時(shí)間：2023-02-21 08:24:09
序論：在您撰寫研究性學(xué)習(xí)材料時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開(kāi)闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
1 材料的結(jié)構(gòu)
材料的結(jié)構(gòu)是指材料的組成單元之間互相排斥、互相吸引的作用達(dá)到平衡時(shí)的空間分布。從宏觀到微觀有三個(gè)不同的層次，分別是宏觀組織結(jié)構(gòu)、顯微組織結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)。其中，宏觀組織結(jié)構(gòu)是指用肉眼或者使用放大鏡觀察到晶粒、相的集合狀態(tài)。顯微組織結(jié)構(gòu)也可稱為亞微觀結(jié)構(gòu)，它是利用電子顯微鏡或者光學(xué)顯微鏡觀察到材料內(nèi)部的微區(qū)結(jié)構(gòu)或者晶粒、相的集合狀態(tài)。微觀結(jié)構(gòu)是比顯微組織結(jié)構(gòu)更細(xì)的一層結(jié)構(gòu)，它本文由收集整理包括分子結(jié)構(gòu)、原子結(jié)構(gòu)、分子的排列結(jié)構(gòu)以及原子的排列結(jié)構(gòu)。通常情況下，金屬材料也被看做是由晶體的聚集體組成的。例如，合金可以看做是母相金屬原子的晶體和加入的合金晶體等聚集形成的聚集體；純金屬被看做是微細(xì)晶粒的聚集體。晶粒晶界上的結(jié)合其實(shí)是機(jī)械組合，展開(kāi)來(lái)講就是當(dāng)金屬由高溫熔體凝固析晶時(shí)，彼此嚙合牢固的在一起。晶粒之前的接觸面積越大，結(jié)合力也就越大。晶粒內(nèi)部的結(jié)合力要大于晶粒間的結(jié)合力。軟銅、鋼、鋁、金可以承受較大的變形和塑形是因?yàn)樵诎l(fā)生滑移變形時(shí)，原子間的相互位置依次錯(cuò)開(kāi)，并形成新的鍵，原子之間的鍵很難斷開(kāi)。
2 材料的力學(xué)性能理論
2.1 材料受牽伸時(shí)的力學(xué)性能
塑形材料是指在外力作用下，產(chǎn)生巨大變形但不易被破壞的材料。屈服強(qiáng)度是指金屬材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時(shí)的屈服極限，也是指抵抗微量塑形變形的應(yīng)力。脆性材料是指在外力作用下，產(chǎn)生極小的變形，如陶瓷、灰口鑄鐵等，不存在縮頸現(xiàn)象和屈服階段。
2.2 材料受壓縮時(shí)的力學(xué)性能
壓縮試驗(yàn)是用來(lái)測(cè)定材料受壓時(shí)的力學(xué)性能。在金屬壓縮試驗(yàn)時(shí)，大多采用短粗圓柱形試樣，細(xì)長(zhǎng)試樣在壓縮時(shí)極易失穩(wěn)。相同的是，在屈服以前，拉伸曲線和壓縮曲線基本相同。不同的是，低碳鋼試樣在壓力逐漸增大的情況下，越來(lái)越扁。
2.3 材料的力學(xué)性能分析
剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)一種材料和結(jié)構(gòu)
力學(xué)性能的三大要素[3]。剛度是指材料抵抗變形的能力，具體體現(xiàn)在變形分析上。強(qiáng)度是指材料抵抗破壞的能力，具體體現(xiàn)在應(yīng)力分析中。斷裂和疲勞也是強(qiáng)度問(wèn)題的一部分，斷裂在宏觀中是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)中裂紋的擴(kuò)展，結(jié)構(gòu)中的最大應(yīng)力大于結(jié)構(gòu)材料的破壞極限引起斷裂。在微觀中是由于分子之間或者是原子之間的鍵斷開(kāi)引起的。疲勞問(wèn)題主要出現(xiàn)在塑形較高的材料中。對(duì)于強(qiáng)度更進(jìn)一步的分析是彈塑性極限分析。穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)抵抗外來(lái)擾動(dòng)的能力，尤其是板、梁、殼在壓縮荷載下的穩(wěn)定性問(wèn)題。穩(wěn)定性問(wèn)題是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析中非常重要的一個(gè)問(wèn)題，可以從不同的理論分析穩(wěn)定性問(wèn)題，一方面是振動(dòng)分析，結(jié)構(gòu)的模態(tài)、動(dòng)力相應(yīng)和固有頻率，對(duì)結(jié)構(gòu)固有頻率進(jìn)行分析目的是為了避免結(jié)構(gòu)的固有頻率和外力頻率接近引起的共振破壞。彈性穩(wěn)定性理論還有初始后屈曲理論、非線性大撓度理論和前屈曲一致理論等。薄殼穩(wěn)定性有塑性穩(wěn)定性理論和彈性穩(wěn)定性理論等。
3 多晶體新型材料力學(xué)性能分析
工程中的金屬材料很大一部分是多晶體材料，由于各晶粒是通過(guò)晶界聯(lián)結(jié)在一起，各晶粒的空間取向是不相同的，因此也就決定了多晶體材料塑性變形的特點(diǎn)。各晶粒塑性變形時(shí)的不均勻性和不同時(shí)性，當(dāng)多晶體試樣受到外力作用時(shí)，雖然大部分晶粒還處于彈性變形范圍之中，個(gè)別取向有利的晶粒中和試樣的宏觀切應(yīng)力方向一致的滑移系統(tǒng)中首先達(dá)到了滑移要求的臨界條件，因此塑形變形從這些晶粒開(kāi)始。隨著應(yīng)力的逐漸增大，參加塑形變形的晶粒逐漸增多。由于這種原因，多晶體材料的塑形變形不會(huì)發(fā)生在不同晶粒中。受此影響，塑性變形和連續(xù)屈服材料的應(yīng)力之間沒(méi)有明顯的界限。
關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；彈性力學(xué)；研究方法
概述
力學(xué)作為一門研究物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，其在建筑、機(jī)械、航天、航海等關(guān)系國(guó)計(jì)民生、國(guó)家安全等重大項(xiàng)目上發(fā)揮著重要作用。材料力學(xué)（Mechanics of materials）和彈性力學(xué)（Theory of elasticity）都是力學(xué)的重要分支學(xué)科，盡管他們都是研究和分析各種結(jié)構(gòu)物在彈性階段的應(yīng)力和位移，但在研究對(duì)象和方法上仍然具有很大的差異。材料力學(xué)主要研究物體受理后發(fā)生的變形、由于變形而產(chǎn)生的內(nèi)力以及物體由此而產(chǎn)生的失效和控制失效準(zhǔn)則[1]。其主要的研究對(duì)象是桿狀構(gòu)件，即長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于高度和寬度的構(gòu)件及其在拉壓、剪切、彎曲、扭轉(zhuǎn)作用下的應(yīng)力和位移。材料力學(xué)除了從靜力學(xué)、幾何學(xué)、物理學(xué)三方面進(jìn)行分析之外，通過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和分析，忽略次要因素，保留主要因素，引用一些關(guān)于構(gòu)件的形變狀態(tài)或應(yīng)力分布的假定，大大簡(jiǎn)化了數(shù)學(xué)推演。雖然解答只是近似的，但是可以滿足工程上的精度要求。彈性力學(xué)作為固體力學(xué)的一個(gè)分支，研究可變性固體在外部因素如力、溫度變化、約束變動(dòng)等作用下產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和位移[2]。其研究對(duì)象既可是非桿狀結(jié)構(gòu)，如板和殼以及擋土墻、堤壩、地基等實(shí)體結(jié)構(gòu)，亦可是桿狀構(gòu)件，并且其不引用任何假定，解答較材料力學(xué)更為精確，常常用來(lái)校核材料力學(xué)里得出的近似解答。
材料力學(xué)與彈性力學(xué)同樣作為變形體力學(xué)的分支，在解決具體問(wèn)題使，需要將實(shí)際工程構(gòu)件的研究對(duì)象抽象為理想模型。作為理想模型，在建立其已知量和未知量的推導(dǎo)關(guān)系時(shí)，要滿足如下基本假設(shè)：連續(xù)性假設(shè)、均勻性假設(shè)、各向同性假設(shè)、小變形假設(shè)、完全彈性假設(shè)。下面本文將就在一下具體問(wèn)題的解決中，探討材料力學(xué)和彈性力學(xué)在研究方法上的差異。
1.直梁在橫向荷載作用下的彎曲研究
1）在純彎曲梁中，對(duì)于平截面假定的驗(yàn)證
材料力學(xué)在研究梁的彎曲應(yīng)力時(shí)，采用純彎曲段分析。通過(guò)觀察對(duì)比梁變形前后表面橫向線和縱向線的幾何變形，推測(cè)梁內(nèi)部橫截面在變形后仍為平面。在彈性力學(xué)中，證明了其橫截面是否為平面的過(guò)程如下：
假定平面應(yīng)力情況，已通過(guò)多項(xiàng)式解答取φ=ay3，求得純彎曲矩形梁的應(yīng)力分量，將應(yīng)力分量代入物理方程、幾何方程，并積分變換得位移分量的表達(dá)式：u=MEIxy+f1（y）ν=-μM2EIy2+f2（x）
通過(guò)數(shù)學(xué)變換求得位移分量為：
u=MEIxy-ωy+u0
ν=-μM2EIy2-M2EIx2+ωy+ν0
其中ω、u0、ν0為剛移
由上式可得，鉛直線段的轉(zhuǎn)角為：
β=uy=MEIx-ω
在同一個(gè)截面上，x是常量，因而β也是常量。可見(jiàn)，同一橫截面上的各鉛直線段轉(zhuǎn)角相等，即橫截面保持平面。
2）對(duì)于截面彎曲應(yīng)力的修正與分析
在材料力學(xué)中，根據(jù)平面假設(shè)和單向受力狀態(tài)導(dǎo)出了應(yīng)力公式。但此公式僅限于純彎曲梁，當(dāng)梁受橫向外力作用時(shí)，梁發(fā)生橫力彎曲，此時(shí)變形后已不再是平面，單向受力狀態(tài)也不成立。針對(duì)此問(wèn)題，材料力學(xué)一般做簡(jiǎn)化處理。對(duì)于跨長(zhǎng)與橫截面高度之比大于5的梁，用純彎曲正應(yīng)力公式σ=MIy進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果雖然有誤差，但足以滿足工程上的精度要求，近似用該公式得到的結(jié)果作為橫力彎曲的正應(yīng)力計(jì)算公式。
而在彈性力學(xué)中，采用半逆解法嚴(yán)密的推導(dǎo)了各應(yīng)力分量。以均布荷載下的簡(jiǎn)支梁為例，假設(shè)應(yīng)力分量形式σy=f（y），由應(yīng)力函數(shù)與應(yīng)力分量的關(guān)系導(dǎo)出應(yīng)力函數(shù)，并代入相容方程得到各應(yīng)力分量的表達(dá)式。考慮主要邊界與小邊界后，得截面上的應(yīng)力分量為：
σx=MIy+qyh（4y2h2-35）
σy=-q2（1+yh）（1-2yh）2
τxy=FSbI
由上式可見(jiàn)，在彎應(yīng)力σx的表達(dá)式中，第一項(xiàng)是主要項(xiàng)，和材料力學(xué)中的解答相同，第二項(xiàng)是彈性力學(xué)提出的修正項(xiàng)。對(duì)于通常的淺梁（跨高比大于5），修正項(xiàng)很小，可以忽略不計(jì)，對(duì)于較深的梁，則必須考慮修正項(xiàng)。
應(yīng)力分量σy是梁各層纖維之間的擠壓應(yīng)力，它的最大絕對(duì)值是q，發(fā)生在梁頂。在材料力學(xué)中，由于單向應(yīng)力假設(shè)，認(rèn)為縱向線之間互不擠壓，一般不考慮該應(yīng)力分量。
切應(yīng)力τxy的表達(dá)式和材料力學(xué)完全一樣。
從表達(dá)式中可以看到，當(dāng)l>>h時(shí)，σx最大，τxy次之，σy最小，且σx中的qyh（4y2h2-35）是高階小量。因此進(jìn)一步說(shuō)明了，材料力學(xué)的公式可以近似滿足工程梁的計(jì)算精度，而彈性力學(xué)推導(dǎo)相對(duì)復(fù)雜因此材料力學(xué)具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
2.切應(yīng)力互等定理
在材料力學(xué)中，以圓桿的扭轉(zhuǎn)為背景，考慮了一個(gè)特殊的簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)，并加以推理得到了切應(yīng)力互等定理。在沿桿軸線方向取微段dx，垂直于徑向的平面截出一無(wú)限小的單元體，則很容易得出內(nèi)外表面無(wú)應(yīng)力，只在左右兩個(gè)面上有切應(yīng)力τ。則該單元體將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)不能平衡，所以推定在上下兩個(gè)縱截面上必定存在著τ'。由于面積很小，近似認(rèn)為切應(yīng)力在各面上均勻分布。
由平衡方程ΣM=0得到
（τdydz）dx=（τ'dxdz）dy
從而得到：τ=τ'
而在彈性力學(xué)中，則從最普遍的情況出發(fā)，不作任何假設(shè)。取微小的平行六面體，根據(jù)平衡條件導(dǎo)出應(yīng)力分量之間的關(guān)系。由對(duì)中心點(diǎn)的力矩平衡方程，得到：
（τxy+τxyxdx）dy×1×dx2+τyxdy×1×dx2-（τxy+τxyydy）dx×1×dy2+τyxdx×1×dy2=0
將上式兩邊同除dxdy，合并同類項(xiàng)，并命dx dy趨于零，得到τxy=τyx
從而驗(yàn)證了切應(yīng)力互等定理。
從切應(yīng)力互等定理的導(dǎo)出我們可以發(fā)現(xiàn)，材料力學(xué)在推導(dǎo)過(guò)程中運(yùn)用了一些推理和假設(shè)，而彈性力學(xué)的推導(dǎo)過(guò)程是比較嚴(yán)密和精確的。
總結(jié)
彈性力學(xué)與材料力學(xué)同樣作為力學(xué)的分支，基本假定和理論體系是相同的。在力學(xué)史上，首先出現(xiàn)了研究變形體力學(xué)的理論，屬于彈性力學(xué)的研究范疇，但由于當(dāng)時(shí)相應(yīng)的數(shù)學(xué)水平得不到相應(yīng)問(wèn)題的解析解，才在求解過(guò)程中引入一些關(guān)于變形和應(yīng)力分布的假設(shè)，形成材料力學(xué)這門學(xué)科。
在研究對(duì)象方面，材料力學(xué)的研究對(duì)象是桿狀構(gòu)件，而彈性力學(xué)的研究對(duì)象則有桿、梁、柱、板等結(jié)構(gòu)。因此彈性力學(xué)有更廣的適用性，而材料力學(xué)具有一定的局限性。
在解決具體問(wèn)題是，材料力學(xué)常采用截面法，即假想將物體剖開(kāi)，取截面一邊的部分物體作為截離體，利用靜力平衡條件，列出單一變量的常微分方程，以求得截面上的應(yīng)力，在數(shù)學(xué)上較易求解。彈性力學(xué)解決問(wèn)題的方法與材料力學(xué)的方法是不相同的。在彈性力學(xué)中，假想物體內(nèi)部為無(wú)數(shù)個(gè)單元平行六面體和表面為無(wú)數(shù)個(gè)單元四面體所組成?？紤]這些單元體的平衡，可寫出一組平衡微分方程，但未知應(yīng)力數(shù)總是超出微分方程數(shù)，因此，彈性力學(xué)問(wèn)題總是超靜定的，必須考慮變形條件。由于物體在變形之后仍保持連續(xù)，所以單元體之間的變形必須是協(xié)調(diào)的。因此，可得出一組表示形變連續(xù)性的微分方程。另外，在物體表面上還必須考慮物體內(nèi)部應(yīng)力與外荷載之間的平衡，這樣就有足夠的微分方程數(shù)以求解未知的應(yīng)力、應(yīng)變與位移，所以在解決彈性理論問(wèn)題時(shí)，必須考慮靜力學(xué)、幾何方程、物理方程以及邊界等方面的條件。因此需要研究人員具備較扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。由于數(shù)學(xué)上的困難，彈性理論問(wèn)題不是總能直接從求解偏微分方程組中得到答案的。
在計(jì)算精度方面，材料力學(xué)在計(jì)算過(guò)程中引入一些假設(shè)以簡(jiǎn)化計(jì)算，得到的計(jì)算結(jié)果雖然精度偏低，但已經(jīng)能夠滿足工程上的精度需要，并且受力模型簡(jiǎn)單，能夠很快的得到應(yīng)力分布，實(shí)用性較強(qiáng)。而彈性力學(xué)通過(guò)嚴(yán)密的推導(dǎo)，雖然計(jì)算過(guò)程繁瑣但精度高。
綜上，材料力學(xué)和彈性力學(xué)兩門力學(xué)分支學(xué)科關(guān)系密切，適用范圍互補(bǔ)，研究方法及精度各有長(zhǎng)處，將他們綜合應(yīng)用，才能在我們的學(xué)習(xí)和科研中取得更好的效果。
[參考文獻(xiàn)]
【關(guān)鍵詞】取樣規(guī)范性；加荷速度；溫度濕度；尺寸精度；數(shù)據(jù)處理
在工程建筑中，應(yīng)當(dāng)充分強(qiáng)化對(duì)建筑材料的把關(guān)問(wèn)題，其對(duì)整體建筑質(zhì)量具有重要意義，對(duì)建筑材料檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮科學(xué)檢測(cè)設(shè)備與規(guī)范操作程序的作用，提高材料檢測(cè)的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。本文主要針對(duì)影響建筑材料檢測(cè)科學(xué)性與準(zhǔn)確性等方面開(kāi)展研究。
1 建筑材料檢測(cè)取樣
1.1 取樣必須遵循規(guī)范原則
對(duì)建筑材料的規(guī)范取樣非常重要，因?yàn)闄z測(cè)的報(bào)告不僅是對(duì)樣本的性能反映，也是對(duì)整批次材質(zhì)性能的反映，代表整體質(zhì)量，檢測(cè)報(bào)告的科學(xué)性與樣品采集規(guī)范化程度具有直接關(guān)系，只有按照規(guī)范進(jìn)行取樣，才能夠保證整個(gè)檢測(cè)與分析過(guò)程的科學(xué)性，出具的報(bào)告才具有科學(xué)性與權(quán)威性。
1.2取樣必須遵循代表原則
檢測(cè)樣本的取樣必須具有代表性，在完成樣本數(shù)量的同時(shí)，一定要嚴(yán)格按照部位與方式進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持從每一批材料的不同方位隨機(jī)抽取檢測(cè)樣本，鋼材采取的是指定位置截取的方式。取樣數(shù)量不足以及方式方法的差異性，都會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的科學(xué)性產(chǎn)生影響，甚至與實(shí)際情況不一致[1]。
在實(shí)際建筑材料檢測(cè)工作中，個(gè)別技術(shù)人員貪圖省事，在檢測(cè)樣本的選取方面出現(xiàn)數(shù)量不足或者取樣方式不正確的現(xiàn)象，如袋裝水泥的檢測(cè)，應(yīng)當(dāng)從同一批次不少于20袋的產(chǎn)品中進(jìn)行隨機(jī)抽樣，質(zhì)量不少于12kg，實(shí)際檢測(cè)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)半袋或者整袋水泥作為樣品的檢測(cè)，不具代表性，有時(shí)候檢測(cè)結(jié)果與使用前復(fù)檢結(jié)果出現(xiàn)較大出入，其檢測(cè)結(jié)果不具備科學(xué)性。
2 材料檢測(cè)過(guò)程注意點(diǎn)
2.1 環(huán)境溫度濕度影響
部分建筑材料的性能受到環(huán)境濕度溫度的影響，會(huì)導(dǎo)致其性能發(fā)生改變。在建筑材料的貯存以及性能檢測(cè)中，一定要兼顧到環(huán)境的濕度溫度關(guān)系，要將其嚴(yán)格控制在規(guī)定范圍之內(nèi)，這樣才能夠保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，檢測(cè)結(jié)果的對(duì)比性才更加科學(xué)。如水泥膠砂強(qiáng)度試體成型檢測(cè)中，環(huán)境的溫度應(yīng)當(dāng)有效控制在20土2℃的范圍之內(nèi)，相對(duì)濕度不得小于50%，再比如試體水池養(yǎng)護(hù)溫度一般應(yīng)控制在20土1℃的水平，要避免因?yàn)榄h(huán)境濕度溫度超出規(guī)定范疇而導(dǎo)致的檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。
2.2 加荷速度影響
正常條件下，開(kāi)展建筑材料力學(xué)性能檢測(cè)過(guò)程中，如果加荷速度偏快，那么試件變形要比加在上面的荷載要慢一拍，檢測(cè)出來(lái)的強(qiáng)度數(shù)據(jù)會(huì)比材料實(shí)際強(qiáng)度高一些。但是，在芯樣混凝土等試件抗壓強(qiáng)度測(cè)試中，加荷速度快慢對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響卻不同（見(jiàn)表1），主要原因是速率過(guò)大導(dǎo)致雙球座裝置未能及時(shí)調(diào)整到位，試件與上壓板有間隙，產(chǎn)生偏心受壓降低了強(qiáng)度。所以，測(cè)試中的加荷速度一定要嚴(yán)格按照規(guī)范程序操作，在規(guī)定范圍內(nèi)以低值為準(zhǔn)[2]。
表1 不同速率混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)比分析數(shù)據(jù)
序號(hào) 速率/（MPa/s） 芯樣抗壓強(qiáng)度/ MPa 不同速率差/%
一 0.3 27.4 11.8
0.5 24.5
二 0.45 31.4 5.4
0.55 29.8
三 0.5 37.4 5.4
0.8 35.5
2.3 試件尺寸與精度
開(kāi)展材料力學(xué)性能檢測(cè)時(shí)，測(cè)試件應(yīng)該為標(biāo)準(zhǔn)件，否則要進(jìn)行規(guī)范化處理。如混凝土抗壓強(qiáng)度試件以邊長(zhǎng)150mm的正方體為標(biāo)準(zhǔn)件，集料最大粒徑31.5mm。當(dāng)混凝土抗壓強(qiáng)度以非標(biāo)準(zhǔn)試模制作出非標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)候，集料粒徑要與下表2規(guī)定相符，抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)乘以尺寸換算系數(shù)，專門在報(bào)告中闡述。
表2抗壓強(qiáng)度尺寸換算系數(shù)參照表
開(kāi)展試件檢測(cè)前，要對(duì)試件的形狀與尺寸進(jìn)行檢查，平整度不好以及尺寸不規(guī)范，都能夠影響測(cè)試數(shù)據(jù)精確性。
2.4 關(guān)于誤差問(wèn)題
整個(gè)檢測(cè)過(guò)程應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守規(guī)范，但是受到操作習(xí)慣、設(shè)備差別以及環(huán)境、材料等方面差別，檢測(cè)結(jié)果能夠出現(xiàn)誤差。對(duì)誤差的檢測(cè)主要有三種途徑，第一種就是平行檢測(cè)誤差，將同一樣品分為幾個(gè)試樣，在相同機(jī)器上進(jìn)行檢測(cè)，之間的差異為平行檢測(cè)差異，主要考慮到材料勻質(zhì)性，允許誤差值很小。另一種就是同一組試件誤差，側(cè)重于兼顧到操作人員熟練性不同。如混凝上試件抗壓強(qiáng)度以及抗折強(qiáng)度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中, 以一組3個(gè)試件測(cè)值平均值作為測(cè)定值。如出現(xiàn)測(cè)值和中值偏差達(dá)到15%時(shí)，去中間值，三組試件中有兩組出現(xiàn)上述現(xiàn)象，表明該實(shí)驗(yàn)無(wú)效。還有一種誤差為同一批次材料、同一種樣品，在不同設(shè)備檢測(cè)中表現(xiàn)出來(lái)檢測(cè)結(jié)果誤差，稱為再現(xiàn)性誤差或?qū)Ρ刃哉`差。這一類性誤差較大，因?yàn)椴煌O(shè)備與操作人員以及不同的環(huán)境濕度溫度，都影響檢測(cè)結(jié)果。采取此檢測(cè)方式，一般將樣品平均分為兩份，一份交給專業(yè)質(zhì)檢機(jī)構(gòu)，另一份留在本單位，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，之間相差過(guò)大要分析原因并加以解決。這樣的檢測(cè)活動(dòng)，每年一般進(jìn)行1-2次，有助于提高本單位檢測(cè)技能[3]。
3數(shù)據(jù)處理問(wèn)題
3.1 數(shù)值修約
數(shù)據(jù)處理修約應(yīng)當(dāng)與材料標(biāo)準(zhǔn)要求的位數(shù)相吻合，還要與數(shù)值修約規(guī)則吻合，數(shù)值修約不正確容易造成結(jié)果誤判。檢測(cè)數(shù)值必須按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定開(kāi)展修約，計(jì)算過(guò)程中不得修約?！稊?shù)值修約規(guī)則》規(guī)定四舍六入五單雙。
3.2數(shù)據(jù)取舍
即使在同一組試件中進(jìn)行測(cè)定，檢測(cè)結(jié)果離散性經(jīng)常出現(xiàn)，為確保檢測(cè)數(shù)據(jù)科學(xué)準(zhǔn)確，對(duì)一些檢測(cè)結(jié)果可以進(jìn)行取舍，將明顯過(guò)大或過(guò)小的數(shù)據(jù)作為可疑數(shù)據(jù)。因此, 在開(kāi)展數(shù)據(jù)分析之前，可以運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行真?zhèn)涡员鎰e，科學(xué)取舍，常用的數(shù)據(jù)取舍方法有拉依達(dá)法、肖維納特法、格拉布斯法格拉布斯法燈。
4 檢測(cè)結(jié)論問(wèn)題
我們認(rèn)為探究性學(xué)習(xí)即是在教學(xué)過(guò)程中創(chuàng)設(shè)一種類似研究的情景和途徑，讓學(xué)生通過(guò)主動(dòng)的探索、發(fā)現(xiàn)和體驗(yàn)，學(xué)會(huì)分析和判斷，從而增進(jìn)思考力和創(chuàng)造力。
1．探究性教學(xué)把教學(xué)活動(dòng)的本質(zhì)看成是“學(xué)生的發(fā)展過(guò)程”，教師指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)世界只是為學(xué)生發(fā)展服務(wù)的，即是達(dá)到學(xué)生發(fā)展目的的手段與條件。因此，教學(xué)過(guò)程中教師不是盯著學(xué)生“知道了什么”，而始終著眼于學(xué)生“發(fā)展得怎么樣”。所以，在課堂中，我們認(rèn)為不是看教師講得什么樣，而是應(yīng)該看學(xué)生學(xué)得怎么樣。即（1）增加學(xué)生緊張的智力活動(dòng)時(shí)間。（2）盡可能提高學(xué)生緊張的智力活動(dòng)的品味，不斷提高學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)材料進(jìn)行智力加工的思維質(zhì)量，只有通過(guò)這兩方面的努力，才能真正體現(xiàn)一堂課的效益。這樣，才體現(xiàn)了“教育是培養(yǎng)人”的教育本質(zhì)。
2．探究性教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容的運(yùn)用上，教師既憑借教材又不局限于教材，教學(xué)過(guò)程中教師可根據(jù)學(xué)生發(fā)展的要求，隨時(shí)調(diào)整與更新教學(xué)內(nèi)容，最大限度地滿足學(xué)生求知與發(fā)展的需要。
3．探究性學(xué)習(xí)的教學(xué)方法以“啟發(fā)”式為方法論的指導(dǎo)思想，教學(xué)中教師特別注重指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)與探究，培養(yǎng)他們的探究創(chuàng)新能力，所以，探究性教學(xué)還須注重實(shí)踐鍛煉方法的運(yùn)用。
4．積極探索探究性學(xué)習(xí)的過(guò)程性評(píng)價(jià)體系。我們認(rèn)為探究性學(xué)習(xí)更關(guān)心學(xué)習(xí)的過(guò)程，學(xué)生是否掌握某個(gè)具體的知識(shí)當(dāng)然重要，但更關(guān)鍵的是能否對(duì)所學(xué)知識(shí)有所選擇。判斷。解釋、運(yùn)用，在教學(xué)中我們往往訓(xùn)練學(xué)生用“是什么”、“為什么”、“怎么辦’’來(lái)完成對(duì)一個(gè)問(wèn)題、一件事情的思維過(guò)程。這種教學(xué)中重視思維過(guò)程訓(xùn)練，淡化思維結(jié)果追求的做法，會(huì)逐漸使學(xué)生形成一種解決問(wèn)題的能力，一種不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力，一種可持續(xù)發(fā)展的能力。因此，探究性學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)趨向全程化。多元化和彈性化是勢(shì)在必行的了。5．探究性學(xué)習(xí)應(yīng)積極實(shí)施以有效發(fā)展為標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)控，認(rèn)真做到凡對(duì)學(xué)生發(fā)展產(chǎn)生積極作用的教學(xué)行為就強(qiáng)化和肯定，做到形式服從內(nèi)容的需要。例如：對(duì)課堂座位的排例不作整齊劃一的硬性規(guī)定。又如課堂中對(duì)某些內(nèi)容、某些實(shí)驗(yàn)操作學(xué)生特別感興趣，教師可作臨時(shí)調(diào)整，增加一至數(shù)倍時(shí)間，以滿足學(xué)生的好奇心與求知欲，以培養(yǎng)他們的探索精神。
二、指導(dǎo)學(xué)生合作學(xué)習(xí)
合作學(xué)習(xí)的形式與時(shí)機(jī)
1．教學(xué)中，無(wú)論是什么方式的合作學(xué)習(xí)，都必須以學(xué)生扎扎實(shí)實(shí)的獨(dú)立學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，合作學(xué)習(xí)不是以尖子生做小老師，中下學(xué)生做聽(tīng)眾的學(xué)習(xí)方式，而是每個(gè)學(xué)生積極參與，人人貢獻(xiàn)出思維成果，人人既是老師，又是學(xué)生。
2，教學(xué)中，合作學(xué)習(xí)可以是同桌議論，也可以是四人小組討論，還可以讓學(xué)生自由選擇合作對(duì)象，三四個(gè)、七八個(gè)都行，只要有利于合作學(xué)習(xí)，應(yīng)當(dāng)有多種選擇：內(nèi)容簡(jiǎn)單的題目，可以同桌合作；難度大的問(wèn)題，可以四人小組討論，學(xué)習(xí)的內(nèi)容不一樣，應(yīng)當(dāng)選擇相同學(xué)習(xí)內(nèi)容的伙伴合作。
3．合作學(xué)習(xí)在安排上必須遵循“寧少勿濫、寧短勿長(zhǎng)”的方針，做到可有可無(wú)的不安排，不適當(dāng)?shù)牟话才?，一般?lái)說(shuō)，合作學(xué)習(xí)的時(shí)間可短些，有半數(shù)小組結(jié)束討論時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)打停，轉(zhuǎn)入新的學(xué)習(xí)。
4．小組學(xué)習(xí)后，同伴討論得出的結(jié)果，用于集體，每個(gè)學(xué)生都有所有權(quán)，在全班學(xué)習(xí)匯報(bào)時(shí)，應(yīng)當(dāng)由小組推選一位同學(xué)匯報(bào)，其他同學(xué)來(lái)補(bǔ)充。在評(píng)價(jià)時(shí)，教師應(yīng)肯定的是這整個(gè)小組的學(xué)習(xí)成功，而不是哪一個(gè)尖子生。
合作學(xué)習(xí)的效果及評(píng)價(jià)
1．激活思維
小學(xué)生的思維受環(huán)境的影響，常常會(huì)碰撞出絢麗的思想火花，然而他們的思維又常常是稍縱即逝的?；锇橹g的合作學(xué)習(xí)，給學(xué)生提供了一個(gè)安全的、融洽的、自由的環(huán)境，為他們積極的思維活動(dòng)創(chuàng)造了條件。討論不同于交換物品，一個(gè)蘋果交換一個(gè)蘋果，合作學(xué)習(xí)交換的是思想，有效的小組討論，激活的是學(xué)生的思維，必定產(chǎn)生1＋1≥2的效果。
2．訓(xùn)練語(yǔ)言
課堂教學(xué)中，學(xué)生只憑耳朵聽(tīng)，一般只能吸引5—20％的的信息，傳統(tǒng)的教師和個(gè)別學(xué)生的一問(wèn)一答，即使尖子生的回答是100％正確，這一尖子生單位時(shí)間里得益是100％，但是其他學(xué)生語(yǔ)言訓(xùn)練卻難以得到提高，當(dāng)學(xué)生合作時(shí)，每個(gè)學(xué)生必須動(dòng)腦、動(dòng)口、動(dòng)手，每個(gè)學(xué)生都即是老師又是學(xué)生，還是聽(tīng)眾，耳、口、眼、腦并用，教學(xué)的單位時(shí)間效率大大提高，每個(gè)學(xué)生獨(dú)立地在課堂上表情達(dá)意的訓(xùn)練次數(shù)和時(shí)間也相應(yīng)增加了許多。
【關(guān)鍵詞】 碳纖維 復(fù)合材料低溫力學(xué)性能
1 碳纖維復(fù)合材料超低溫環(huán)境力學(xué)性能研究背景
如何降低空間飛行器在發(fā)射時(shí)的成本，使空間飛行器的發(fā)射效率提高，一直以來(lái)都是各國(guó)進(jìn)行研究的關(guān)鍵領(lǐng)域之一。20世紀(jì)90年代中期，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）開(kāi)始了對(duì)亞軌道可重復(fù)使用飛行器（RLV）的研發(fā)試驗(yàn)。
針對(duì)這一新形勢(shì)，我國(guó)在“十五”計(jì)劃初期，即開(kāi)展了可重復(fù)使用飛行器技術(shù)的跟蹤、探索和研究。為了避免在全球競(jìng)爭(zhēng)中出現(xiàn)裝備跨代落后的不利局面，而加大了對(duì)可重復(fù)使用飛行器的研發(fā)力度。
由液氫（-253℃）、液氧（-183℃）、液氮（-196℃）、液氦（-269℃）及其蒸發(fā)氣體共同組成了主要的超低溫流體介質(zhì)。其中，液態(tài)氫和液態(tài)氧是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)射過(guò)程中，一種具備比推力大的燃料，并且不產(chǎn)生污染物質(zhì)；液He是作為空間裝置、超導(dǎo)裝置中廣泛應(yīng)用的低溫密封介質(zhì)；液態(tài)氮具有惰性特質(zhì)、價(jià)格低廉并且介于液氫和液氧之間的熱力學(xué)特點(diǎn)，常應(yīng)用于低溫試驗(yàn)和作為預(yù)冷介質(zhì)[2]。
在以液態(tài)燃料作為飛行器動(dòng)力系統(tǒng)燃料供應(yīng)的設(shè)計(jì)中，液氧（LO2）燃貯箱及工作系統(tǒng)使用溫度為-183℃，液氫燃料貯箱及工作系統(tǒng)使用溫度為-253℃，液氫燃料貯箱及供給管系統(tǒng)和液氧燃貯箱及供給管系統(tǒng)工作于低溫環(huán)境。當(dāng)飛行器返回時(shí)，可重復(fù)使用運(yùn)載器貯箱及供給管要承受170℃的高溫考驗(yàn)，燃料貯箱工作溫度范圍很大，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮在此溫度范圍內(nèi)應(yīng)用復(fù)合材料貯箱的可靠性[3]。
上世紀(jì)80至90年代，研發(fā)復(fù)合材料液氫貯箱的課題在美國(guó)國(guó)家航天飛機(jī)（NASP）計(jì)劃以及DCX計(jì)劃都涉及，并取得了一些成就。X-33計(jì)劃則直接計(jì)劃使用復(fù)合材料液氫貯箱，但由于在實(shí)驗(yàn)中，熱應(yīng)力引起微裂紋導(dǎo)致液氫滲漏以及其他技術(shù)方面問(wèn)題，最終決定用鋁制貯箱將出問(wèn)題的復(fù)合材料貯箱代替下來(lái)。相比其國(guó)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)飛行器貯箱材料方面的嘗試，國(guó)內(nèi)對(duì)超低溫用樹(shù)脂基增強(qiáng)復(fù)合材料的研究還處于起步階段，出于保險(xiǎn)考慮，貯箱一直采用金屬材料，在超低溫復(fù)合材料方面技術(shù)性的突破成為國(guó)內(nèi)研究的重點(diǎn)課題。
2 國(guó)內(nèi)外對(duì)碳纖維復(fù)合材料超低溫力學(xué)性能的研究現(xiàn)狀
目前，在工程中有著非常廣泛應(yīng)用的樹(shù)脂基復(fù)合材料主要包括：連續(xù)纖維增強(qiáng)環(huán)氧、雙馬和聚酰亞胺復(fù)合材料。他們具有較高的比強(qiáng)度和比模量，能夠有效的抗疲勞、耐腐蝕，并且可設(shè)計(jì)性較強(qiáng)，便于大面積整體成型，并且，他們還具有特殊電磁性能等特點(diǎn)。先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料已經(jīng)成為繼鋁合金、鈦合金和鋼之后的最重要航空結(jié)構(gòu)材料之一。
先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料在飛行器材料應(yīng)用上表現(xiàn)出色，目前已經(jīng)在部分機(jī)型上實(shí)現(xiàn)減重效益，這是使用其它材料所不能比擬的。因此，先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料的用量比例已經(jīng)成為航空結(jié)構(gòu)先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一。
2.1 超低溫復(fù)合材料用基體
據(jù)了解，應(yīng)用在超低溫環(huán)境下的樹(shù)脂基體主要有：
（1）熱固性樹(shù)脂包括：環(huán)氧樹(shù)脂，氰酸酯樹(shù)脂，聚酰亞胺等；
（2）熱塑性樹(shù)脂包括：聚醚酰亞胺，聚醚醚酮，聚四氟乙烯，聚醚砜，聚苯硫醚，聚砜，液晶聚合物等。
配方的設(shè)計(jì)對(duì)于樹(shù)脂基體制備非常重要。對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂材料，經(jīng)常會(huì)碰到脆性過(guò)高、容易開(kāi)裂的問(wèn)題。解決這一問(wèn)題行之有效的方法是使環(huán)氧樹(shù)脂柔性化，或是使整個(gè)配方體系柔性化。而這也是我們?cè)谠撛囼?yàn)中在選取材料方面提前做好的準(zhǔn)備。經(jīng)過(guò)柔化的環(huán)氧樹(shù)脂脆性降低，不易開(kāi)裂，在工程應(yīng)用中表現(xiàn)更加出色。
可重復(fù)加工的特點(diǎn)是高性能熱塑性樹(shù)脂具備的特點(diǎn)之一，在低溫復(fù)合材料中的具有很大的潛在應(yīng)用價(jià)值。比如說(shuō)，碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料力學(xué)性能，雖然在超低溫破壞強(qiáng)度方面表現(xiàn)良好，但由于成型困難以及巨大的加工成本，限制了熱塑性基體在低溫領(lǐng)域下的應(yīng)用。
在本次試驗(yàn)中所應(yīng)用到的便是改性后的環(huán)氧樹(shù)脂，改性后使其在常溫和低溫下均具備穩(wěn)定的力學(xué)性能。
2.2 超低溫復(fù)合材料用增強(qiáng)材料
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是由增強(qiáng)纖維，如玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維等材料與基體經(jīng)過(guò)模壓、纏繞或拉擠等工藝而形成的復(fù)合材料。
在一些低溫工程中，由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有如下特點(diǎn)：
（1）比模量大，比強(qiáng)度高；（2）材料具有可設(shè)計(jì)性；（3）抗腐蝕性和耐久性能良好；（4）熱膨脹系數(shù)與混凝土材料形似。根據(jù)他們特性及制備加工工藝方面的綜合考慮，應(yīng)用最廣泛的增強(qiáng)纖維是碳纖維和玻璃纖維。
對(duì)于玻璃纖維，研究表明，低溫下纖維的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量均有不同程度的增加，玻璃纖維Weibull分布尺度參數(shù)有很大的提升。玻璃纖維，E-glass從室溫到4K，它的楊氏模量提高15%，S-g lass從295K到4K其楊氏模量提高10%。
碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，由于它在航空航天軍事等領(lǐng)域應(yīng)用較多，因而也成為科研工作者研究的熱點(diǎn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將模高強(qiáng)碳纖維作為超低溫復(fù)合材料的增強(qiáng)材料，強(qiáng)度和模量與室溫時(shí)相比變化很小，是比較理想的超低溫增強(qiáng)材料。
2.3 樹(shù)脂基復(fù)合材料制造工藝
依據(jù)不同類型的復(fù)合材料、不同形狀的構(gòu)件以及對(duì)構(gòu)件質(zhì)量和性能的不同要求，先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料可采用不同的成型工藝。目前航空航天領(lǐng)域先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料主要成型工藝包括：熱壓罐成型工藝、RTM成形工藝、纏繞成型工藝、拉擠成型工藝、熱壓成型工藝、自動(dòng)鋪放工藝等。
通過(guò)對(duì)上世紀(jì)六十年代至九十年代不同組織及個(gè)人對(duì)各類常用纖維復(fù)合材料常、低溫力學(xué)性能測(cè)試的結(jié)果做出總結(jié)與比較。R.P.Reed、M.Golda、J.B.Schutz等人發(fā)現(xiàn)：低溫狀態(tài)下，芳族聚酰胺纖維復(fù)合材料的低溫拉伸強(qiáng)度與常溫時(shí)比較變化較小，而其他各類纖維復(fù)合材料的低溫拉伸強(qiáng)度均比常溫狀態(tài)時(shí)有所提高。
參考文獻(xiàn)：
[1]王嶸，郝春功，楊嬌萍，張雄軍，付紹云，王繼輝.超低溫復(fù)合材料的研究進(jìn)展.化工新型材料，2007.
關(guān)鍵詞：FRP 力學(xué)性能 研究進(jìn)展
如何提高鋼筋混凝十結(jié)構(gòu)的耐久性、增強(qiáng)使用壽命是土木工程中迫在眉睫的問(wèn)題。鑒于上述方面的需要，由于纖維增強(qiáng)聚合物(FRP)具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，日本、美國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家很早就開(kāi)始對(duì)其研究，探索其替代預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼筋(鋼絞線)的可行性?，F(xiàn)在FRP材料在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用受到越來(lái)越多的國(guó)家學(xué)者的關(guān)注，已成為國(guó)際混凝土領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。
1、FRP的組成
根據(jù)FRP纖維種類的不同，F(xiàn)RP可分為碳纖維CFRP、玻璃纖維GFRP、芳綸纖維AFRP以及近來(lái)國(guó)外新開(kāi)發(fā)的PBO-FRP復(fù)合材料和DFRP等復(fù)合材料，還有國(guó)內(nèi)最近投入生產(chǎn)的連續(xù)玄武巖纖維CBF等。
FRP筋是以纖維為增強(qiáng)材料，以合成樹(shù)脂為基本結(jié)合材料，并摻入適量的輔
助劑，采用擠拉成型技術(shù)形成的一種新型復(fù)合材料。FRP復(fù)合材料的物理力學(xué)特性與纖維種類、纖維含量、粘結(jié)基體、表面處理以及成型工藝等因素有關(guān)，不同成分的FRP筋性能差別很大。
2、FRP筋的特點(diǎn)及力學(xué)性能
FRP復(fù)合材料具有抗拉強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、不銹蝕、熱膨脹系數(shù)低、無(wú)磁性以及抗疲勞性能好等特性。如CFRP的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到3000MPa以上，比強(qiáng)度高(比鋼材高lO～15倍)；CFRP和AFRP的抗疲勞性能較好，大大優(yōu)于鋼材，其疲勞極限可達(dá)靜荷載強(qiáng)度的70％～80％，但GFRP的疲勞性能低于鋼材。
與鋼筋不同，F(xiàn)RP筋是各向異性材料，F(xiàn)RP筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈線性關(guān)系，
與鋼材應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系比較如圖1所示。FRP在達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度之前無(wú)塑形，且FRP筋的極限應(yīng)變比鋼筋小。
FRP材料與普通鋼材的性能比較見(jiàn)表1。新型FRP產(chǎn)品PBO-FRP除具有與高強(qiáng)CFRP有相近的力學(xué)性能外，還表現(xiàn)出更好的物理性能，如良好的柔韌性等；DFRP沖也具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能，抗拉極限應(yīng)變可達(dá)3.5％，延性良好[1]。
三種材料雖然同屬于復(fù)合材料有很多共性，但在具體量值上也存在著很多差異：
(1)在抗拉強(qiáng)度方面，CFRP筋最高，達(dá)到甚至超過(guò)高強(qiáng)鋼筋；AFRP筋居中，與高強(qiáng)鋼筋強(qiáng)度相近；GFRP筋強(qiáng)度最低，總體上略低于高強(qiáng)鋼筋。
(2)在彈性模量上，由高到低分別為CFRP、AFRP、GFRP，各自彈性模量大致相當(dāng)于高強(qiáng)鋼筋彈性模量的75％、40％、20％。
(3)與高強(qiáng)鋼筋相比，F(xiàn)RP筋還存在徐變斷裂問(wèn)題。GFRP筋最容易發(fā)生徐變斷裂，CFRP筋不易斷裂，AFRP筋介于其間。
(4)FRP筋的溫度膨脹系數(shù)與混凝土有些差異，GFRP筋與混凝土相差不大，設(shè)計(jì)計(jì)算中可以忽略不計(jì)，而CFRP筋和AFRP筋與混凝土差別較大，計(jì)算中要予以考慮。
3、FRP材料在土木工程中的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀
美國(guó)是首先研發(fā)FRP材料的國(guó)家。但由于GFRP用于混凝土中效果并不理想而一度中斷。而后，隨著FRP筋在日本的成功運(yùn)用，得到世界各國(guó)的普遍重視，紛紛加入到FRP筋應(yīng)用的研究領(lǐng)域，并相繼取得了一些可喜的成果。在最近5年內(nèi)，美國(guó)己建成近百座FRP橋梁。
近幾年來(lái)，F(xiàn)RP筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相繼取得成功，極大地調(diào)動(dòng)了我國(guó)技術(shù)人員的研究熱情，多家科研單位和高校紛紛開(kāi)展了對(duì)FRP筋的研究。我國(guó)在FRP筋應(yīng)用方面尚未頒布相關(guān)的指導(dǎo)意見(jiàn)和規(guī)范，采用FRP筋建成的混凝土結(jié)構(gòu)還很少。近期，國(guó)內(nèi)第一座CFRP斜拉橋和CFRP體外預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支粱橋?qū)⒎謩e于江蘇鎮(zhèn)江和淮安建成，兩座橋梁均由東南大學(xué)設(shè)計(jì)完成。
4、結(jié)語(yǔ)
在借鑒國(guó)外研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際工程的使用特點(diǎn)，F(xiàn)RP材料的應(yīng)用研究將步人一個(gè)嶄新的階段，其使用面也將得到全面的擴(kuò)大。通過(guò)相關(guān)規(guī)范與規(guī)程的制定，以及纖維復(fù)合材料國(guó)產(chǎn)化的加速，F(xiàn)RP在改善結(jié)構(gòu)體系，加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)方面將比以往傳統(tǒng)的技術(shù)更加優(yōu)越，更有效率，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
參考文獻(xiàn):
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伸強(qiáng)度。通過(guò)方差分析，得到了稻殼添加 量、硅烷添加量以及玻璃纖 維添加量對(duì)稻 殼/聚乙烯復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，稻殼添加量對(duì)力學(xué)性能有顯著性影響；硅烷添加量對(duì)沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度有顯著性影響；玻璃纖維添加量只對(duì)彎曲 強(qiáng)度有顯著性影響。
引言：
長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)稻殼的綜合利用技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，探索了許多有效的利用途徑。近年來(lái)發(fā)展的利用稻殼與塑料擠壓成型制造木材替代材料（木塑材料）是比較好的又一個(gè)途徑。木塑復(fù)合材料具有比 單獨(dú)的木質(zhì) 材料或塑料產(chǎn)品更優(yōu)異的性能，與木質(zhì)材料相比，具有干濕狀強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好、材質(zhì)均勻、耐水性能好、強(qiáng)重比高等優(yōu)點(diǎn)，且易制成各種形狀的制品；與塑料、金屬等材料相比，具有熱穩(wěn)定性好、低毒、不容易銹蝕、成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前，利用稻殼制造復(fù)合材料已成為木塑復(fù)合材料行業(yè)的熱點(diǎn)。本文初步探討了用稻殼和聚乙烯為主要原料，應(yīng)用植物 纖維改性以及改善界面相容性等技 術(shù)手段，將稻殼、塑料與助劑一起熔融、混煉再加工成型制成復(fù)合材料，并通過(guò)方差分析得出配料中各組分對(duì)復(fù)合材料力學(xué) 性能的影響是否顯著。
1、試驗(yàn)部分
1.1原料
稻殼粉： 20 ～80 目，自制。高密度聚乙烯（HDPE）：DMDY 1158，齊魯石化。偶聯(lián)劑：硅烷，工業(yè)級(jí)，市售。加強(qiáng)劑：玻璃纖維，市售。其它：硬脂酸鈣、石蠟等，工業(yè)級(jí)，市售。
1.2儀器設(shè)備
設(shè)備名稱 型號(hào) 備注
錐形雙螺桿擠出機(jī) SJS Z45/ 90B
高速混合機(jī) 自制
組合式高速粉碎機(jī) SF-25 0 上海中藥機(jī)械廠
電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 DHG -962 3A 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備公司
萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī) WDW102 0 長(zhǎng)春科新公司
沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī) XJJ-5承德試驗(yàn)機(jī)有限公司
萬(wàn)能制樣機(jī) ZHY-W承德試驗(yàn)機(jī)有限公司
1.3試驗(yàn)方法
1.3.1配方設(shè)計(jì)
根據(jù)塑料和植物纖維的特點(diǎn)以及木塑復(fù)合材料的使用要求及其成型加工工藝要求，設(shè)計(jì)配方時(shí)主要考 慮：
1) 加入適量的植物纖維，提高復(fù)合材料的剛度，并使之有木質(zhì)感；
2) 加入適量的加強(qiáng)劑，提高復(fù)合材料的強(qiáng)度；
3) 加入適量的偶聯(lián)劑，提高植物纖維和基體塑料之間的界面結(jié)合力；
4) 加入適量的穩(wěn)定劑和抗氧化劑，減緩塑料和植物纖維在加工過(guò)程中的降解和燒焦 ；
5) 加入適量的劑，提高體系的分散性和物料的流動(dòng)性；
6) 其它的實(shí)用配方中各組份的具體品種和用量根據(jù)復(fù)合材料的使用要求以及生產(chǎn)工藝決定，同
時(shí)要考慮生產(chǎn)成本 。
1.3.2試驗(yàn)方案
試驗(yàn)選用三因素三水平完全試驗(yàn)：三因素是稻殼、玻璃纖維和硅烷偶聯(lián)劑，水平是三水平。試驗(yàn)指標(biāo)是沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度。
1.3.3工藝過(guò)程
1) 植物纖維的預(yù)處理。
為了增加植物纖維與塑料結(jié)合的表面積，提高成品的力學(xué)性能，必須對(duì)稻殼等纖維進(jìn)行分選去雜、粉碎烘干、改性等預(yù)處理。用組合式高速粉碎機(jī)把稻殼粉碎，粒度一般要求在20～80 目之間[6 ，7]，要求無(wú)霉變、無(wú)結(jié)塊、無(wú)雜物。稻殼粉的吸水性很強(qiáng)，在試驗(yàn)前必須經(jīng)過(guò)干燥處理，以排除水分和低分子揮發(fā)物 。
2) 混合。
混合過(guò)程僅增加各組分微小粒子空間分布的無(wú)規(guī)則程度，而不減少粒子本身尺寸。在混煉前用混 合的方法使得原輔材料先有一定均 勻性，以縮短混煉時(shí)間。由于原料不均勻，混煉除需較長(zhǎng)時(shí)間外，聚合物也易 降解，從而影響制品質(zhì)量。因此，在混煉前將物料預(yù)先混合就顯得很重要。配方的組份很多，加料順序是嚴(yán)格的。所選擇的加料順序應(yīng)有利于助劑作用的發(fā)揮，避免助劑的不良協(xié)同效應(yīng)，還要提高分散速度。
3) 混煉。
將混料進(jìn)行熱熔、混煉，使材料預(yù)塑化，排除揮發(fā)物，以便在擠出型材時(shí)，能夠完全塑化。
4) 擠出成型。
在擠出成型的過(guò)程中，擠出溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、擠出壓力、冷卻定型、牽引速度和加料速度等參數(shù)直接影響到制品的性能。溫度是木塑復(fù)合材料擠出成型的一個(gè)重要的工藝條件，是影響塑化及材料質(zhì)量的主要因素。各段的溫度盡可能穩(wěn)定，尤其是機(jī)頭的溫度控制必須保證在合適的范圍內(nèi)：高出合適的范圍，擠出樣品炭化，強(qiáng)度降低；低于合適的范圍，出料不均勻，有塑料顆粒沒(méi)有熔融。擠出過(guò)程中設(shè)定的溫度。
1.4測(cè)試方法
1) 沖擊強(qiáng)度：試樣選用 I 類，缺口選用 A 型，
按照標(biāo)準(zhǔn) GB/T1043-93 硬質(zhì)塑料簡(jiǎn)支梁沖擊試驗(yàn)方法在室溫下進(jìn)行測(cè)試。數(shù)據(jù)取兩位有效數(shù)字，以10個(gè)有效數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值表示試驗(yàn)結(jié)果 。
2) 彎曲強(qiáng)度：按照 GB/T9341-2000 塑料彎曲性能試驗(yàn) 方法在室溫下進(jìn)行 測(cè)試， 加載速度為2mm/min，彎曲到試樣厚度的 1.5 倍時(shí)得到材料的彎曲強(qiáng)度。數(shù)據(jù)取兩位有效數(shù)字，以 5 個(gè)有效數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值表示試驗(yàn)結(jié)果。
3) 拉伸強(qiáng)度：試樣選用 I 類，加載速度為2mm/min，按照GB/T1040-92 塑料拉伸性能試驗(yàn)方法在室溫下進(jìn)行測(cè)試。數(shù)據(jù)取兩位有效數(shù)字，以 5 個(gè)有效數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值表示試驗(yàn)結(jié)果。
2、結(jié)果與分析
2.1測(cè)試結(jié)果
2.2試驗(yàn)結(jié)果分析
把實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，討論試驗(yàn)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響是否顯著，分重復(fù)試驗(yàn)和非重復(fù)試驗(yàn)兩種情形。本試驗(yàn)在分析稻殼添加量、玻璃纖維添加量以及硅烷添加量三因素對(duì)沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度 3 個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)的影響時(shí)，進(jìn)行的是非重復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)重點(diǎn)是研究該試驗(yàn)的三元方差分析，不考慮各 因素的交 互作用。分別取顯 著性水 平α=5%，1%，0.5%，查表得到 05.0F （2，20）=3.49，01.0F （2，20）=5.85， 005.0F （2，20）=6.99。 2.2.1沖擊強(qiáng)度方差分析根據(jù)表4 的數(shù)據(jù)，得到?jīng)_擊強(qiáng)度方差分析表（如表5 所示）。比較知 1xF ＞ 005.0F （2，20）， 2xF ＜ 05.0F（2，20）， 01.0F （2，20）＞ 3xF ＞ 005.0F （2，20）。故可以得出結(jié)論：稻殼添加量對(duì)復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度有顯著性影響玻璃纖維添加量對(duì)復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度沒(méi)有顯著性影響，而硅烷添加量對(duì)沖擊強(qiáng)度有比較明顯的影響，但其影響小于稻殼 添加量。
2.2.2 彎曲強(qiáng)度方差分析
根據(jù)實(shí)驗(yàn)，得到彎曲強(qiáng)度方差分析表。比較知 1xF ＞ 005.0F （2，20）， 2xF ＞F0.05（2，20）， 3xF ＞005.0F （2，20）。故可以得出結(jié)論：稻殼添加量和硅烷添加量對(duì)復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度有顯著性影響，而玻璃纖維添加量對(duì)復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度有明顯的影響，但影響低于稻殼和硅烷。
2.2.3拉伸強(qiáng)度方差分析
根據(jù)實(shí)驗(yàn)，得到 拉伸強(qiáng)度方差分析表。比較知 1XF ＞ 005.0F （2，20）， 2XF ＞F0.05（2，20）， 3XF ＞005.0F （2，20）。故可以得出結(jié)論：稻殼添加量對(duì)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度有顯著性影響，而玻璃纖維添加量及硅烷添加量對(duì)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度沒(méi)有顯著性影響。
3、結(jié)論 ：
通過(guò)方差分析可以得出：稻殼添加量對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能有顯著性影響，玻璃纖維添加量只對(duì)復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度有顯著性影響，硅烷添加量對(duì)復(fù)合材料的沖擊和 彎曲有顯著性影響。
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