纳米改性水泥基材料功能化研究进展

摘要:传统水泥基材料功能单一,无法满足现代社会快速发展的物质文明与复杂工程需求。现代建筑的智能化进程对水泥基材料的发展提出了新挑战,除了满足高强度、高耐久性等基本要求,还需要其具有多样化的附加性能(如保温、耐火、自清洁、电磁屏蔽以及离子固化等),以推动现代建筑的多功能化发展,实现建筑的智慧化转型,布局智慧城市建设。此外,为响应国家新材料新能源发展战略的要求,建筑的节能环保效应成为了水泥基材料发展与应用的又一重大难题。因此,越来越多的研究致力于纳米改性水泥基材料的多功能化发展,旨在为现代水泥基材料的绿色转型及建筑的智慧化转型提供应用基础。本文从纳米SiO2、纳米TiO2、碳纳米管(CNT)及氧化石墨烯(GO)等纳米材料对水泥基材料的功能化改性入手,比较与分析了不同纳米材料的特性、掺入方式及掺量等因素对水泥基材料功能化改性性能的影响;从材料层面分析了不同改性方式对水泥基材料功能化的主要影响机理。最后,本文以“纳米改性-功能化”对应关系的建立为前提,提出了纳米改性水泥基材料多功能协同发展的概念,为现代建筑绿色可持续发展提供依据并提出了展望。

钢纤维取代部分钢筋的地坪设计及应用

摘要:随着重载地坪建造技术的更新迭代,钢纤维混凝土相较于传统钢筋混凝土在施工成本、工艺和质量方面具有显著优势。本工作提出了地坪设计中钢纤维取代部分钢筋的设计方案,通过计算验算了掺有钢纤维的混凝土的荷载承载力,并总结出钢纤维混凝土的应用优势和应用场景,可为同类施工设计及计算方式提供参考。

高强高韧玻璃的研究进展

摘要:因固有的脆性特性导致的低服役安全性是制约玻璃作为透明窗口应用的瓶颈。为满足航空透明件、特种车辆视窗、高铁风挡以及压力容器观察窗等的高强高韧应用需求,提高玻璃的力学性能至关重要。高强高韧玻璃的研究主要涉及:(1)开发具有特定成分和微观结构的高性能玻璃基质,如钠钙硅玻璃、无碱铝硅玻璃、高碱高铝玻璃和透明微晶玻璃等;(2)尝试和优化各种增强增韧技术,如酸处理、钢化、微晶化、引入夹层、引入增强体等。本文基于以上两个方面综述了高强高韧玻璃的国内外研究进展。

高速列车铜基摩擦材料的成分设计研究进展

摘要:铜基摩擦材料因具有优异的导热、抗氧化、抗高温粘着、摩擦因数稳定和耐磨损等综合性能,广泛应用于高速列车制动系统中,是高速列车安全运行的保障。铜基摩擦材料是采用粉末冶金工艺制备的由金属与非金属组成的多元复合材料,可以通过对材料成分大范围内的调节,实现材料摩擦磨损性能的调控。然而,随着高速列车向高速高能载方向发展,摩擦材料需要承受强表面氧化、高热负荷和高载荷冲击的共同作用,铜基摩擦材料在服役过程中出现基体高温软化、石墨润滑相烧蚀、摩擦衰退、以及掉边角等问题。近年来研究者从材料成分和工艺出发,通过对基体组元的固溶、弥散强化提高基体强度,采取润滑组元的多元复合拓宽温度适应范围,选择金属或合金摩擦组元替代陶瓷摩擦组元以及陶瓷颗粒表面镀铜等方法改善界面结合提高剪切强度。本文系统总结了铜基摩擦材料的成分设计研究进展,分析了各组元成分、含量的变化和发展趋势,综述了基体组元、润滑组元、摩擦组元以及界面结构的调控对材料摩擦磨损性能的影响,最后提出构建材料成分⁃摩擦层⁃摩擦磨损性能之间关系,为铜基摩擦材料成分设计提供依据。

航天器用材料应用验证技术体系

摘要:本文基于钱学森的“综合集成方法论”,结合我国航天器材料的研制及应用特点,阐述了应用验证技术体系基本原理,并总结工程实践经验,提出建设要点。该体系通过材料特性表征及应用情况的宏观与微观研究,利用试验验证、专家决策支持、计算仿真、归纳演绎、信息处理等方法,形成了多指标评价、多角度分析、综合评判的材料工程应用质量控制系统,发挥了人机结合、定性与定量结合、理论与实践结合以及多学科融合的系统工程优势,为我国航天装备自主发展奠定基础。

精密铸铝件一体化设计及在车身轻量化中的应用

摘要:铝合金一体化精密铸造技术是实现汽车轻量化的重要方式之一。本文首先采用轻质铝合金材料、熔模真空吸铸工艺以及拓扑优化对白车身前副车架及仪表板横梁进行“材料-工艺-结构”一体化设计;其次对比一体化铝合金结构件的质量、研发成本、研制周期,较原钢制件大幅度降低;最后对加装一体化精密铸铝件的白车身进行刚度与模态的有限元仿真分析及台架试验。结果表明,一体化设计后,前副车架及仪表板横梁分别轻量36.6%、30.8%,同时白车身性能均满足设计要求。

空间探测烧蚀防热材料应用及发展

摘要:烧蚀防热材料因其高可靠性及宽适用性而被绝大多数空间探测器所采用。不同的空间探测目标、探测器进入/再入弹道、探测器外形和防热结构质量限制等因素使得烧蚀防热材料种类繁多,但轻量高效是其发展的重要特征; 除此以外,可靠性也至关重要,在不同的热环境下,不同材料会表现出不同的烧蚀行为和特征,使得烧蚀防热材料成为空间探测活动成败的关键。本文综述了国内外探测器烧蚀防热材料的种类及应用情况,美国主要包括高密度酚醛/玻璃钢、蜂窝增强型防热材料、树脂浸渍型防热材料以及碳酚醛材料等,国内主要包括酚醛/尼龙、蜂窝增强型防热材料和NF材料,介绍了这些材料所应用的探测器、气动加热环境、防热材料性能和防热结构成型技术,总结了美国空间探测防热材料研制中出现的两次烧蚀异常及导致的探测器选材变化,可见防热材料与热环境耦合关系复杂。国内外针对防热材料抵御异常损伤开展了部分工作。已有试验结果表明,蜂窝增强型防热材料具有一定的优势。最后对空间探测防热材料的应用与发展进行了展望。

航空航天用气凝胶材料的研究进展

摘要:近年来,中国、美国和其他各国航空航天事业快速发展。我国“神州十三号”、美国Space-X“龙飞船”和Blue Origin“新谢泼德号”载人飞船的成功发射,标志着人类探索太空的进程又跨出了一大步。航空航天领域载人飞船的成功离不开高科技材料产业的快速发展,“一代材料,一代技术,代装备”,对材料的认识、研制、开发和应用是人类社会进步最基础、最原始、最本质的驱动力,它对整个国防事业的发展起着推动作用。气凝胶作为一类轻质多孔材料,因其高效的隔热特性在航空航天领域受到越来越多的关注。本文旨在总结SiO2、Al2O3、ZrO2等氧化物气凝胶和炭气凝胶、碳化物气凝胶、硼化物气凝胶等非氧化物气凝胶材料近年来在航空航天领域的研究进展,从分子结构设计、制备方法、热力学性能等方面进行了详细的讨论,以期为相关的科学研究提供参考和借鉴。

钢-铝混合驾驶室材料-结构轻量化设计

摘要:为了得到更为完善的商用车驾驶室轻量化设计,提出了钢-铝混合驾驶室材料-结构一体化轻量化方法。首先基于灵敏度分析、等刚度近似理论与等强度理论建立了性能驱动的材料选择方法,并针对钢制驾驶室初步设计了钢-铝混合材料方案。然后通过折衷规划法的拓扑优化识别了驾驶室关键传力路径,并加强了相关结构。其次考虑驾驶室零件厚度、截面尺寸设计参数,建立了驾驶室质量、刚度及模态性能的径向基函数的代理模型,并采用多目标粒子群优化方法对驾驶室进行多目标优化设计。优化结果表明,在满足驾驶室刚度、模态和碰撞性能的要求下,驾驶室质量减轻了12. 8%。该方法对钢-铝混合驾驶室轻量化有实际的工程指导价值。

柔性气凝胶材料的制备及应用研究进展

摘要:气凝胶是一种纳米级多孔固体材料,具有高比表面积、极高的孔隙率、极低的密度、极低的热导率等优点,但也存在脆性高、柔韧性差的问题。近年来,具有良好压缩回弹特性和抗弯折性能的柔性气凝胶克服了传统气凝胶柔韧性差的缺点,受到研究人员的广泛关注。本文首先概括了柔性气凝胶的种类,根据气凝胶材料组成成分的不同,将其分为氧化硅柔性气凝胶、碳基柔性气凝胶、生物质柔性气凝胶和纤维质柔性气凝胶; 然后,系统总结了柔性气凝胶常用的制备方法,如溶胶-凝胶、老化、干燥等工艺,对比分析了不同制备工艺生产的气凝胶在性能上的差异; 此外,介绍了柔性气凝胶在环保、光学、生物医学、柔性电子传感器以及航空航天等领域的应用; 最后对柔性气凝胶的发展做了总结和展望。