高性能結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)例教程
/構(gòu)件性能試驗(yàn)指標(biāo)概念(一)中從“定量”的角度對混凝土結(jié)構(gòu)/構(gòu)件的試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行探討,本期主要從“定性”的角度對混凝土結(jié)構(gòu)/構(gòu)件與大家進(jìn)行交流,即從探討試驗(yàn)過程中試件的損傷發(fā)展。
在混凝土結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)或構(gòu)件的抗震性能試驗(yàn)分析中,我們一般從“定量”和“定性”兩種角度來分析。
所謂“定量”,即研究對象的滯回曲線、骨架曲線,累計(jì)耗能,等效黏滯阻尼比,屈服位移,極限位移,延性系數(shù),剛度退化等,從數(shù)據(jù)中得到研究對象的力學(xué)性能。
所謂“定性”,即研究對象的裂縫開展形態(tài),破壞模式,塑性鉸的產(chǎn)生等,從直觀的現(xiàn)象中得到研究對象的受力特征。
實(shí)質(zhì)上,兩者是相通的,從定量性的曲線中能反映出結(jié)構(gòu)的受力特征;反之,從宏觀的現(xiàn)象中也能反映出結(jié)構(gòu)的耗能能力,延性,強(qiáng)度等。為了解結(jié)構(gòu)/構(gòu)件的力學(xué)性能,目前針對于結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)及構(gòu)件的抗震性能試驗(yàn)研究多采用擬靜力試驗(yàn)。
展開 塑膠材料的種類繁多,性能各異,雖然常用的材料還不算太多,但是有些材料性能差異很大,有些則比較相似,如果我們光靠記憶各材料的性能來熟悉材料,顯然是比較低效的,特別是一些你不常使用的材料,即使當(dāng)時(shí)你能記住它具體性能用途,但是估計(jì)也會(huì)很快忘記。所以,這個(gè)時(shí)候,理論、原理性的知識(shí)就顯得尤為重要,以下內(nèi)容實(shí)際上在上學(xué)時(shí)我們都學(xué)過,只是當(dāng)時(shí)很難去理解,現(xiàn)在回過頭來看,其實(shí)還是有些收獲的。
高分子鏈的結(jié)構(gòu),其實(shí)影響著高分子塑膠材料很多性能,如強(qiáng)度、剛度、沖擊強(qiáng)度等物理性能,有些材料分子結(jié)構(gòu)式非常相似,但性能卻各異,比如這三種材料:PE、PS、PVC。
本文為啥把它們?nèi)旁谝黄鹋e例介紹呢,主要是他們名字太相似了,咋一看,一字之差,實(shí)際上它們的性能差別很大,它們都為五大通用塑膠之一,產(chǎn)量大,價(jià)格便宜,廣泛應(yīng)用于日常產(chǎn)品上。
PE,學(xué)名稱為“聚乙烯”,是指由乙烯單體經(jīng)自由基加聚反應(yīng)合成的聚合物。
PS,學(xué)名稱為“聚苯乙烯”,是指由苯乙烯單體經(jīng)自由基加聚反應(yīng)合成的聚合物。
PVC,學(xué)名稱為“聚氯乙烯”,是指由氯乙烯單體經(jīng)自由基加聚反應(yīng)合成的聚合物。
PE、PS和PVC的單體化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下,可以看出,結(jié)構(gòu)式的主要區(qū)別是,PS中苯環(huán)取代了PE(聚乙烯)中的一個(gè)氫原子,而PVC中氯原子取代了PE(聚乙烯)中的一個(gè)氫原子。
所以也統(tǒng)稱聚乙烯類塑膠,其中把苯環(huán)、CI等稱為取代基(R),它們的聚合反應(yīng)如下:
由于分子結(jié)構(gòu)的不同,所表現(xiàn)出來的性能也會(huì)不同,從上面的結(jié)構(gòu)式可以看出,PE的分子結(jié)構(gòu)具有對稱性,而PS和PVC分子結(jié)構(gòu)不對稱。
那么對稱或不對稱的分子鏈結(jié)構(gòu)對聚合物的性能有什么影響呢?
展開 用于飛機(jī)內(nèi)飾的夾層結(jié)構(gòu)制造成本高且快速:使用巴斯夫的聚醚砜Ultrason E,內(nèi)飾飛機(jī)部件制造商現(xiàn)在可以向?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)邁出一大步。
優(yōu)點(diǎn)是可以在單個(gè)工具中將相同的熱塑性Ultrason加工成夾層結(jié)構(gòu)的不同組件。這減少了循環(huán)時(shí)間并因此也降低了制造成本。夾層由泡沫芯和碳纖維層壓板組成,它們?nèi)坑蒛ltrason E制成。如果需要,帶有覆蓋層的熱成型泡沫芯可以用碳纖維增強(qiáng)的Ultrason E 2010 C6包覆成型,以包含增強(qiáng)材料,結(jié)構(gòu)或其他功能元素融入三明治。30%碳纖維與無定形高溫塑料Ultrason的組合可確保輕質(zhì)泡沫夾層在-100至+ 200°C的溫度范圍內(nèi)具有非凡且恒定的機(jī)械性能。
夾層結(jié)構(gòu)允許特別低的重量,同時(shí)保持高彎曲剛度。因此,該設(shè)計(jì)特別適用于飛機(jī)內(nèi)部的應(yīng)用,例如面板,側(cè)壁,行李箱,門,艙室分隔壁,以及手推車和烹飪模塊。由Ultrason E制成的泡沫已被批準(zhǔn)用于飛機(jī)。該材料具有極高的極限氧指數(shù)38(根據(jù)ASTM D 2863),因其滿足商用飛機(jī)在可燃性和熱釋放(“火,煙,毒性”)方面的要求而不同阻燃劑,這意味著它本質(zhì)上是阻燃劑。這就是為什么,例如,
與涂有酚醛樹脂的傳統(tǒng)蜂窩結(jié)構(gòu)相比,以這種方式熱塑性制造的夾層部件具有許多優(yōu)點(diǎn):它們可以在自動(dòng)化工藝中更快地生產(chǎn),它們提供各種加工選擇,例如熱成型為不同的幾何形狀或包覆成型用于加固肋骨和額外的功能整合。由于具有額外功能的重量優(yōu)化的熱塑性夾層結(jié)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)用于航空的新型輕質(zhì)材料,與傳統(tǒng)的夾層結(jié)構(gòu)相比,其具有改進(jìn)的特性和顯著降低的成本結(jié)構(gòu)。
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展開 新型磁場傳感器的核心是可以實(shí)現(xiàn)磁信號(hào)轉(zhuǎn)換的微結(jié)構(gòu)鐵磁薄膜元件(microstructured ferromagnetic thin-film element),但這些元件通常呈現(xiàn)非線性磁滯曲線,使得傳感器性能受到磁噪聲的限制。
奧地利科學(xué)家團(tuán)隊(duì)著重研究了磁阻傳感器中磁噪聲的起源,并證明了在換能元件中受拓?fù)浔Wo(hù)的磁渦旋狀態(tài)可以克服噪聲問題。利用解析法和微磁模型,研究者發(fā)現(xiàn)噪聲的主要來源是靠近Stoner–Wohlfarth模型反轉(zhuǎn)磁場的外部磁場處換能器元件不可復(fù)制的磁性反轉(zhuǎn)。為了解決這個(gè)問題,研究者利用流體封閉的渦旋結(jié)構(gòu),開發(fā)出了巨磁阻傳感器結(jié)構(gòu),即使與目前最先進(jìn)的傳感器相比,該傳感器也毫不遜色:磁噪聲更低,線性度高出一個(gè)數(shù)量級(jí),磁滯幾乎可以忽略。
旋轉(zhuǎn)磁場與Stoner-Wohlfarth模型相切產(chǎn)生的相位噪聲
一旦施加外部磁場,這種所謂的換能元件(transducer element)就會(huì)改變其電行為;原子“羅盤針”,即原子磁偶極子(atomic magnetic dipoles)將重新排列,從而改變了換能元件的電阻。該行為可用來探測磁場。
臨界場附近的渦旋磁化模式
圖中虛線處是剛性渦旋模型預(yù)測的臨界磁場
在維也納大學(xué)(University of Vienna)、克雷姆斯多瑙河大學(xué)(Danube University Krems)與英飛凌公司(Infineon AG)的共同合作中,由Dieter Suss領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在基督教多普勒實(shí)驗(yàn)室的“先進(jìn)磁傳感與材料”組織對物理起源和理論極限進(jìn)行了詳細(xì)的分析,并針對解決方案提出了具體建議。該研究結(jié)果近期發(fā)表于雜志《自然電子學(xué)》(Nature Electronics)。
在本項(xiàng)目研究中,科學(xué)家利用經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的計(jì)算機(jī)仿真表明,通過重新設(shè)計(jì)換能元件,可以顯著降低干擾信號(hào)、磁噪聲和磁滯現(xiàn)象。
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