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超长纤维缠绕模型程序驱动法建模技术

方舟 , 曹岩

玻璃钢/复合材料

在锥形芯轴上缠绕复合纤维是绕制复合纤维缠绕产品的主要方法.由于在绕制过程中绕丝的引线拉力和轴向运动控制不均匀以及内部热应力会引起产品的质量问题,因此需要对复合纤维缠绕产品进行仿真,模拟计算由于缠绕缺陷引起的外形尺寸变化和内部热应力分布的问题.针对复合纤维缠绕三维仿真,提出基于圆柱曲线方程和计算机三维图形变换的程序驱动法实现三维模型结构点坐标参数的快速计算,然后在虚拟二维环境中由结构点创建三维模型的中心线,结合特征建模操作创建复合纤维缠绕三维仿真模型.同时解决了缠绕纤维仿真时由于纤维跨越缠绕层和其他纤维时产生的构造点位置调整、三维曲线分段拼接和自动化装配的问题.实验结果表明,文中方法可以创建任意长度纤维缠绕时具有多个缠绕缺陷且单层轴向累计误差小于等于1.5倍纤维直径的复合缠绕缺陷模型.

关键词: 纤维缠绕体 , 模型仿真 , 程序驱动法 , 自动装配

超音速蒸汽浸没射流凝结换热的实验研究

武心壮 , 邵树峰 , 严俊杰 , 曹岩

工程热物理学报

针对入口压力为0.20～0.50 MPa的饱和蒸汽在20～70℃过冷水中超音速浸没射流凝结换热进行了实验研究.结果表明入口蒸汽压力和过冷水温度是影响汽羽形状的主要因素.分子动力学理论得到的凝结换热系数在0.16～1.91 MW/(m2·℃)之间,随着过冷水温度的增加而增加;湍流强度理论得到的凝结换热系数在0.68～1.68 MW/(m2·℃)之间,随着过冷水温度的增加基本不变;对流换热理论得到的凝结换热系数在1.47～2.11 MW/(m2·℃)之间,随着过冷水温度的增加先增大后减小.

关键词: 超音速 , 蒸汽射流 , 汽羽形状 , 凝结换热系数

超音速蒸汽浸没射流凝结汽羽形状的实验研究

曹岩 , 邵树峰 , 严俊杰 , 胡党辉

工程热物理学报

本文对入口压力为0.20～0.50 MPa的饱和蒸汽在20～70 ℃过冷水中超音速浸没射流凝结所形成的汽羽的形状进行了实验研究.实验结果表明:根据汽羽膨胀的次数,汽羽形状主要有渐缩形、膨胀-收缩形、双膨胀-收缩形、收缩-膨胀-再收缩形和发散形五种;汽羽的穿透长度随着蒸汽入口压力的增大和过冷水温度的上升而逐渐增大;对于设计压比分别为0.318和0.113的喷嘴,汽羽的无量纲穿透长度分别在3.45～12.62和2.40～9.81之间,明显小于相同条件下音速蒸汽浸没射流凝结所形成的汽羽无量纲穿透长度.同时,在理论推导的基础上给出了计算汽羽无量纲穿透长度的实验关联式,其预测值与实验值误差小于18%.

关键词: 超音速 , 蒸汽射流 , 汽羽形状 , 无量纲穿透长度

超音速蒸汽浸没射流与凝结换热的实验研究

邵树峰 , 严俊杰 , 曹岩 , 刘继平

工程热物理学报

本文对压力为0.20～0.40 MPa的蒸汽在27℃环境水中超音速浸没射流与凝结换热进行了实验研究.实验与分析结果表明:流场分为汽羽、汽液界面、汽液两相混合区和环境水四个区域;随着蒸汽入口压力的增大,依次出现圆锥-椭圆双层汽羽、圆锥形汽羽和椭圆形汽羽;当蒸汽入口压力从0.20 MPa增大到0.40 MPa时,汽羽的无量纲穿透长度从2.20近似线性增大到4.20,射流平均凝结换热系数随着蒸汽入口压力的增大缓慢减小,其数值在0.67～0.80 MW/(m2·℃)之间变化.

关键词: 超音速 , 蒸汽射流 , 凝结 , 浸没

硝酸稀土的急性毒性研究

纪云晶 , 曹岩

中国稀土学报

关键词:

模压成型的杨木纤维/高密度聚乙烯复合材料蠕变性能和蠕变模型

曹岩 , 徐海龙 , 王伟宏 , 王清文

复合材料学报 doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160107.004

采用长为850~2000μm的杨木纤维(PWF)增强高密度聚乙烯(HDPE),利用模压成型法制备了PWF/HDPE复合材料,对其进行了弯曲力学性能测试、无缺口简支梁冲击强度测试、24 h弯曲蠕变-24 h回复性能测试、1000 h蠕变性能测试及蠕变后残余弯曲力学性能测试,并利用两参数指数模型、Findley指数模型及四元件 Bur-gers模型拟合蠕变曲线。结果表明：PWF/HDPE复合材料的弯曲强度为21.14 MPa,弹性模量为2.31 GPa,无缺口冲击强度为6.77 kJ/m2；24 h形变为0.803 mm,24 h回复率为78.46%,蠕变后弯曲强度下降了6.45%,而弹性模量增加了8.95%；1000 h形变为0.809 mm,蠕变后弯曲强度保留了72.35%,弹性模量增加了10.67%；3种模型中,四元件Burgers模型拟合PWF/HDPE复合材料蠕变性能的效果较好。

关键词: 复合材料 , 弯曲强度 , 弹性模量 , 蠕变-回复 , 蠕变模型

杨木纤维尺寸对热压成型杨木纤维/高密度聚乙烯复合材料力学和蠕变性能的影响

徐海龙 , 曹岩 , 王伟宏 , 王清文 , 王海刚

复合材料学报 doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160107.003

采用热压成型法制备了4种不同尺寸,即125~180μm、180~425μm、425~850μm和850~2000μm的杨木纤维(PWF)/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料,并对PWF/HDPE复合材料进行了弯曲性能测试、冲击性能测试、动态热力学分析(DMA)、24 h蠕变-24 h回复测试和1000 h 长期蠕变测试。结果表明：PWF的尺寸过大或者过小均不利于提高 PWF/HDPE 复合材料的弯曲性能,增强效果最好的是425~850μm PWF/HDPE 复合材料,其弯曲强度达到26.71 MPa,弹性模量达到2.73 GPa；PWF长度从180μm增加到2000μm,PWF/HDPE复合材料的抗冲击性能变化不大；125~180μm PWF/HDPE复合材料的抗冲击性能较差；短 PWF/HDPE复合材料的抗蠕变性能较差,不适合在长期负载的条件下工作,而850~2000μm的长 PWF/HDPE复合材料的抗长期蠕变性能最好,且回复率最高,为78.46%；1000 h 形变仅为0.809 mm,对比其他尺寸的 PWF/HDPE 复合材料1000 h 形变的平均值降低了48.00%。

关键词: 复合材料 , 热压 , 纤维尺寸 , 力学性能 , 蠕变

镀锌钢在红沿河大气环境中的腐蚀行为

刘雨薇 , 曹公望 , 王振尧 , 曹岩 , 蒋双优 , 王磊

表面技术 doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.03.025

目的：研究镀锌钢在红沿河地区SO2和Cl-含量较高的大气环境中的腐蚀行为与机理。方法根据GB/T 6464—1997将制备好的试样在红沿河核电厂进行现场暴晒试验，分别暴晒4、12、18、24个月后取回试样。利用失重分析、X 射线衍射( XRD)和扫描电镜( SEM)等技术，观察与分析试样暴晒后的腐蚀产物。结果镀锌钢腐蚀失重随暴晒时间的延长而线性增加；随着暴晒时间的延长，锌镀层表面形成的腐蚀产物成分变化不大，以Zn12(SO4)3Cl3(OH)15·5H2O和6Zn(OH)2·ZnSO4·4H2O为主；腐蚀产物随暴晒时间的延长逐渐增加，产物形貌略有变化，以球状和针状为主。暴晒18个月后，腐蚀产物分为双两层，内层致密，外层疏松；暴晒24个月后，腐蚀产物厚度稍有增加，疏松层向致密层转变。结论 SO2与Cl-是镀锌钢在红沿河地区的大气腐蚀过程的主要影响因子。镀锌钢表面形成的腐蚀产物对锌镀层的保护作用较差。

关键词: 大气腐蚀 , 镀锌钢 , 红沿河核电站 , Cl- , SO2 , 形貌分析

木塑复合材料力学模型的研究进展

王伟宏 , 曹岩 , 王清文

高分子材料科学与工程

简要地概述了数学方法在描述和预测纤维增强聚合物复合材料力学性能研究中的应用情况,在此基础上综合分析了纤维增强聚合物复合材料力学模型的特点,并介绍了混合法则,Halpin-Tsai模型,Cox模型和Kelly-Tyson模型等常用模型的原理,评述了它们在实际应用中的优势和缺点,讨论了构建木塑复合材料力学模型过程中涉及的假设和参数设定等关键问题,最后展望了力学模型在木塑复合材料中的应用前景。

关键词: 木塑复合材料 , 力学模型 , 力学性能 , 纤维增强复合材料