聚合物矿物复合材料的骨料膨胀法建模及性能模拟
发布时间：2021-03-04 14:52
聚合物矿物复合材料是以花岗岩为骨料,由经过改性后的环氧树脂作为胶结料,并添加适量的石英砂等填料,通过固化后而形成的多相复合材料。聚合物矿物复合材料由于具有良好的力学性能、抗阻尼性、阻热性能及耐腐蚀性能等优点,被广泛地用于机床床身制造业。随着计算机技术和计算材料学的快速发展,越来越多的研究者通过有限元仿真技术对聚合物矿物复合材料的物理性能进行研究,以期降低材料研发的周期和成本。聚合物矿物复合材料细观数值模型可以看作是由骨料、树脂基体和两者间的界面过渡层而形成的一种多相复合材料。利用计算机建模技术建立接近于真实材料结构的数值模型,能够研究不同组分性能对聚合物矿物复合材料物理性能的影响规律,从而为聚合物矿物复合材料的性能及结构设计与优化提供一定的参考。本文针对目前已有的聚合物矿物复合材料建模方法所存在的弊端,例如建模效率低、模型含骨料体积率低等问题,采用一种将缩小骨料膨胀变大的方法实现了聚合物矿物复合材料高致密度模型的建模。利用骨料膨胀方法能够高效地生成高体积率模型,使得建立的细观模型更加接近于真实的材料结构,保证了模拟计算过程的准确度。本课题分析了 5种不同骨料级配模型的力学性能、热膨胀率...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１微观形貌观察实验器材（ａ）扫描电镜（ｂ）实验试样??Ｆｉｇ．?２．１?Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ｆｏｒ?ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｉｃｒｏｃｏｓｍｉｃ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ??
结构与基体就越相似，空洞相对较少。据相??关研究发现，界面过渡区的性能会较大程度影响聚合物矿物复合材料的力学强??度。因此，如果能够在固化加工的过程中优化工艺技术，将有利于提升界面过渡??区的致密结构，保证复合材料具有优良的性能。??」?－??（ａ）?（ｂ）??＿．．．?＾?—??．（够．？’?二ｃ．?＾??：＿、：：＾丨＇?．秦ｊ?／??ＱＱ２ｊｊ＾＾５Ｑ０Ｅ２ＥＳ￥Ｓ３ｌｌｌｌｌｌｉｌｌｌＨｌｌｌｌｌｌｌｌｌｉ８ＩＨ８Ｅ８ｌ８８８ＢＥＳ１３??（Ｃ）?（ｄ）??图２．２聚合物矿物复合材料微观形貌图（ａ）?１００倍（ｂ）?４０００倍（ｃ）?６０００倍（ｄ）?９０００倍??Ｆｉｇ．?２．２?Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍｉｎｅｒａｌ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?（ａ）?ｌＯＯｘ?（ｂ）?４０００ｘ?（ｃ）?６０００ｘ?（ｄ）?９０００ｘ??２．２．２能量色散ｘ射线分析??采用ＥＤＡＸ?（Ｅｎｅｒｇｙ?ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ?ｘ－ｒａｙ）技术分别检测了骨料、基体和界面过??渡区各区域中所含的元素。如图２．３所示，ＥＤＡＸ分析结果表明，界面过渡区与??骨料、基体之间所含元素存在明显差异，能够进一步验证了界面过渡区的存在。??由于界面过渡区的结构和性能比较复杂，目前尚未出现相应的研宄测试方法和实??验仪器，所以对于它的研宄还未形成统一的结论，仅仅只能进行观测和元素的定??性分析。??本研究使用的骨料为“济南青”花岗石，其具有优异的力学性能，骨料主要??１１??
骨料与基体之间的区域，相比于基体和骨料，该区域结构致密度不高，存在较多??的孔隙，而且界面过渡区所含的主要元素种类相对骨料和基体较多。若使用环氧??树脂作为胶结料时，当环氧树脂和其他各组分间的配合比为：环氧树脂１?（Ｅ５１）：??环氧树脂２?（Ｅ４４）：增韧剂（ＤＢＰ）：固化剂（Ｔ３１?）?＝７０：３０：１４：２５情况下，能够??获得综合性能最优的聚合物矿物复合材料。??界面过渡区与基体和骨料有不同的组分和结构特征，其对聚合物矿物复合材??料的物理性能有一定的影响。为了建立更接近真实聚合物矿物复合材料的细观尺??度模型，应该综合考虑骨料、基体、界面过渡区和孔隙对聚合物矿物复合材料性??能的影响。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]界面过渡区力学特性对水工混凝土断裂性能的影响[J]. 金永苗,徐磊,陈在铁,周昌巧,王绍洲. 三峡大学学报(自然科学版). 2019(03)
[2]过渡区界面对混凝土劈裂性能影响的试验与数值模拟[J]. 刘建南,张昌锁. 科学技术与工程. 2018(18)
[3]基于ANSYS Workbench的人造花岗岩复合材料磨床床身瞬态热应力分析[J]. 乔雪涛,许华威,于贺春,陈春山,吴隆,曹衍龙. 中原工学院学报. 2018(03)
[4]花岗岩动态断裂能各向异性试验研究[J]. 徐颖,ZHANG Junchen,姚伟,夏开文. 岩石力学与工程学报. 2018(S1)
[5]混凝土三维多面体骨料细观数值模型研究[J]. 董自强,李朝红,黄茂培,杨松浩,陈泽林. 山西建筑. 2016(29)
[6]一种生成椭球形骨料的混凝土细观模型方法[J]. 武亮,王菁,糜凯华,何修伟,武世倩. 混凝土. 2014(11)
[7]基于CT技术的混凝土细观三维重建研究[J]. 王旭东,田威,王昕. 水利与建筑工程学报. 2014(03)
[8]基于分形级配的树脂矿物复合材料骨料尺寸效应研究[J]. 王涛,张建华,郝世美,任秀华,何旭峰. 南京理工大学学报. 2013(04)
[9]全级配混凝土随机骨料二维模型生成的块体切割方法[J]. 严兆,汪卫明. 武汉大学学报(工学版). 2013(04)
[10]全级配混凝土三维细观模型的建模方法研究[J]. 方秦,张锦华,还毅,张亚栋. 工程力学. 2013(01)
博士论文
[1]聚合物矿物复合材料的结构建模及性能模拟[D]. 生培瑶.山东大学 2019
[2]机床用钼纤维增强人造花岗石复合材料力学性能研究[D]. 任秀华.山东大学 2015
硕士论文
[1]基于随机骨料的混凝土细观力学模型研究[D]. 吕钊.武汉科技大学 2019
[2]基于细观结构的沥青混凝土宏细观参数相关性研究[D]. 朱俊骅.合肥工业大学 2016
[3]基于热稳定性的树脂混凝土材料结构设计和性能研究[D]. 赵琨.天津大学 2013
本文编号：3063417
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１微观形貌观察实验器材（ａ）扫描电镜（ｂ）实验试样??Ｆｉｇ．?２．１?Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ｆｏｒ?ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｉｃｒｏｃｏｓｍｉｃ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ??
结构与基体就越相似，空洞相对较少。据相??关研究发现，界面过渡区的性能会较大程度影响聚合物矿物复合材料的力学强??度。因此，如果能够在固化加工的过程中优化工艺技术，将有利于提升界面过渡??区的致密结构，保证复合材料具有优良的性能。??」?－??（ａ）?（ｂ）??＿．．．?＾?—??．（够．？’?二ｃ．?＾??：＿、：：＾丨＇?．秦ｊ?／??ＱＱ２ｊｊ＾＾５Ｑ０Ｅ２ＥＳ￥Ｓ３ｌｌｌｌｌｌｉｌｌｌＨｌｌｌｌｌｌｌｌｌｉ８ＩＨ８Ｅ８ｌ８８８ＢＥＳ１３??（Ｃ）?（ｄ）??图２．２聚合物矿物复合材料微观形貌图（ａ）?１００倍（ｂ）?４０００倍（ｃ）?６０００倍（ｄ）?９０００倍??Ｆｉｇ．?２．２?Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍｉｎｅｒａｌ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?（ａ）?ｌＯＯｘ?（ｂ）?４０００ｘ?（ｃ）?６０００ｘ?（ｄ）?９０００ｘ??２．２．２能量色散ｘ射线分析??采用ＥＤＡＸ?（Ｅｎｅｒｇｙ?ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ?ｘ－ｒａｙ）技术分别检测了骨料、基体和界面过??渡区各区域中所含的元素。如图２．３所示，ＥＤＡＸ分析结果表明，界面过渡区与??骨料、基体之间所含元素存在明显差异，能够进一步验证了界面过渡区的存在。??由于界面过渡区的结构和性能比较复杂，目前尚未出现相应的研宄测试方法和实??验仪器，所以对于它的研宄还未形成统一的结论，仅仅只能进行观测和元素的定??性分析。??本研究使用的骨料为“济南青”花岗石，其具有优异的力学性能，骨料主要??１１??
骨料与基体之间的区域，相比于基体和骨料，该区域结构致密度不高，存在较多??的孔隙，而且界面过渡区所含的主要元素种类相对骨料和基体较多。若使用环氧??树脂作为胶结料时，当环氧树脂和其他各组分间的配合比为：环氧树脂１?（Ｅ５１）：??环氧树脂２?（Ｅ４４）：增韧剂（ＤＢＰ）：固化剂（Ｔ３１?）?＝７０：３０：１４：２５情况下，能够??获得综合性能最优的聚合物矿物复合材料。??界面过渡区与基体和骨料有不同的组分和结构特征，其对聚合物矿物复合材??料的物理性能有一定的影响。为了建立更接近真实聚合物矿物复合材料的细观尺??度模型，应该综合考虑骨料、基体、界面过渡区和孔隙对聚合物矿物复合材料性??能的影响。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]界面过渡区力学特性对水工混凝土断裂性能的影响[J]. 金永苗,徐磊,陈在铁,周昌巧,王绍洲. 三峡大学学报(自然科学版). 2019(03)
[2]过渡区界面对混凝土劈裂性能影响的试验与数值模拟[J]. 刘建南,张昌锁. 科学技术与工程. 2018(18)
[3]基于ANSYS Workbench的人造花岗岩复合材料磨床床身瞬态热应力分析[J]. 乔雪涛,许华威,于贺春,陈春山,吴隆,曹衍龙. 中原工学院学报. 2018(03)
[4]花岗岩动态断裂能各向异性试验研究[J]. 徐颖,ZHANG Junchen,姚伟,夏开文. 岩石力学与工程学报. 2018(S1)
[5]混凝土三维多面体骨料细观数值模型研究[J]. 董自强,李朝红,黄茂培,杨松浩,陈泽林. 山西建筑. 2016(29)
[6]一种生成椭球形骨料的混凝土细观模型方法[J]. 武亮,王菁,糜凯华,何修伟,武世倩. 混凝土. 2014(11)
[7]基于CT技术的混凝土细观三维重建研究[J]. 王旭东,田威,王昕. 水利与建筑工程学报. 2014(03)
[8]基于分形级配的树脂矿物复合材料骨料尺寸效应研究[J]. 王涛,张建华,郝世美,任秀华,何旭峰. 南京理工大学学报. 2013(04)
[9]全级配混凝土随机骨料二维模型生成的块体切割方法[J]. 严兆,汪卫明. 武汉大学学报(工学版). 2013(04)
[10]全级配混凝土三维细观模型的建模方法研究[J]. 方秦,张锦华,还毅,张亚栋. 工程力学. 2013(01)
博士论文
[1]聚合物矿物复合材料的结构建模及性能模拟[D]. 生培瑶.山东大学 2019
[2]机床用钼纤维增强人造花岗石复合材料力学性能研究[D]. 任秀华.山东大学 2015
硕士论文
[1]基于随机骨料的混凝土细观力学模型研究[D]. 吕钊.武汉科技大学 2019
[2]基于细观结构的沥青混凝土宏细观参数相关性研究[D]. 朱俊骅.合肥工业大学 2016
[3]基于热稳定性的树脂混凝土材料结构设计和性能研究[D]. 赵琨.天津大学 2013
本文编号：3063417
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