骨料粒径对混凝土抗拉强度尺寸效应影响研究

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1、骨料粒径对混凝土抗拉强度尺寸效应影响研究1、相关定义1.1、团簇的定义和分类原子团簇是纳米材料的基本组成单元。团簇科学出现在20世纪九十年代,很快成为凝聚态物理研究的热点。原子或分子团簇简称为团簇(cluster)或微团簇(microcluster)是几个至上千个原子、分子或离子通过物理或化学结合力组成相对稳定的聚集体,其物理或化学性质随所含的原子数目而变化。原子团簇可以分为一元原子团簇、二元原子团簇、多元原子团簇和原子簇和原子簇化合物。一元原子团簇包括金属团簇和非金属团簇。非金属团簇可以分为碳簇和非碳簇。原子簇化合物是原子团簇与其他分子以

2、配位化学键结合形成的化合物。绝大多数原子团簇的结构不清楚,但已经知道有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等等。团簇的空间尺度在几埃至几百埃的范围内,用无机分子来描述显得太大,用小块固体来描述显得太小。许多性质既不同于单个原子、分子,又不同于固体、液体;也不能用两者性质作简单线形外延或内插来得到。因此,人们把团簇看成是介于原子、分子与宏观固体之间物质结构的新层次,是各种物质由原子、分子向大块物质转变的过渡状态[5]。正象胚胎学以其特殊的、许多情况下是唯一的方式说明生物学规律一样,团簇的研究有助于我们认识大块凝聚物质的某些性质和规律。团簇科

3、学是研究团簇的原子组态和电子结构、物理和化学性质及其向大块物质演变过程中与尺寸的关联,以及团簇同外界环境相互作用的特征和规律。团簇科学处于多学科交叉的范畴,从原子分子物理、凝聚态物理、量子化学、表面物理和化学、材料科学甚至核物理学引入的概念和方法交织在一起,构成当前团簇研究的中心议题,并逐渐发展成一门介于原子分子物理和固体物理之间的新型学科。团簇研究的基本问题是团簇如何有原子、分子一步步发展而成,以及随着这种发展,团簇的结构和性质如何变化,当尺寸多大时发展成宏观固体。当团簇尺寸小时,每增加一个原子,团簇的结构都发生变化,称为重构。而当团簇的

4、大小达到一定程度时则变成大块固体的晶体结构。此时,除了表面原子存在弛豫外,增加原子不会发生重构,其性质也不会发生显著变化,这就是临界尺寸,或叫做关节点。这种关节点对于各种物质可能是不同的[6]。因此,探知某种物质从原子、分子长成固体过程中团簇所具有的各种结构序列是团簇研究的重要问题之一。1.2、NiTi形状记忆合金的基本概念1.2.1热弹性马氏体相变1.2.1热弹性马氏体相变热弹性马氏体相变是形状记忆合金产生形状记忆效应和超弹性的基础。随着温度升降而消长的马氏体相变称为热诱发马氏体相变,通过应力加载而发生的马氏体相变称为应力诱发马氏体相变。

5、NiTi合金中马氏体相变过程实际是从奥氏体相(B2)立方晶系转变为马氏体相(B19′)单斜晶系的过程。奥氏体B2的晶格常数为a0=0.3015nm,β=90o,马氏体B19′的晶格常数为am=0.2889nm,bm=0.4120nm,cm=0.4622nm,β=96.8o[1]。由此可以看出,马氏体相变过程存在很大的晶格畸变。然而,在此转变过程中,既没有原子的扩散,也不改变成分,仅仅是晶体结构发生变化,这就是马氏体相变的根本特征,即:无原子扩散的晶格转变。图1-1是热机械驱动下,材料内部发生热弹性马氏体相变的示意图[11]。一方面,1北京工

6、业大学理学硕士学位论文可以通过降温和升温促使奥氏体与马氏体孪晶的相互转变,发生热诱发马氏体相变。另一方面,也可以通过应力加载和卸载促使奥氏体与马氏体相互转变,发生应力诱发马氏体相变。同时,对马氏体孪晶加载应力可以促使其解孪晶。图1-1在热机械驱动下材料内部发生热弹性马氏体相变示意图[11]Fig.1-1Schematicillustrationofthemartensitictransformationuponloading,unloading,heatingandcooling[11]1.3、尺度效应定义及评判标准文献[29]中关于尺度效

7、应的定义是:”所谓‘尺寸效应’是指,在一个现象里面,所讨论的对象的宏观尺寸会与其他力学或物理特征量耦合成为一个无量纲控制参量,或者说,讨论的对象不再服从几何相似律,从而,室内小型实验结果,不能简单地推广到工程原型上去。”这是基于跨尺度耦合的定义,不适合微成形工艺。从金属成形角度而言,所谓”微尺度效应”是指:在微成形过程中,由于成形零件的整体几何尺寸或局部结构的微型化,材料微观组织的尺寸和变形体的特征尺寸对材料整体变形行为的影响更为明显,工艺条件的动态性和不稳定性也成为不可忽略的因素,从而导致变形体中物理场之间的本构关系以及对边界条件的响应不

8、能按照比例规律类比于常规尺寸成形的现象。也就是说与宏观成形相比,微成形制品的几何尺寸和相关的工艺参数可以按比例缩小,但仍然有一些参数是保持不变的,如材料微观晶粒度及表面粗糙度等。