【摘要】：沖蝕磨損是指液體或固體以松散的小顆粒按一定的速度或角度對材料表面進(jìn)行沖擊所造成的一種材料損耗現(xiàn)象或過程，廣泛存在于機(jī)械、冶金、能源、建材、航空、航天等許多工業(yè)部門,已成為材料破壞或設(shè)備失效的重要原因之一。蘭新鐵路第二雙線新疆段沿線穿越五大強(qiáng)風(fēng)區(qū)，風(fēng)區(qū)地段，風(fēng)力強(qiáng)勁，風(fēng)期長。當(dāng)風(fēng)速大于起沙風(fēng)速時，橋梁墩身的迎風(fēng)側(cè)便受到凈風(fēng)壓和沙粒沖擊壓的復(fù)合作用，從而造成橋梁墩身表面的水泥石剝落以及水泥石與骨料之間微裂紋的加速擴(kuò)展，這些損傷可能進(jìn)一步加劇混凝土結(jié)構(gòu)的碳化、氯鹽侵害、凍融破壞等損傷，從而大大降低混凝土橋梁墩身的耐久性。因此，研究混凝土橋梁墩身的沖蝕磨損規(guī)律及沖蝕磨損防護(hù)材料，對于強(qiáng)風(fēng)沙流地區(qū)混凝土橋梁在役期質(zhì)量的保障具有明顯的現(xiàn)實(shí)意義。 實(shí)驗(yàn)采用氣流挾沙噴射法進(jìn)行混凝土及其防護(hù)材料的沖蝕磨損實(shí)驗(yàn)，該方法可以比較真實(shí)地模擬實(shí)際戈壁風(fēng)沙環(huán)境特征，相比風(fēng)洞試驗(yàn)，設(shè)備投資小，實(shí)驗(yàn)成本低，而且實(shí)驗(yàn)參數(shù)容易控制，設(shè)備操作簡單，因而是一種比較理想的模擬試驗(yàn)方法。主要研究各種參數(shù)，如沖蝕速度、沖蝕時間、沖蝕角度和供沙速率等參數(shù)對試樣沖蝕磨損的影響，比較了混凝土與玻璃纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的沖蝕磨損規(guī)律，并探討了兩種材料的沖蝕磨損機(jī)理。最后使用ANSYS-Dynamic軟件對水泥石和環(huán)氧樹脂試樣的單顆粒沖蝕過程進(jìn)行了簡單的模擬，證明材料在碰撞過程中出現(xiàn)的無規(guī)則振動加速了材料的沖蝕破壞。 本文的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果如下： （1）抗壓強(qiáng)度對混凝土、砂漿、水泥石三種材料的沖蝕率有一定的影響，但并非決定性因素，材料的沖蝕率與材料的結(jié)構(gòu)有緊密的關(guān)系。 （2）混凝土、砂漿和水泥石沖蝕率隨沖蝕速度的變化規(guī)律均是呈現(xiàn)線性或者近似線性的關(guān)系，其中砂漿試樣的斜率最大，沖蝕磨損破壞最為嚴(yán)重，水泥石試樣的斜率最小，沖蝕磨損破壞最輕，混凝土試樣的居中。 （3）混凝土、砂漿和水泥石的沖蝕率在90°沖蝕時沖蝕率最大，在低角度沖蝕時沖蝕率最小，與典型脆性材料的沖蝕規(guī)律相一致。 （4）下沙率對混凝土和水泥石沖蝕率的影響表現(xiàn)為隨著下沙率的增加，，沖蝕率有所降低，而對砂漿來說，下沙率增加，沖蝕率變化為先降低后上升�；炷梁退嗍嚇拥臎_蝕率隨沖蝕時間的增加先降低而后趨于穩(wěn)定，達(dá)到穩(wěn)態(tài)沖蝕，而砂漿試樣從沖蝕一開始就達(dá)到穩(wěn)態(tài)沖蝕。 （5）隨著混凝土材料中粉煤灰摻和量的增加，混凝土試樣的沖蝕率先降低后升高。但隨著養(yǎng)護(hù)時間的延長，混凝土的沖蝕率逐漸降低。 （6）環(huán)氧樹脂、玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂和碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的沖蝕率隨沖蝕速度的增加而增加，近似成線性關(guān)系。 （7）環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料的沖蝕行為表現(xiàn)出半塑性材料的沖蝕特征，最大沖蝕率出現(xiàn)在45°~60°之間。其中玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的最大沖蝕率出現(xiàn)在60°，比碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的脆性傾向大。 （8）在相同的沖蝕條件下，環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料的沖蝕率是混凝土和水泥石材料的1/5~1/20，因而，環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料是強(qiáng)風(fēng)沙流環(huán)境下混凝土橋梁墩身沖蝕磨損防護(hù)的理想材料。 （9）利用ANSYS軟件模擬水泥石和環(huán)氧樹脂單顆粒沖蝕過程，碰撞過程的應(yīng)力變化表現(xiàn)為無規(guī)則的振動：沖擊速度增加，最大應(yīng)力增加；沖蝕角度降低，最大應(yīng)力降低，應(yīng)力衰減時間延長。水泥石應(yīng)力變化曲線的無規(guī)則振動的幅度和頻率都要大于環(huán)氧樹脂。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU528

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2536814