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[硕士论文] 陈罚
机械工程;机械制造及其自动化 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:隔热材料具有显著降低热辐射、热反射和热传导的能力,可有效地防止热量损失,因而具有优异的节能性能,被广泛应用在工业和民用领域,这对当今因能源短缺而强调节能环保的社会,具有重要的社会经济意义。隔热材料早在几千年前就被人们用于房屋建筑等领域,并致力于优化材料的隔热性能,目前建筑行业普遍使用的有机隔热材料虽隔热性能优良,但其易燃且燃烧时产生大量有毒气体,给使用场合带来了巨大的安全隐患。无机隔热材料热稳定性好,但隔热性能和成型性差,且有的在使用过程中易掉渣和吸水,容易毁坏和污染使用场合,石棉等甚至具有致癌性。因此设计制备一种隔热性能优良、防火、环保且具有一定机械强度的新型隔热材料就显得十分重要。
  本文通过使用具有超长纳米线结构的羟基磷灰石作为支撑骨架,二氧化硅气凝胶颗粒作为填充物,通过二次成型法,制备出了一种新型的具有低导热系数、优良的耐火性能且柔性的纳米复合隔热纸。通过调节二氧化硅气凝胶含量,研究气凝胶含量对纳米复合隔热纸机械性能、隔热性能、热稳定性以及耐火性能的影响,优化了纳米复合隔热纸配方,并获得了综合性能优良的纳米复合隔热纸。研究得到以下结论:
  (1)二氧化硅气凝胶颗粒均匀地分布在羟基磷灰石纳米线所构筑的三维网状结构中,且不同二氧化硅气凝胶含量的复合物均展现出良好的柔性。随着二氧化硅气凝胶含量的增加,纳米复合隔热纸内部缺陷增多及纳米线之间交联减少,复合纸的极限拉伸强度从329.3±16.4kPa降低到140.3±5.7kPa,但此强度仍大于大部分纤维增强的气凝胶的强度;
  (2)随着二氧化硅气凝胶含量的增加,纳米复合隔热纸室温下的导热系数从0.0564W/(m·K)下降到0.0448W/(m·K),表明二氧化硅气凝胶的添加可以极大增强复合纸的隔热性能。理论分析表明:隔热性能提高可以归因于羟基磷灰石纳米线和二氧化硅气凝胶本身固有的低导热系数、纳米复合隔热纸纤维型结构以及气凝胶含量的增加使传热路径复杂化等因素;
  (3)热稳定性分析表明,所有种类的纳米复合隔热纸在高达800℃的温度下,质量损失均不超过10%,展现出极佳的热稳定性,并且纳米复合隔热纸内部气凝胶表面甲基氧化温度较纯气凝胶表面甲基氧化温度升高了131℃,表明羟基磷灰石纳米线的存在能够极大提高内部气凝胶的热稳定性;
  (4)UL-94垂直燃烧试验及微量燃烧量热仪的表征结果显示,所有种类的纳米复合隔热纸均展现出优异的防火性能,防火等级达到UL94V-0,同时均具有很低的热释放能力。
  因此,综合制备出来的羟基磷灰石/二氧化硅气凝胶纳米复合隔热纸优异性能,其在绝缘材料的保护层、防火壁纸、特种防火服、管道隔热等领域具有极大的应用前景。
[硕士论文] 周亮
机械工程;机械制造及其自动化 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:焊接是船舶等大型结构制造中主要的连接方式,而且近年来在材料加工领域中占有十分重要的地位。虽然焊接可以将材料进行永久性的连接,但是在焊接加工过程中,由于材料属性的非线性和温度不均匀的变化等复杂因素,导致焊后结构件内部会存在应力分布以及外表面发生变形,从而出现材料力学性能降低、使用寿命缩短等现象。并且在实际工程中,焊接件在实施焊接前都会经过一系列的热加工和机械加工。如此以来,焊件在焊接前都会存在一定的初始残余应力分布。
  基于上述研究背景,为了研究初始残余应力对焊接残余应力分布及其数值的影响,本文建立了热轧制成形和焊接制造的有限元模型,探讨薄板在经过热轧制加工后产生的残余内应力对焊接过程的影响。研究中将轧制引起的残余应力继承到焊接预测分析中,开发了三维热-弹-塑性有限元计算程序,基于热力直接耦合法,以板厚为5mm的Q235钢对接焊为例,对其焊接残余应力和变形的预测进行了数值模拟,其中考虑到了金属材料物理性能和力学性能随温度变化的特点。得到了焊接残余应力的分布规律:焊缝周围的金属在施焊过程中,热应力呈压应力分布状态并渐渐增大;冷却过程中,内应力性质发生了转变,即由压应力逐渐减小之后转变为拉应力。冷却至室温后,在沿垂直于焊缝方向上,残余应力呈对称分布。焊缝和热影响区呈现拉伸残余应力分布,母材区域则呈压缩性残余应力状态。沿焊缝方向上,残余应力同样呈对称分布的规律:焊缝中部金属受压和焊缝两端金属受拉。之后通过分析对比薄板是否考虑初始残余应力的两种方案的计算结果,得出了在沿焊缝方向和垂直于焊缝方向上,两种方案计算得到的残余应力分布规律相似,但在数值上有差别。
  介绍了薄板结构稳定的相关理论,并采用特征值屈曲分析方法计算焊接屈曲变形,得到了前四阶屈曲特征值和模态变形图。通过分析得知,选用合理尺寸的板件或施加特定的边界约束条件,可以提高焊接结构件的临界屈曲载荷,进而可以避免在焊接过程中出现失稳变形。最后得到了判断焊接过程中是否出现失稳变形的依据。
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