固化剂对压敏胶性能的影响的实验研究

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1、固化剂对压敏胶性能的影响的实验研究1、相关定义1.1、创建PART及接触类型定义 在ANSYS/LS-DYNA前处理器中,可根据每个实体材料模型的不同自动生成 相应的PART,两个PART之间需要定义两者的接触类型。冲击锤与复合材料之间 以及冲击锤与粘弹性材料之间的接触均设置为面与面之间的侵蚀接触,该接触形 式是通过关键字*CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURFACE定义的,其中 除四个默认的选项外,还要定义一个Option Card A选项。由于冲击锤的刚度与试 件的刚度差别较大,因此采用基于段(Segment)的接触算法,将该选项的参数SOFT 设为2。无需定义载荷

2、曲线,参数LCIDAB设为0。参数SOFSCL取为0.1,BSORT 设为15,其他参数设置采用默认数值52-55。由于在相关的冲击实验中,嵌入式共 固化复合材料阻尼结构没有出现复合材料层与层之间或复合材料与粘弹性材料之 间的脱层现象,因此数值模拟中不考虑脱层现象的影响,复合材料层间以及复合 材料层与粘弹性材料层间均采用共节点方式连接53。 57 1.2、材料属性定义 由于在实际实验中冲击锤的刚度远远大于试件,因此在模型中的可以用刚体 材料来模拟钢质冲击锤,从而在不影响精度的情况下,节省计算时间。冲击锤材 料采用关键字MAT_RIGID定义50。为使模型更为简单,以便于求解,在数值模 拟中仅取

3、冲击锤底部与试件接触部分作为冲击锤模型,而未包含冲击锤的固定装 置以及固定在冲击锤上的传感器及其他相关装置。为使模拟中冲击锤模型的质量 与实际质量一致,因此我们对输入模型的冲击锤材料密度进行了相应修改,以保 证数值模拟精度。冲击锤模型材料参数见表5-1。 表5-1 冲击锤材料模型参数 材料编号 MID 1 密度 RO 1.461106kg/m3 弹性模量 E 209 GPa 泊松比 PR 0.29 嵌入式共固化复合材料阻尼结构中的复合材料层及传统复合材料试件均采用 Chang-Chang失效模型,通过关键字MAT_COMPOSITE_DAMAGE定义50。该模 型由F.K.Chang和K.Y.

4、Chang于1987年提出51,它包含三个失效准则:基体开裂失 效、压缩失效和纤维断裂失效。确定上述失效准则除需要三个方向的弹性模量、 剪切模量和泊松比九个参数外,还需要确定其他五个参数,依次为:主方向拉伸 强度S1,横向拉伸强度S2,面内剪切强度S12,横向压缩强度C2和非线性剪切应力 参数 。其S1,S2,S12,C2大小是通过材料的强度测试获得, 则是由材料的剪 切应变来确定55,56,在平面应力情况下,用应力来表示应变有: 1 1 E( 1 1 2)(5-1) 1 54 1 2 E( 2 2 1)(5-2) 2 2 13 12 G 12 12(5-3) 12 式中E1 、E 2分别为面

5、内两个主方向上的弹性模量; 1、 2分别为面内两个 主方向上的主应力 ; 1 、 2分别为面内两个主方向上的泊松比;G1 2为面内剪切 模量; 12为面内剪切应力; 12为面内剪切应变。参数 的取值由式(5-3)决定。 (1) 基体开裂失效通过 2 F 2 matrixS (-4) 2 5 来判定,式中 2 12 34 2G 4 12 12 S2, (5-5) 12 342G 4 S12 12 当Fm atrix1时,则材料失效,材料参数E 2、G1 2、 1 、 2被设为0。 (2) 压缩失效通过 2 2 F 2 C2 2 comp 2 S1 2 2S 1 (5-6) 12 C 2 来判定,

6、当Fc omp1时,材料参数E 2、 1 、 2被设为0。 (3) 纤维断裂失效通过 2 F 1 fiberS (5-7) 1 来判定,当F fiber1时,材料参数E1 、E 2、G1 2、 1 、 2被设为0。本章模拟中所 采用树脂基纤维增强型复合材料为环氧树脂基玻璃纤维纤维复合材料,其参数如 表5-2所示: 55 表5-2 树脂基纤维增强型复合材料模型参数 材料编号 MID 2 密度 RO 2000kg/m3 弹性模量 EA,EB,EC 24.3GPa,26.3GPa,12.4GPa 泊松比 PRBA, PRCA, PRCB 0.138,0.4,0.4 剪切模量 GAB,GBC,GCA

7、4.7GPa,3.7GPa,3.7GPa 面内剪切强度 SC 144MPa 主方向拉伸强度 XT 480MPa 横向拉伸强度 YT 489MPa 横向压缩强度 YC 369MPa 非线性剪切应力参数 ALPH 0.25 嵌入式共固化复合材料阻尼结构中的粘弹性材料采用不可压缩Mooney-Rivlin 模型49来模拟。此模型需要输入系数 A, B 以及泊松比 ,以确定其应变能密度 函数: W ( I , I , I ) A I 3 B ( I 3) C ( 1 13 1 2 2 2 I2 1) D ( I3 1)(5-8) 3 式中 C 1 2A B,D A 5 2 B 1 1 5 2(1 2

8、), (5-9) I 1,I 2,I 3分别为变形张量不变量。粘弹性材料模型参数值见表5-3。 表5-3 粘弹性材料模型参数 材料编号,MID 3 密度,RO 920kg/m3 泊松比,PR 0.498 系数,A 0.50MPa 系数,B 0.12MPa 1.3、煤中重金属概念、种类及危害 煤是一种”不清洁”的一次能源,是由多种无机矿物和有机质组成的复杂矿 物,除了含有 C,H,N,O 等常量元素外,还含有很多痕量的重金属元素,如: Hg,As,Se,Pb,Cd,Cr 等。按照这些元素在煤中含量的不同,可将其分为三大 类: 主量元素,含量高于 1000g/g,如 C,H,O,N,S; 次量元素

9、,含量介 于 1001000g/g,如煤中矿物质(Si,Al,Ca,Mg,K,Na,Fe,Mn,Ti)及卤 3 族元素(F,Cl,Br,I); 痕量元素,含量低于 100g/g2。据报道,煤经燃烧之 后排放到大气中的污染有害物质有有机成分,氮氧化物,硫氧化物,未燃尽可燃 物以及重金属。重金属是密度(比值)大于 6g/cm3 的金属元素,因为在燃煤过程 中所排放的有毒的痕量金属元素基本上都属于该范围,所以习惯上将煤燃烧过程 中排放的痕量有毒金属元素通称为重金属元素3。重金属约有 45 种,一般都是属 于过渡元素。如铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)

10、、镉(Cd)、 汞(Hg)等,在煤中几乎每一种元素都能发现,除了极稀少的砹(At)、钫(Fr)、 锕(Ac)、镤(Pa)、钋(Po)外4。 表 1-4 有害元素种类 Table 1-4 Types of harmful elements 标准/文件分类 有害元素 备注 洁净空气补充法案 (2000) Sb,As,Be,Cd,Cr,Co,Pb,Mn,Hg,Ni,Se 美国国会 饮用水标准(1976) As,Ba,Cd,Cr,Pb,Hg,Se,Ag 美国环保局 生活饮用水卫生标准 (GB5749-85) Cu,Zn,Hg,As,Cd,Pb,Cr(+6),Se(+4),Mn 我国 工业企业设计卫生标

11、 准(TJ36-79) Hg,F,Cl,As,Pb,Cd,Mn 我国 地面水中有害物质的 最高浓度 Hg,F,Cl,As,Mo,Pb,Co,Be,Se,Cr,Cu,Zn,Sb,Ni,Cd 我国 我国污水综合排放标 准(GB89778-88) Hg,Cd,Cr,Ni,As,F,Cu,Zn,Mo,Pb 我国 主要环境关心元素 As,Cd,Cr,F,Hg,Ni,Pb,Se Swaine(1994) 可能环境关心元素 B,Be,Cl,Co,Cu,Mo,Sb,Th,Tl,U,V,Zn,Ba Swaine(1994) 一类污染物 As,B,Cd,Pb,Hg,Mo,Se PAletdreire(di1c9e

12、 94)和 二类污染物 Cr,V,Cu,Zn,Ni,F PAletdreire(di1c9e9 4)和 三类污染物 Ba,Sr,Na,Mn,Co,Sb,Li,Br PAletdreire(di1c9e 94)和 美国环保协会报道:燃烧装置中排放的大气污染物中最重要的是有害物质中 以亚微米颗粒形式存在的重金属排放物对环境具有更大的威胁5-8。排放到大气中 的亚微米级重金属对生态环境造成了更为严重的污染包括水源,大气,土壤等, 4 并且最严重的是对人体呼吸系统、肺功能、血液循环系统、人体免疫功能造成了 直接的影响和危害。从毒性来看,重金属污染的特点表现为9: (1)重金属及其化合物的毒性几乎都是通

13、过与有机体结合而发挥作用的; (2)重金属进入土壤,不能被微生物分解,并且生物从环境中摄取的重金属在 食物链的循环过程中被放大,逐渐在较高生态位的生物体内集起来并且通过食物 链传入人体,危害人体健康。 1.4、接触定义 在车身段侧翻的有限元仿真过程中,车身骨架、翻转平台以及碰撞地面之间均能发 生接触,定义它们的接触类型为自动单面接触,其关键字是: *CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE_TITLE。 有限元模型中生存空间与车身段的模型之间没有直接的接触,但为了能够清楚得观 察到在碰撞变形过程中生存空间是否被侵入,需要定义一个能够随车身段翻转一起运动 的有限元模型,图

14、 3-17 中显示的蓝色区域为生存空间,在碰撞变形的过程中,车身段 的支架位置吸能变形较小,在上面定义四个节点,在翻转的过程中蓝色区域的生存空间 与四个红色节点的空间位置关系是不变的。其在 LS-DYNA 中的关键字为: 1.5、有关概念的定义 4.1 以问题为基础的教学法(Problem - based learning ,PBL) 以问题为基础的教学法是一种能较好促进学生评判性思维能力的教学方法, 它强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情境中去,通过让学生合作解决真实 性的问题,学习隐含于问题背后的科学知识,形成解决问题的技能,并培养学生良 好的学习习惯 8 。 4.2 动作技能迁移 动作

15、技能迁移是指一项技能对另一项技能产生积极的促进作用或消极的抑 提出问题 小组自学 课前讨论 模拟练习 指导评价 准备律 练习律 效果律 10 制作用。动作技能迁移的基本条件是两种动作技能之间存在共同要素。当新、旧 刺激物相同或相似,并且要求学生做出相同的反应时,迁移的效果往往是积极的、 相互促进的。同时动作技能的迁移可以是具体的,也可以是非具体的。当学生具 备了评判性思维能力、分析和解决问题的能力,学生会在操作过程中及时地发现 和解决问题,这种迁移可能不容易被察觉 9 。影响学生将操作技能迁移到应用情 景中的因素有:学习动机、操作技能掌握的熟练程度、学习情景与日后应用情景 的相似程度、操作技能

16、的认知水平 10 。 11 1.6、空间的定义 我们每天存在以及生活的环境都属于空间的范畴,它对于人们来说是一个既 熟悉又陌生的词汇,当提及其概念时用言语却无法确切的表述出来。辞海中给出 的空间定义是”指宇宙空间,包容所有物质的三维空间容积” 34。从辞海中给出 的空间解释让我们认识到,空间是万物存在的基本形式。从哲学角度来看,空间 是指物质存在的广延性。从词源意义来说,英语中空间(Space)一词最早可以 追溯到拉丁语”Spatium”,是指”在日常三维场所的生活体验中符合特定几何环 境的一组元素或地点,两地点间的距离或特定边界间的虚体区域”。意大利建筑 理论家布鲁诺 赛维(BrunoZevi)认为,空间是一个连续的、三维的自然之量, 14 物体的量值被包含其中他本质上有着相对于所有物体和一切存在的优先性35”。 中国在上古时代就从”日出而作,日落而息”的生活方式中建立起了由”东” 和”西”构成的最早的”二方位”空间意识。西周末年