊松比的变化规律.结果 偏心率越大,试件承载力越小.平均偏心率增加7.5%,试件承载力下降20%;含钢率越大试件承载力越大,平均钢管增厚1 mm,试件承载力增加13.6%:CFRP平均增加一层,试件承载力提高约10%.此种新型组合试件同普通钢管混凝土试件相同存在大小偏压,其界限偏心率为0.3.结论 CFRP材料强度很高但延性较差.可见该组合试件较好的符合平截面假定.同一偏心率的构件在各级荷载作用下,其中和轴位置基本在同一个微小范围内向加载一侧移动,而且随着偏心率的增大,中和轴位置不断靠近受压一侧.     

大功率半导体激光器实用化微通道热沉

根据大功率半导体器无氧铜微通道热沉的实用化制备工艺特点,利用商用CFD软件FLUENT对微通道热沉内部微通道散热区层间折转通道宽度和热沉前端面壁厚度进行优化设计,并采用化学腐蚀结合扩散焊技术制备无氧铜微通道热沉,微通道尺寸为27 mm×11 mm×1.5 mm.利用低电光转换效率大功率半导体激光阵列器件对所制备热沉进行散热能力测试,激光阵列宽1 cm,腔长1 000μm,条宽200μm,填充因子为50%,微通道热沉热阻0.34 K/W,能满足半导体激光阵列器件高功率集成输出的散热需求.     

负载下CFRP加固轴心受拉钢板的承载性能分析

采用CFRP加固负载构件不会产生严重的应力集中以及残余应力,对负载下加固的钢板构件进行轴心受拉模拟计算,可为实际工程中的加固问题提供理论依据。文章针对CFRP加固轴心受拉钢板,采用ABAQUS软件建立了负载下加固钢板轴心拉伸构件的有限元模型,对加固钢板的承载性能进行了分析。结果表明:对于轴心受拉钢板,CFRP加固提高屈服荷载、极限荷载分别约为15%、16%;负载构件的极限承载力随着负载百分率的增加而逐渐下降;承载力随着CFRP加固层数的增加逐渐上升,加固到二层时CFRP布发挥利用率最大,加固到三层时承载力增幅呈现下降趋势;随着CFRP布长度的增加,承载力也随之提高。     

双重分形多孔介质孔隙率的研究

根据双重分形多孔介质孔隙分布分形维数D与孔隙迂曲分形维数DT的定义和计算公式,推导了多孔介质孔隙率的计算公式.通过孔隙率计算公式的函数图像分析了双重分形维数D和DT的变化对孔隙率的影响,分析结果表明孔隙率随多孔介质双重分形维数D和DT的增加而增大;多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率增加的就越慢;当D＋DT〈3时,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率就越大,但当D＋DT〉3时则相反,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率反而越小,D＋DT=3是特殊点,令D＋DT→3时的孔隙率极限值为它的孔隙率.     

曝气池清水曝气气泡云团形态特征

目前各种曝气池运行时曝气产生的气泡云团形态差别很大,气泡群时空分布不均,导致氧转移效率在曝气池中的分布差异,能耗高。为了弄清楚盘式曝气气泡云团的形态特征及其时空分布,本文利用高速摄像技术和摄影测量技术,对室内清水曝气实验模型中的气泡云团轴线长度、径向尺度和形态演化进行了观测。结果表明,实验范围内气泡云团轴线形状与水流流速分布曲线形状基本类似,气泡群轴线长度与水深之比介于1.03~1.30之间。曝气量由0.25m3/h增大到2.0m3/h,气泡云团轴线长度和气泡的驻留时间先增大后减小。随着曝气量增大,气泡云团形状变得不规则,且随时间变化越频繁。多个曝气盘曝气,上游的气泡云团会影响下游气泡云团的形态。在流向和展向,气泡云团宽度基本相同;在水深方向上,由曝气盘向水面沿程增大,0.5h0、0.8h0处气泡云团平均宽度明显大于0.2h0处的宽度。不同水深处气泡云团的宽度随时间随机变化;0.8h0处气泡云团宽度随时间的变化最剧烈。气泡群的平均宽度随曝气量增大而增加,曝气量为0.25m3/h、1.0m3/h、2.0m3/h时,气泡云团的平均宽度分别为曝气盘直径的1.0~1.5倍、1.6~2.5倍和1.75~3.5倍。盘式曝气形成的气泡云团在水中可被划分为三个区域：底部的调整区、近自由面区和中部的紊动扩散区,不同区域内的气泡的受力和运动特性不同。气泡云团分区为气泡受力和运动的建模计算提供了依据。     

建筑外墙饰面层内部缺陷红外热像法检测试验研究

利用红外热像仪对建筑外墙饰面层（包括砂浆饰面层和饰面砖饰面层）内部缺陷进行检测试验,研究饰面层内部缺陷在外部热源辐射下的表面温度变化特征,得出饰面层表面温度随时间、空间的分布及变化规律,并分析内部缺陷的厚度、面积大小、埋置深度等因素对红外热成像效果的影响.试验结果表明,厚度越大、面积越大、深度越浅的内部缺陷越容易被检测出来;缺陷沿其宽度方向的表面温度关于其最大温度点呈近似对称关系.基于试验结果,采用统计分析的方法建立了缺陷面积大小预测模型.     

肢长比对CFRP布加固钢筋混凝土L形柱力学性能的影响

为研究肢长比对偏压下CFRP布加固钢筋混凝土L形截面柱的力学性能影响规律,对不同肢长比的构件进行ABAQUS数值模拟。将得到的试验参数进行分析,结果表明:随着肢长比的增大,极限承载力下降;肢长比越大,其受拉区CFRP布、钢筋两者的抗拉特性发挥得越充分,CFRP布对承载力提高的幅度越大,所以CFRP布对肢长比较大的钢筋混凝土L形柱的加固效果较明显。     

水泥稳定碎石材料孔隙特性研究

为研究水泥稳定碎石材料细观孔隙特性以及探究荷载作用时孔隙空间结构的变化过程,通过建立孔隙三维模型量化断面孔隙和三维孔隙,并转换为孔隙三维网络结构,提取孔隙配位数、孔隙体积、喉道长度等相关参数,研究参数随逐级荷载的变化规律,推演孔隙空间结构变化过程.研究结果表明:量化的断面孔隙率与三维孔隙率能表征材料孔隙变化规律;m、n区域的峰值从12.10%、10.29%分别扩展到13.89%、13.41%,n区峰值分布区域跨11个层位,m、n区域波形变化较剧烈,孔隙细观结构变化明显;配位数均值由小于0.45突变为0.505,孔隙体积中小孔隙占据孔隙空间结构的80%,但随荷载增加孔隙体积会改变,喉道在逐级加载过程中,最大喉道长度增加近2 mm,喉道先负向演变后转为正向演变,荷载作用致使孔隙空间结构改变.逐级荷载作用,孔隙细观结构和孔隙空间结构都发生剧烈变化,孔隙结构的剧烈变化导致材料内部结构改变,促使材料宏观破坏,因此材料宏观破坏与孔隙结构变化有着本质联系.     

不同孔隙率CFRP层合板冲击后力学性能试验表征

为了研究吸湿量、孔隙率及冲击能量对CFRP层合板冲击后剩余拉伸强度及剩余弯曲强度的影响规律,首先将3种孔隙率CFRP层合板试样置于湿热环境中分别吸湿7、14 d及吸湿至饱和状态,然后在室温环境中对3种孔隙率不同老化程度的CFRP层合板试样分别进行5种能量即3-15J的冲击作用,并测量其冲击后剩余拉伸强度及剩余弯曲强度．试验结果表明:随着冲击能量的提高,CFRP层合板冲击后剩余拉伸强度及剩余弯曲强度均显著下降;冲击能量相同时,孔隙率对CFRP层合板冲击后剩余拉伸强度及剩余弯曲强度的影响并不明显．分析认为层合板受到冲击作用后产生的分层损伤降低了孔隙率对冲击试样剩余强度的影响程度．     

预应力CFRP板加固混凝土梁的抗裂性能

预应力碳纤维（CFRP）板加固混凝土梁可以有效地提高梁的抗裂度并减小梁的裂缝宽度,但我国现行规范以及ACI 440.4R-02规范中都没有相关的预应力CFRP板加固混凝土梁的设计条款。通过理论分析,得出了预应力CFRP板加固混凝土梁的抗裂度计算公式;考虑了CFRP板与普通预应力钢筋形状、粘结面等的差异,对我国《混凝土结构设计规范》中有关受弯构件最大裂缝宽度的计算公式进行了修正。基于提出的公式,对预应力CFRP板加固混凝土梁的单调静载试验结果进行计算对比,结果显示吻合良好。     

大孔隙参数对斜坡非均匀渗流与稳定性的影响研究

为了揭示降雨条件下大孔隙参数对斜坡水分非均匀运移与稳定性的影响,基于两域模型与稳定系数场原理,建立降雨入渗下斜坡非均匀渗流与稳定性求解模型,并借助COMSOL Multiphysics多物理场有限元平台,编制相应的模型求解程序并进行精度验证。在此基础上,以福建省某一典型大孔隙边坡为地质模型,对比降雨作用下均匀流与非均匀流的斜坡体积含水率和点稳定系数分布状况,最后分析大孔隙参数(ωf、μ、rw)对斜坡渗流场及稳定系数场的影响规律。结果表明：相比不考虑大孔隙,考虑大孔隙时基质域和大孔隙域表层含水率分别增长7.7%和降低5.1%,入渗深度分别增长83.3%和150%,边坡浅层失稳面积增大3.9%。基质域和大孔隙域入渗深度均随大孔隙占比ωf的增大而减小;随着大孔隙域与基质域饱和渗透系数之比μ增大变化趋势相反,即μ越大,基质域入渗深度越小,大孔隙域反之;两者与经验参数rw无显著关系。至降雨结束,基质域表层土体含水率已达最大值;大孔隙域则随着ωf和μ的增大而增大,但几乎不受经验参数rw的影响。非均匀流边坡水分交换沿着剖面从上往下分为负交换区、正交换区和无交换区,水分交换平衡深度与基质域入渗深度变化趋势一致。负交换区与正交换区均存在一个峰值,并随大孔隙占比ωf的增大而减小,随着参数μ和rw的增大而增大。不同参数取值下,边坡均为浅层失稳破坏,大孔隙占比ωf和参数μ越大,失稳层深度越大,表层点稳定系数越小。     

电润湿效应下液滴动态接触行为分析

为研究电润湿条件下液滴动态接触行为的动态变化机制,采用动态接触角理论,建立电润湿下液滴的数值模型,并对液滴动态接触行为进行分析,系统地研究体积和壁面条件对液滴动态行为的影响。结果表明：当液滴体积从2μL增加到6μL时,液滴接触半径的最大振幅从0.16 mm增加到0.23 mm,当液滴初始角度从100°增加到115°时,振幅从0.13 mm增加到0.18 mm;同时,滑移长度从0.5μm增加到2μm时,振幅最大值从0.21 mm增大到0.29 mm。液滴体积越大、壁面的阻力越小和疏水性越强,液滴具有更高的动能以及更大的振荡幅度。此外,液滴初始动能越大,液滴的振荡更加剧烈。通过揭示液滴在电润湿过程中的动态接触行为机制,为通过电润湿效应改善微通道传热特性的研究提供理论依据。     

大吨位CFRP拉索的锚固性能及安装参数研究

研究了大跨斜拉桥用大吨位CFRP拉索的锚固问题和超长拉索带来的特殊安装问题。通过有限元分析方法建立了变刚度荷载传递材料(LTC)锚固系统和斜拉索安装系统的非线性模型。锚固性能方面,优化了荷载传递介质的弹性模量、长度、内锥角、受荷端厚度、界面摩擦系数,并进行了强度校核。拉索安装方面,研究了锚具修正角、拉索两端索力差值和拉索变形等关键参数,并对长度为1 085 m的钢拉索和CFRP拉索的安装参数进行了对比。结果表明:变刚度荷载传递材料减小了锚固区的应力集中。依据各部分材料性能要求,得到了拉力为15 000kN CFRP拉索锚固系统的设计参数,包括钢套筒长度1 000 mm,直径424 mm,壁厚40 mm,内锥度为5°和采用45#高强度结构钢;荷载传递材料加载端半径40 mm,各区段弹性模量取值范围为1～2 GPa(LTC-1)、4～7GPa(LTC-2)、15～25 GPa(LTC-3)、30～40 GPa(LTC-4);各区段荷载传递材料选择为树脂与石英砂混合物(LTC-1和LTC-2)、聚合物砂浆或者高性能混凝土(LTC-3和LTC-4)。拉索安装方面,得到CFRP拉索的锚具修正角、拉索两端的索力差值、拉索变形。对于最长的拉索,主塔锚固点与主梁锚固点的锚固力差值,CFRP拉索是钢拉索的1/6;锚具修正角与拉索长度为正相关,并且CFRP拉索锚具修正角仅为钢拉索的1/4;与钢拉索相比,CFRP拉索的垂度小,锚具修正角减小1°,更利于拉索安装。     

倾斜板长度及角度对9Cr18半固态坯料组织的影响

为了考察倾斜板参数对9Cr18半固态坯料组织的影响,进而为其触变成形提供微观组织基础,采用自制的波浪形倾斜板制备9Cr18半固态坯料,取样分析了坯料心部的金相组织.结果表明:随倾斜板长度从350 mm增加到840 mm,初生晶粒的等效直径从53.4μm减小到44.9μm,而形状因子从0.82略微提高到0.84;长度增大到595mm后,初生晶粒的形貌变化不明显.在倾斜板倾斜角度为35°~55°的范围内,随倾斜板角度增加,由于搅拌时间不足,初生晶粒的等效直径从50.5μm增大到70.8μm,而形状因子变小,从0.83下降到0.75.脱模淬火坯料比空冷坯料有更细小圆整的初生晶粒.     

SS400钢板表面纵裂纹分析及实验研究

针对SS40钢板在生产过程中产生的表面纵向裂纹现象进行研究与分析.结果表明,钢板表面纵向裂纹大部分分布在钢板宽度方向的2个1/4区域内,裂纹的长度一般在0.5~2 m,宽度均小于1 mm,深度为0.1~0.2mm.进一步分析后认为,该种表面缺陷产生于连铸结晶器内,在随后二冷区的强冷和加热炉的加热过程中,裂纹得到了进一步的扩展.     

我国古代建筑琉璃构件胎体孔隙类型探讨

建筑琉璃构件胎体中存有大小、形态不一的孔隙.采用扫描电子显微镜对我国古代建筑琉璃构件的显微结构进行了分析,对琉璃构件胎体中孔隙类型进行了观测和总结,结果表明:琉璃构件胎体中的孔隙共有坑洞、颗粒与基质之间的缝隙、粘土矿物微孔隙以及釉层下方裂隙4类,通过对这4类孔隙的形态描述,分析其产生原因,并与我国不同地区古代建筑琉璃构件胎体孔隙进行比较分析,揭示了我国古代建筑琉璃传统工艺,为其研究保护提供相关的基础数据.