自修复复合材料

自修复复合材料（精选8篇）

篇1：自修复复合材料

自修复材料研究进展

着重从修复机理出发分别介绍了金属基、陶瓷基和聚合物基自修复材料的研究进展,分析了达到良好自修复功能对材料结构、组成和性能等方面的要求,综述了自修复材料的`研究进展、存在的问题及其发展方向.

作 者：张兴才 容敏智 章明秋 Zhang Xingcai Rong Minzhi Zhang Mingqiu 作者单位：中山大学材料科学研究所聚合物复合材料及功能材料教育部重点实验室,广州,510275刊 名：宇航材料工艺 ISTIC PKU英文刊名：AEROSPACE MATERIALS & TECHNOLOGY年，卷(期)：36(1)分类号：V25关键词：自修复 智能材料 机理

篇2：自修复复合材料

摘要：混凝土在现代建筑中被广泛运用，但混凝土是脆性材料，混凝土在施工和使用过程中产生的裂缝对建筑的使用产生很大的影响，而自修复，自愈合混凝土能很好的解决混凝土产生裂缝带来的不良后果。

关键词：自修复混凝土;自愈合混凝土;胶粘剂;细菌孢子

1.概念

自修复混凝土，是在混凝土中加入包裹胶粘剂的载体，当混凝土产生裂缝时，胶粘剂外层包裹物破裂，胶粘剂流出，充满裂缝，最终将裂缝封住。

自愈合混凝土，是在混凝土中添加可产生封堵裂缝的物质，这种物质遇到水就被激活，产生结晶体，沉积在裂缝的表面，不断增加结晶体在裂缝周围沉淀，逐渐将混凝土开裂部分填充密实。

2.背景

混凝土是世界上使用最广泛的建筑材料。但它是一种脆性材料，在施工过程中或使用过程中很容易出现裂缝。当裂缝很小时，虽说不影响受力性能，但给人视觉上是不安全的。而有的裂缝会随着时间的推移，裂缝会越来越大，裂缝大到一定程度，再遇到水或侵蚀性化学物进入这些裂缝，裂缝处的混凝土和钢筋会受到腐蚀，最终影响到混凝土构件的受力性能，更严重的可能发生脆性断裂，产生灾难性事故，给社会带来无可挽回的损失。

3.自修复、自愈合混凝土的发展过程

自从1925年Abram的一个偶然发现，拉开了混凝土裂缝自修复发展的序幕。他将进行过混凝土抗弯拉试验并已经产生裂缝了的混凝土试件随意扔在户外长达8年之久，偶然的一天他发现此混凝土试件的裂缝居然已经愈合了。带着惊喜和困惑他再次将此开裂后自动愈合的混凝土试件进行抗弯拉试验，此时他发现这些混凝土试件的强度竟然达到了以前强度值的三倍。这个发现让人们对自修复混凝土的研究燃起了希望。

1994年，CarolynDry教授(美国工llinois大学)将载有胶粘剂(缩醛高分子溶液)的载体(空心玻璃短管或者玻璃空心纤维)加入到混凝土材料中，配制成具有智能型仿生自愈合神经网络系统的自修复混凝土。自修复混凝土结构一旦受到外界作用出现损伤或者裂缝时，载体内的胶劲剂修复液就会流出渗入到裂缝，使混凝土裂缝愈合。

南京航空航天大学的智能材料与结构航空科技重点实验室，在我国的智能复合材料研究领域处于领先地位。，他们研究了利用液芯光纤和形状记忆合金(sMA丝)对复合材料结构中的损伤进行自诊断、自修复的方法。对总体方案进行了分析，用环氧FA4和环氧E51做了初步试验：将液芯光纤和形状记忆合金埋入混凝土中，光纤的出射光由光敏管接受，当混凝土发生损伤时，由液芯光纤组成的自诊断、自修复网络使胶液流入损伤处，同时局部激励损伤处的SMA短纤维，产生局部压应力，使损伤处的液芯光纤断裂，胶液流出，对损伤处进行自修复，而且当液芯光纤内所含的胶粘剂流到损伤处后，SMA激励时所产生的热量，将大大提高固化的质量，使得自修复完成得更好。

10月在荷兰代尔夫特理工大学自愈混凝土的研究工作开始进行。研究人员将混凝土愈合所需的细菌孢子和营养物质作为颗粒添加到混凝土配合料中，但水成了微生物生长需要所缺少的成分。因此，孢子处于休眠状态，当混凝土产生裂缝时，雨水进入裂缝并激活它们。这种无害的细菌，属于杆菌属细菌，于是开始汲取养分，产生石灰石。纳入愈合剂的细菌食品是乳酸钙，一种牛奶成分。颗粒中所用的微生物能够承受混凝土的高碱性环境。

4.自修复、自愈合混凝土的研究方向和难点

用胶囊或者空心纤维玻璃管等可以承载胶劲剂的载体，将修复胶劲剂送入普通混凝土中，当混凝土受拉产生裂缝时，载体破裂，修复胶劲剂流出，从而对裂缝进行修复。此种方法修复剂的选用很关键，不仅要考虑修复剂的粘接强度、黏度，而且要注意其组成成分。为了保证裂缝初开裂时，内置修复管内的修复剂能够迅速流到裂缝处修复裂缝，就要求修复剂黏度较高且具有较高的.流动性，能够迅速渗入到混凝土裂缝中，充分润湿裂缝表面，确保粘结的质量。

形状记忆合金型自修复混凝土：在混凝土容易开裂的区域埋置经过预拉的形状记忆合金丝和光纤。当混凝土受到外界影响产生裂缝超过允许的宽度时，通过光纤拾取的信号向微处理系统发出指令，形状记忆合金丝则发挥功效使裂缝愈合或者限制裂缝的扩张，从而达到自修复裂缝的目的。

自愈合生物混凝土，在混凝土中掺入有涂层或有底物的细菌孢子，涂层和底物在混凝土的生产和硬化过程中避免细菌孢子受到破坏，使其存活更长的时间直到需要自愈合。当混凝土产生裂缝时，水分浸入到裂缝处，孢子被激活，与水反应生成填充物将裂缝填充密实。

在自修复、自愈合混凝土的研究过程中还存在一些难点未得到解决：(1)自修复混凝土胶茹剂的性能还需得到进一步改善，目前还无法实现多次裂缝自修复;(2)自修复混凝土配制的原材料中有对人体产生伤害的物质，还需进一步研究解决此问题;(3)胶劲剂载体的加入，会使自修复混凝土自身强度降低。如果能解决此问题对自愈合混凝土的发展具有重要意义。

5.结语

篇3：沥青材料自修复能力研究进展

沥青材料有自修复能力,这在欧美等发达国家已成为多年的热门话题。最早发现自修复现象的Bazin等[1]认为,沥青材料的自修复能力即是劲度和强度的一个复杂的自我恢复过程,它发生在损害过程中、停歇状态下或高温期间。截至目前,多方研究已经确定这一现象的存在[2,3,4],也已确定一些影响因素与之相关[5],但这些研究大多基于基质沥青层面。

1981年,Prager和Tirrell[6]在聚合物材料中描述了自修复现象:当两块相同的聚合物材料放到一起,并且温度高于玻璃点转化温度时,界面间的力学强度逐渐增加,如果接触时间足够长,断裂强度达到原材料断裂强度,这时的界面已经和其他界面没有区别了,即已经合为一体,界面已经愈合。在同一年,Wool和O’Connor[7]确定了自修复过程的5个阶段:(1)表面重组;(2)表面接近;(3)湿润;(4)扩散;(5)随机组合。

沥青为粘弹性材料,且具有时间相关性(Time-dependent)和温度相关性(Temperature dependent),受到高分子材料自修复的启发,Nishizawa[8]、Kim[9]、Little[10]、Maillard[11]、Carpenter[12]、Pronk[13]等学者均在实验室或者实际路面中证实了沥青材料的自修复特性。道路科研工作者们希望能够弄清沥青材料损伤自修复的形成机理和影响因素,找到合适的方法提升沥青材料的自修复能力,以抵抗沥青材料的疲劳开裂,延长沥青路面的服务寿命。在我国,沥青材料损伤自修复研究方兴未艾,有代表性的如湖南大学黄立葵课题组[14]及东南大学孙大权课题组[15,16]。

为此,本文全面调查分析国内外沥青材料自修复能力研究成果,并对沥青材料的自修复机理、自修复能力影响因素及评价方法进行综合评述,并指出可通过优化沥青及沥青混合料组成来主动提高其自修复能力;之后,介绍几种可增强沥青材料自修复能力的方法,包括被动供能法和物质补给法,从而实现沥青混合料自修复能力的被动增强;最后,课题组指出现阶段研究的重点为,根据沥青材料的自修复机理,对沥青及沥青混合料进行自修复能力优化设计,为真正实现自修复沥青路面提供理论基础。

1 沥青材料自修复研究现状

目前,国内外关于沥青材料自修复能力研究主要集中于自修复机理、自修复能力影响因素及评价方法等方面,现有公开成果对其中的一个方面或几个方面进行了研究,但并未根据研究结果,提出增强沥青材料自修复能力的优化方法。

1.1 自修复机理

沥青材料自修复机理主要有基于裂缝表明能理论、基于裂缝表面分子扩散理论和基于毛细流理论3种。这3种理论分别从沥青材料的不同角度确定了沥青材料的自修复机理,取得了一定的成果,但由于沥青材料及自修复机理的复杂性,每种机理都有较大的局限性。

1.1.1 基于裂缝表面能理论

Schapery[17]和Lytton[18]基于裂缝表面能提出了断裂力学基本方法,用以解释沥青混合料的损伤自修复行为,认为沥青混合料自愈的动力为裂缝表面能的降低,并分别建立初期自修复速度h1和后期自修复速度h2与表面能之间的关系:

式中:γm、m、Kh为常数;D1h为压缩蠕变柔度;β为裂缝自修复长度;v为泊松比。

h1和h2决定了沥青混合料的实际自修复率h1,如图1所示,即:

式中:hβ为沥青混合料的实际自修复率;(Δt)ｈ为荷载间歇时间。

此种理论较好地从能量角度解释了混合料自愈特性产生的原因,但是断裂力学多应用于脆性材料,对于沥青混合料这种复杂的粘弹性材料应用具有局限性,它也不能解释混合料自修复的发展过程和发展规律。

1.1.2 基于裂缝表面分子扩散理论

基于裂缝表面分子扩散理论主要在聚合物材料自修复的研究中,Gennes[19]建立了分子蠕动模型(Reptation model)解释了聚合物分子在界面扩散动力学,基于分子蠕动模型,Wool等[7]提出了聚合物材料裂纹自修复动力学方程,见式4。并指出聚合物材料裂缝自修复阶段的微观进程为:(1)裂缝表面润湿;(2)裂缝表面分子相互扩散;(3)界面分子随机化组合与排列。

式中:R(t)为自修复率;t为时间;Rｈ(t)为材料固有自修复参数,表征了裂缝表面分子扩散速度和分子重排能力;(t)为浸润函数,表征了裂缝自修复速率。

Bommavaram等[20]采用动态流变仪(DSR)测试沥青材料的Rh(t)方法,并据此获得了5种沥青固有自修复函数方程。Bommavaram等认为R0随着沥青表面能增加而变大,并具有一定的线性关系。但是,关于如何确定中(t)仍有待研究。另外,分子蠕动模型适用于分子结构比较简单且规则的聚合物裂缝愈合,而对于分子结构复杂的沥青材料其适用性有待检验。

1.1.3 基于毛细流理论

Garcíaálvaro[21]的沥青毛细流动理论综合分析了裂缝表面分子扩散能与毛细动力作用,很好地解释了沥青混合料在颗粒之间未接触也能自修复的现象,图2为沥青毛细流动试验。当沥青出现裂缝时,压力差会出现在尚连接在一起的裂缝末端,当温度足够高时,沥青作为牛顿液体,具有一定的流动性,在压力差的作用下裂缝末端的沥青会沿着裂缝的纹理缓慢的填满整条裂缝。试验中分别用1.5mm、1.0mm、0.7mm、0.5mm、0.2mm和0.1mm直径的毛细管作为对比试验,表明裂缝的直径越小,环境的温度越高,毛细管作用越明显,而当裂缝较宽时,也会出现毛细管作用,但已经不十分明显。这也说明裂缝自修复效果在裂缝形成的初期要优于裂缝形成的末期。然而该模型要求沥青处于牛顿液体状态,不适于较低温度下的沥青混合料损伤自愈行为的分析。

1.2 自修复能力影响因素

影响沥青材料自修复能力的因素众多,仅对基质沥青及沥青混合料而言,影响因素主要有沥青材料化学组成、物理性质、表面自由能、添加剂、沥青混合料体积特性。

1.2.1 沥青材料的化学组成

1990年,Kim[22]研究发现,MMHC越高,自修复能力越低。其中MMHC为烷烃或芳香烃等有机物碳链上的甲基和亚甲基之比(Methyl plus methylene hydrogen to carbon,MMHC)。Williams[23]通过考虑5种两性氧化物、芳香族有机物和蜡含量各不相同的沥青,证实了沥青的化学组成对于沥青的损伤自修复性能有显著的影响。实验结果表明,沥青的损伤自修复性能随着两性氧化物含量的降低、芳香族有机物含量的升高而增强,而蜡含量对沥青损伤自修复性能影响很小。同时,杂质离子能促进沥青材料的自修复能力,如氮、氧、硫等。2009年,Santagata等[24,25]对70/100针入度的六种沥青材料进行了自修复能力试验,结果表明含有较低分子量化合物的沥青材料有更好的自修复能力。

1.2.2 物理性能

沥青针入度与软化点通常作为评价沥青物理性质的重要特征指标,它们能够综合反映沥青的粘弹性、塑性等各项物理力学性能。Bonnaure等[26]发现,高针入度和低软化点的沥青材料有较好的自修复能力。

1.2.3 表面自由能

2012年,Butt等[27]建议,沥青材料的流动性,潜在自由能,及表面自由能都对自修复能力有很大影响。增加沥青材料的流动性,自修复率相应增加。2000年,Lytton[28]将表面自由能分为两部分:利弗席兹-范德华力(Lifshitz-van der Waals)和路易斯酸-碱力(Lewis acid-base),利弗席兹-范德华力对短期自修复能力有负面影响,路易斯酸-碱力对长期自修复能力有积极作用。

1.2.4 添加剂

为了改善沥青混合料的某种特定性能,改性添加剂在实际工程中已经得到广泛应用,道路科研工作者对其在混合料损伤自修复性能方面的影响也开展了许多研究,但从研究成果看来并未取得一致见解。

Bahia等[29]分别研究了两种未改性沥青、两种塑性(Plastomers)改性沥青、两种弹性(Elastomers)改性沥青、两种氧化物(Oxidation)改性沥青的自修复性能,研究表明:改性沥青有较好的自修复性能,并进一步表明添加新型改性剂改善沥青材料自修复能力的设想。1995年,Lee[30]通过在基质沥青中添加SBS、SBR、GIL等不同的改性剂,发现SBS对沥青损伤自修复性能的促进作用最强;Carpenter[12]通过对改性沥青(PG70-22)的损伤自修复速率研究,验证了改性剂对沥青损伤自修复性能的积极作用。

但Kim等[23]在研究中发现添加SBS改性剂并未使混合料的损伤自修复能力有明显改善;且他们认为添加SBS或低密度聚乙烯(LDPE)反而会降低沥青材料的自修复能力,改性添加剂在沥青中以颗粒形式存在,它的体积膨胀性会导致沥青分子之间结合得更加紧密而难以流动,从而影响其自修复性能。

2001年,Little等[31]研究了熟石灰对沥青自修复性能的影响,他们发现熟石灰对沥青混合料损伤自修复性能的影响随着基质沥青的性质不同而发生变化,沥青的芳香族有机物含量较低时添加熟石灰对损伤自修复性能有利,反之亦然。他们认为引起这种不同现象的原因可能是熟石灰颗粒能够与基质沥青中的某些成份产生吸引或者发生相互作用,从而改变沥青的流动自修复性能。

2006年,Carpenter等[32]根据两种沥青材料的试验中发现,聚合物改性沥青的自修复能力比原沥青高很多,这可以解释聚合物改性沥青的路面疲劳寿命延长的原因。

综合各种改性添加剂对沥青混合料损伤自修复性能影响的观点,一般认为当混合料损伤十分微小时改性剂的本构关系能够约束裂缝的开展与传播,对混合料损伤自修复起有利作用,但当裂缝发展到一定的程度时,改性剂却因抑制沥青流动而对沥青混合料自愈产生不利影响。

1.2.5 体积特征

混合料的体积特征对沥青混合料的损伤自修复性能有重要影响。Franchen[33]、Williams[34]和Qiu[35]等的研究成果表明,沥青混合料的损伤自修复能力随着混合料的沥青含量、沥青饱和度的增大而增强,随着混合料的矿料间隙率、空隙率的增大而减弱。Grant等[36]的研究成果表明沥青混合料的集料级配和表面特性(影响混合料的骨架嵌合结构、颗粒接触和集料颗粒的沥青膜厚度)能对沥青混合料的损伤自修复性能产生影响,同时Grant的研究成果表明,级配较粗的沥青混合料具有更好的损伤自修复性能。Lee[9]在实验中发现沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)的损伤自修复能力优于其他种类沥青混合料。

综上所述,影响沥青材料的自修复能力的因素很多,本文仅仅从沥青材料本身进行了综述,外部因素如温度、间歇时间、荷载、损伤等级等,都对沥青材料的自修复能力有较大影响。因此,确定沥青材料的自修复能力影响因素为一项重大工程,必须抓主要因素,从某一方面增强沥青材料的自修复能力。

1.3 自修复能力评价方法

为了评估沥青的自愈能力,大多数研究人员将间隔时间很长的间歇加载序列应用在传统的连续疲劳荷载之间(如Castro、Sanchez、Kimet),用间歇期后沥青材料模量的恢复和疲劳寿命的延长来评估沥青的自愈能力。然而,这样的加载序列并不现实,路面不会每时每刻都在承受各种车辆载荷的作用,中间总有一些或长或短的间歇时间。因此Carpenter和Shen开发了一种间歇加载序列,用这种方法来研究热拌沥青混合料(HMA)的自愈能力。Shen使用类似的间断加载序列和耗散能量分析方法量化了沥青材料的自愈能力,并指出延长间歇时间能提高沥青材料的自愈效果;这项研究还将自修复率(HR)定义为:单位间歇时间损伤恢复速率,且自修复率受材料类型、温度、老化程度、荷载作用(应变水平和加载速率)的影响很大。尽管间断加载似乎是合理的,但由于机器和测试时间的限制,间歇时间不超过10s。

Shen等[37]研究沥青材料的自修复性能时,排除了沥青材料粘弹性恢复的影响,只用沥青材料自身的断裂自修复特性进行研究。试验结果发现,不同温度(15℃、20℃、25℃、30℃)和不同损伤等级(较低和较高)下,自修复发生时,伴随着粘弹性模量恢复,粘弹性模量的恢复较快,而断裂损伤自修复需要一段时间;高温和较低损伤等级时,断裂损伤自修复快且比较容易,可以分别从模量恢复能力、疲劳寿命自修复率和达到最佳愈合时所需最短时间得到。不同种类的沥青胶结料的断裂自修复能力不同,这是由它们的化学组成决定的。

谭练武[38]采用多级模糊综合评价法对混合料自修复性能有重要影响的18项评价指标进行全面的综合评判分析,并和现有研究对比,证实评价结果科学客观,能用于沥青混合料损伤自修复性能的一般评价。

黄明等[39]通过室内四点弯曲疲劳试验,采用单因素对比分析的方法,对橡胶沥青混合料疲劳性能的自修复能力的主要影响因素进行了系统研究,结果表明:疲劳自修复效率与沥青用量、自修复时间成正比,与试件破坏程度、空隙率、应变量大小成反比,在胶粉掺量(胶粉与橡胶沥青的质量比)为20%,自修复温度为60℃,荷载强度为5kPa时,疲劳自修复效率分别达到最佳。

综合各种评价方法,沥青材料自修复能力的评价方法复杂,试验方法难以和实际情况相吻合,因此,找到合适的沥青材料自修复能力评价方法至关重要。

2 自修复能力增强方法

荷载间歇时间是影响沥青材料疲劳损伤自修复能力的主要外因之一。在大交通量条件下,沥青路面荷载作用间歇时间短,沥青混凝土内部裂纹产生与发展速率大于裂缝自修复速率,最终易发生沥青混凝土疲劳开裂。为进一步增强沥青材料自修复能力,国内外学者借助生物体损伤恢复现象和机理,开展了采用能量供给、物质补充的方式激励沥青材料损伤裂缝恢复的研究。

2.1 电磁感应加热法

荷兰Delft大学的Liu等[40,41,42]通过对掺钢纤维的多孔沥青混凝土进行电磁感应加热,使沥青混凝土中的沥青被加热而愈合,达到了延长沥青混凝土路面服务寿命的目的,沥青混凝土中掺加的钢纤维的分布CT扫描图如图3所示。

感应加热的第一个前提是材料必须导电,研究表明:可以通过添加导电填料和纤维使沥青导电;第二个前提是填料和纤维能够相连形成闭合电路。图4为电磁感应能量用于沥青自修复的系统。当沥青出现微裂缝时,导电纤维或填料将在微裂缝周围形成闭合回路。线圈附近放置的磁敏感和导电材料将会使闭合回路中产生涡流。当涡流遇到电阻材料后,通过能量损失产生了热量,从而使沥青融化并封闭裂缝。

图4利用电磁感应加热沥青以实现裂缝修复Fig.4 Schematic representation showing the system of using fibers heated with induction energy to heal cracks in asphalt concrete

通过试验,给出了4个试样的变形曲线以及试样在经过6次加热、自修复、重新荷载作用下的应力应变曲线。由于测试过程中试样被冻结在-20 ℃,从而避免了蠕变,所以试样会发生脆性变形(弹性模量显然是增加的)。在修复过程中(感应加热)可以观察到裂缝消失。试验结果表明,试样在第5次修复后的电阻大约是初始的70%。此外,弹性模量非常相近,但修复后试样的极限强度下降较快。理论上是因为修复区的所有纤维被拉断,所以试样在修复区变得更脆。

2.2 微波加热法

Juan Gallego等[43]微波对混合料加热来提高混合料的自修复能力,且最优钢丝棉含量不足电磁感应加热含量的1/10,这能够节约很大的成本。此外,微波所用能量要远低于电磁感应产生相同效果的能量,如图5所示。

因此可在间歇期可采用微波加热来增强沥青路面的自愈性能,在其研究中,钢丝棉的含量为沥青混合物质量的0.2%已足够,且优选10mm长钢丝棉,钢丝棉的含量不足电磁感应的1/10。

2.3 微胶囊法

García等[44,45]在沥青混凝土中添加填充了粘结剂的微胶囊被认为是一种可以提高沥青混合料自修复能力的有效方法,并且可以避免老化影响路面的内部结构。图6展示了沥青混凝土中微胶囊的使用效果。当靠近微胶囊的地方产生裂缝时,微胶囊将会破碎并释放出粘结剂,然后与周围沥青接触,通过扩散,粘结剂与破损沥青结合,从而使沥青恢复并且封闭裂缝。与自发性自修复的沥青相比,这个使用微胶囊的方法可大幅度提高自修复速率。

但微胶囊很难在沥青混凝土中存在。这些微胶囊不能与沥青反应,并且还应能够承受骨料与沥青拌和过程以及路面压实时的180 ℃高温。此外,微胶囊又不能过于坚固而不利于破裂。为此,将粘结剂密封于多孔砂中,同时用环氧树脂和细砂裹附其外形成胶囊壁。研究表明这些新材料与微胶囊复合后可使沥青具有持续的自修复性能。

2.4 光修复法

周天澍[46]将制备的嵌有氧杂环丁烷壳聚糖的聚氨酯网络结构修复剂掺入到沥青当中,当沥青产生裂缝时,修复剂中的醚键和酰胺键就会断裂产生自由基,在紫外光照射下,这些自由基可以重新组合,重新组合的过程中可以修复产生裂缝的沥青。

此种方法借助了高分子材料的修复方法,但也有一定的局限性。一是高分子修复材料的价格昂贵,难以在实际沥青公路中实施;二是此种机理利用了紫外线的催化作用,而在实际路面中,太阳光中照射到路面中的紫外线含量很低,难以真正在实际中运用。因此研究在可见光条件下能对沥青路面实现修复的修复剂,这将大大提高修复剂的修复效率。

3 沥青材料自修复能力亟需解决的问题

沥青材料的自修复能力已被国内外学者所研究,虽然取得了一些研究成果,但尚未成熟。在研究过程中,有以下问题亟待进一步研究:

(1)尽管沥青材料的自修复性能已被广泛认可,并通过比较损伤试件间歇期前后的力学性能(如动态模量、抗弯性能、粘度)的增强来表征,但一直缺乏确切的试验方法去直观证实沥青材料自修复现象的存在。

(2)影响沥青材料自修复能力的因素众多,内部影响因素主要有沥青化学成份、沥青物理性质、表面自由能、混合料体积特性、添加剂等;外部影响因素主要有间歇时间、温度、荷载、损伤程度、沥青老化程度等。若采用单因素对比分析的方法,对沥青材料自修复能力的影响因素进行研究,将会是一项非常复杂的工程。

(3)尽管对沥青材料的自修复机理进行了初步研究,但完全了解自修复机理还有相当一段距离。何种因素触发自修复尚未完全了解,同时在不同荷载和温度条件下的自修复行为与机理的研究更为重要;此外,现有研究并没有评价裂缝尺寸及形状等等对修复行为的影响,这些问题都对自修复机理的充分了解非常重要。

(4)沥青材料自修复被动增强技术的提出,对今后的道路材料的发展尤为重要,但现阶段技术、条件等尚不成熟,很难应用到实际工程中。

(5)沥青路面疲劳寿命预估中并没有考虑沥青材料的自修复性能,因此路面设计过于保守,不利于经济型及环保型社会的发展。

4 结语

作为道路建设领域的高消耗材料,沥青材料被广泛应用。本文综述了沥青材料的自修复能力,包括沥青材料的自修复机理、自修复影响因素及自修复能力评价方法,并指出其中存在的问题。之后,又列举了近几年常用的沥青材料自修复能力被动增强技术,下一阶段的研究重点为长期稳定储存,裂纹一旦形成后即能进行快速高效自修复的材料,不论在理论上还是在实践上都具有很重要的意义。最后,指出在沥青材料自修复领域亟需解决的问题,为下一阶段的研究拓宽思路。

摘要：总结了国内外沥青材料自修复的研究现状及进展,从自修复机理、自修复能力影响因素及评价方法等方面来介绍沥青材料自修复能力的概况,并指出了国内外现有研究存在的主要问题;随后,概述了提高沥青材料自修复能力的方法:电磁感应加热法、微波加热法、微胶囊法、光催化修复法等先进技术,并指出各种方法的缺陷;最后,根据国内外现有研究,提出了下阶段研究的重点应为:根据自修复机理及影响因素,进行基质沥青选择及沥青混合料的组成优化设计,为真正实现自修复沥青路面提供理论基础。

篇4：自修复复合材料

割伤的皮肤、断裂的骨骼会随着时间自动愈合，而汽车喷漆的刮痕、飞机机翼的裂缝却没这种能力。据美国物理学家组织网1月12日报道，最近科学家研究出一种具有自修复能力的材料，只需紫外线照射就能重新长在一起，大大提高了产品的耐用性，也更容易维修。近日出版的德国国际专业杂志《应用化学》对这种材料进行了详细介绍。

以前开发的自我修复材料中，有些是其中包含有微小的胶囊，当材料遭到损坏时，胶囊会裂开并释放出一种化学作用剂，对材料进行一次性修复；还有的材料是含有一些凝胶物，虽然也能重复地进行自我修复，但修复后的材料强度和稳定性都不如以前。

现在，美国卡内基•梅隆大学和日本九州大学研究人员合作，共同开发出一种聚合物，经紫外线照射，不仅能多次自我修复，还可让完全分离的碎片重新长在一起。其原理是原子之间能反复地形成共价键，使修复后的材料既强韧又稳定。

這种新型聚合物材料是由三硫代碳酸盐（trithiocarbonate）交叉连接而成。碳原子和三个硫原子结合在一起，其中的两个硫原子的第二个键位又跟其他碳原子结合，这样形成的整体结构就具有了特殊的性质：在紫外光照射下能够重组。光照会使三硫代碳酸盐中的一个碳—硫键断裂，生成两个根（拥有一个不成对的自由电子的分子）。这种根非常活泼，很容易跟其他的三硫代碳酸盐发生反应形成新的碳—硫键，打破其他分子键同时又产生更多更自由的根。这种链式反应会一直进行，直到两个根再次互相反应才停止。

实验中，研究人员将聚合材料浸入液体内，或切成大块儿，反应都能顺利进行。将切开的边缘紧密地压在一起，用紫外线照射，边缘处会通过根的重组而长在一起。即使切成小碎片，只要把碎片压在一起进行照射，也能融合成一片完整的材料。由于同一片材料能反复地进行这种自我修复，它也能作为一种新型的可循环利用产品。（常丽君）

篇5：自修复复合材料

提出了一种基于模糊神经网络的模型参考自修复飞行控制结构,并对所使用的BP网络学习算法进行了分析改进.对比非故障和故障状态下的飞行仿真结果表明,改进后的自修复飞行控制方法可以有效地抑制神经网络的`“过学习”现象,减小了对神经网络辨识器精度的依赖程度,在故障条件下的补偿作用非常明显,达到了自修复飞行控制的目的.

作 者：王鹏 艾剑良 高明 WANG Peng AI Jian-liang GAO Ming 作者单位：王鹏,艾剑良,WANG Peng,AI Jian-liang(复旦大学,上海,33)

高明,GAO Ming(西北工业大学,陕西,西安,710072)

篇6：自修复复合材料

歼击机结构故障的检测与自修复控制律重构

针对鲁棒动态逆控制的.飞机,提出一种有效的故障检测新方法及自修复控制律重构方法.设计了一种基于理想模型的非线性故障检测器,通过监测残差信号,能够可靠地对各类故障进行辨识,并利用补偿信号来抵消故障舵面产生的影响,可以满足自修复飞行控制的实时性要求.

作 者：胡寿松 郭伟 张德发 Hu Shousong Guo Wei Zhang Defa  作者单位：胡寿松,郭伟,Hu Shousong,Guo Wei(南京航空航天大学自动控制系,南京,210016)

张德发,Zhang Defa(601研究所,沈阳,110035)

刊 名：航空学报  ISTIC EI PKU英文刊名：ACTA AERONAUTICA ET ASTRONAUTICA SINICA 年，卷(期)： 19(6) 分类号：V249.121 关键词：故障检测   输入重组   自修复控制  

篇7：自修复复合材料

目前，在汽车维修行业中普遍存在着一种错误观点：钣金维修技师只要熟练掌握操作技能，便可以对所有车型进行修复整形。这种观点是片面的。钣金修复相对于汽车的机、电修理，所需要掌握的技术也许还有一定差距，但是想要保质保量地完成事故车辆的修复工作，也并非易事。一名合格的钣金维修技师，除了要掌握相关的理论知识（如材料学、人体工程学、动力学、热处理工艺等），还要严格按照工艺流程规范操作，同时对车辆的车身结构、金属板材类型也要有清晰、准确的认识。随着现代汽车制造技术的飞速发展，汽车制造企业在车身生产中开始逐步使用新材料。在众多采用新材料的车辆中，有些是采用了合金钢、高强度钢和超高强度钢作为车身材料，还有些车身局部或整体采用了铝质板材，这些都将给维修工作带来新的难题。修复这些采用特殊钢质板材或铝质板材的事故车时，维修技师应在接受过相关培训的基础上，采用正确的修复工艺对车辆进行修复，只有这样才能保证特殊材料车身的修复质量。

一、使用铝材的意义及特性

近年来，汽车制造企业在汽车的结构设计、制造技术、材料选用等方面进行了大量的研究工作，希望能够研发出安全可靠、节能环保的新型汽车。而在通常情况下，车身的自重大约会消耗70％的燃油，所以，降低

汽车油耗研究的首要问题便是如何使汽车轻型化。使汽车轻型化应首先从材料轻量化入手，这样不但可以减轻车身自重、增加装载质量、降低发动机负载，同时还可以大幅减小底盘部件所受的合力，使整车的操控性、经济性更加出色。而有“轻金属”之称的铝金属，由于其质轻、耐磨、耐腐蚀、弹性好、比刚度和比强度高、抗冲击性能优、加工成型性好和再生性高等特点，成为了使汽车轻型化的首选材料。铝合金车身汽车也因其节能低耗、安全舒适及相对载重能力强等优点而备受关注。铝的用途比较广泛，它的密度为2.7×103kg/m3，约为钢铁、铜的1/3。由于密度较小，常用于制造汽车、火车、舰船、火箭和飞船等。近年来，铝在汽车上的使用呈逐年递增的趋势。局部或整体使用铝材的车型有很多，如宝马、奥迪、沃尔沃、陆虎等。提到铝质车身，很多人会将其与家中的铝锅、铝盆等厨房用具联系起来，认为它质地柔软，易发生变形。其实车身所使用的铝材基本都是合金铝，通过增减合金元素的配比和采用适当的热处理工艺等，使其达到所需性能。

目前，用于汽车车身板材的铝合金主要有Al-Cu-Mg（2000系），Al-Mg（5000系）和Al-Mg-Si（6000系）3种。6000系合金铝由于其可塑性好、强度高，成为许多汽车生产商的首选新型车身材料。如欧洲的汽车生产商一般会使用成型性能较好的6016合金铝作为主要的车身板材；而美国的汽车生产商则使用具有足够强度的6111合金铝作为车身的主要板材。对于车身的不同部位、不同构件，所使用铝材的合金成分、种类和热处理工艺也并不相同。如车辆的保险杠骨架、加强梁或侧防撞梁

等，所使用的铝材都应具有足够的强度和韧度，在发生碰撞时要有良好的吸能特性（比钢板增加50%左右）；车辆传动系使用铝质构件，不但具有足够的强度和韧度，同时还具备良好的导热能力。事实证明，汽车使用铝材确实取得了良好的社会效益和经济效益。当然，汽车使用铝材也存在一些不足。在生产铝质车身的汽车时，焊接铝质车身比焊接传统钢质车身能耗增加60%。而且一旦发生交通事故，铝质车身的维修费用较高。由于铝材的溶点较低、可修复性差，维修技师需要使用专用铝车身修复工具及特殊的工艺方法进行修复。

二、铝质车身修复应具备的条件

1.铝质车身的修复与传统钢质车身修复有很大的区别。维修技师不仅对铝材的特性要非常了解，还要对铝质车身的修复工艺、连接方式与接口形式、粘接剂与铆接工具等性能了如指掌。实际操作过程中，维修技师要时刻牢记安全注意事项。

2.需要独立的维修空间和防爆吸尘系统 铝质板材在打磨过程中会产生很多铝粉，吸入后不但对人体有害，而且在空气中易燃易爆，所以，在维修铝质车身时要设置独立的维修空间和防爆集尘、吸尘系统，以保证车身修复操作更加安全。

3.带有定位夹具的大梁校正器 车辆发生碰撞后，损伤部件经检查确认无法修复或修复后无法达到其原有性能时，就必须更换该部件。更换铝质部件时，其连接方式与钢质车身有很大区别。钢质车身的接缝处一般采用焊接方式，而铝质车身的连接处多采用粘接或粘接、铆接共用的连接方式。由于粘接剂固化时间长，如果不对更换部件进行定位，修复后的车身就很难恢复原技术尺寸。当校整架没有专用定位夹具时，使用辅助夹具或通用夹具固定是一种比较有效的方法。

4.专用的维修设备和工具 在进行铝质车身修复时，具备带有定位夹具的校整架是远远不够的，还要有专用的气体保护焊机、铝整形机、强力铆钉枪、铆钉取出器等设备和工具。在修复过程中，一定注意工具要单独摆放，不能与修复钢质车身的工具放在一起。修复钢质车身的工具残留有钢铁碎屑，如用其修复铝质车身，钢铁碎屑会对铝造成腐蚀。

三、如何正确修复铝质车身

1.铝质面板的修复 铝质板件的厚度通常是钢质板件厚度的1.5~2倍，其熔点较低，在加热时极易发生变形。碰撞变形后，受加工硬化的影响很难二次成形，如果强行修复会使损伤部位出现裂纹甚至发生断裂。所

以，当铝材受到一定程度的损伤后，应对受损部件进行分体或总成更换（生产厂家不建议修复）。在进行铝质结构件更换时，连接处一般很少采用钢质车身修复所采用的焊接方法，而是采用粘接或粘接、铆接共用的方法。由于更换铝质板材的费用比较高，所以，维修技师对一些轻微损伤的面板会采取某些方法进行修复。不过，修复工作应在充分了解铝材特性的基础上，小心谨慎地进行。

（1）由于铝材的可延展性较强，在受到碰撞后，很难恢复到原来的形状和尺寸。维修技师修复时可使用木锤或橡胶锤进行碾锤错位敲击，以减少铝材的延伸。如必须采取碾锤正位敲击，应采用多次的轻敲，否则将会加重铝材的损伤程度。铝板修复前，首先区分其变形的类型。对隆起部位使用木锤或橡胶锤进行弹性敲击，以释放撞击产生的应力，这样可减小坚硬折损处弯曲的可能性。凹陷部位修复时不要使其每次升起得太多，应避免拉伸铝材。在铝质面板修复时，也可使用铝整形机对损伤部位进行校整，在修复到位后使用专用工具将介子栽焊螺杆齐根剪下，打磨平整即可。对于钢车身来说，当面板和内层结构同时发生变形时，可以采取内外层分离，分别修整后折边咬合的修复方法。但对于铝质面板，就不能使用这种方法了。如果采用这种方法修复铝质面板，折边部位会由于铝的韧度较差而出现裂纹或断裂。

（2）在进行铝板校正前，应对铝板进行适度的加热，这与传统的钢板修复有着明显的区别。校正钢板一般应尽量避免加热，以免降低钢板的

强度。而在修复铝板时，必须利用加热的方法增加铝板的可塑性。如果不加热，施加校正力会引起铝板开裂。但由于铝熔点较低（660℃），如加热过量会造成铝材变形或熔化。所以，在对铝板进行加热前，应使用120℃的热敏涂料或热敏“笔”在损伤部位周围，画一个半径20~30mm的环状标志。这样在加热过程中可以通过颜色的变化，对温度进行实时监控。

（3）当铝质面板发生延伸时，可采取热收缩的方法进行处理。操作时应缓慢冷却收缩部位，不可使其急速降温，从而避免过度的收缩造成板材变形。另外，铝板修复时禁止使用钢质车身修理时所使用的收缩锤或收缩垫铁，以免造成损伤部位开裂。

2.铝质板材的焊接合金铝在通常情况下是可以使用惰性气体焊接的。但是，由于在焊接过程中的退火作用，焊接处的强度损失较大。修复后，车辆自身振动和行驶的颠簸会造成焊接处产生裂纹。所以，铝质车身修复中一般很少采用焊接的方式（少数生产厂家也允许采用焊接方法），而通常是采用粘接或粘接、铆接共用的方式。但尽管如此，焊接在铝质车身修复中也并不是可有可无的。在进行结构件更换时，通常需要在结构件之间使用焊接的方法，以增强车辆的整体性和导电性。在焊接时要注意以下几点，以确保最终维修质量。

（1）在进行铝焊接时，除按操作规范做好车身的防护工作外，还应注意金属镁或铝镁合金是不能焊接的。因为该金属易燃烧，一旦发生燃烧灭火器无法将其扑灭，而只能使用一种特制的化学制剂。所以在进行铝车身修复前，应查看相关资料以确认板材的成分，并严格按照厂家的要求进行修复操作，不该焊接的部位绝不能进行焊接。

（2）焊接前应使用石蜡或油脂清除剂对焊接部位进行清洁。对表面有涂层的部位，应使用装有80号砂轮的砂轮机磨去周围的涂层，使金属表面裸露出来，从而保证焊接质量。

（3）按照焊机的使用说明调整电压和送丝速度，但说明书上给出的数值一般只是大概的数值，维修技师应该根据自己的经验和实际情况做出相应的调整。进行钢质车身焊接时，电压和送丝速度调整到正常值，焊接部位会发出平稳清脆的“吱吱”声，而铝材焊接时会发出平稳沉闷的“嗡嗡”声。

（4）在进行铝质板材焊接时，应使用铝焊丝和100%氩气，相对于焊接钢质车身气体流量应增加50%；焊枪与焊接部位应接近垂直，并且采用正向焊接法（左焊法），不能在铝板上进行逆向焊接（向前推焊接），以免熔池过热造成塌陷或击穿；进行立焊时，应从下面开始向上焊接。

3.板件的更换 铝质车身板件受到撞击无法恢复时，应采取局部或整体更换的方法进行修复。特别是由于铝质板材因为硬化，损伤部位出现裂纹或断裂现象时就应该使用此方法了。铝质板件的更换是铝质车身修复时较为常用的一种方法。

（1）分离铝质板件时，可使用切割锯、切割砂轮、錾子等工具，与钢质车身的板件分离没有太大区别，但乙炔-氧气切割在铝质板件分离时禁止使用。另外，由于铝质车身的铆钉通常是由高强度特殊合金材料（如硼钢）制成，所以铆钉是无法采取传统钻除方法去除的。正确的方法是，在铆钉顶部使用专用焊机焊接介子销钉（不可重复使用），然后用专门的拉拔工具将铆钉拔出。介子销钉焊接前，应对铆钉顶部的漆面进行打磨，在拉拔时，专用工具应与铆钉呈垂直状态。

（2）传统的车身通常使用机械紧固和焊接等两种连接方法，而铝质车身的构件大部分是通过粘接或粘接、铆接共用的方式连接在一起的。所以，更换铝质板件应严格按照厂家的技术要求，选用原厂提供的零部件或总成，正确选择切接位置和连接方式。我们知道，在进行钢质车身修复时，常用的连接方式可分为平接、插入件平接和搭接等三种方式。在更换铝质板件时，这三种方式依然适用。不过只有少数的厂家允许采用

平接（焊接）方式，笔者在此不作过多介绍。铝质板件更多的是采用插入件平接和搭接。进行插入件平接时（如纵梁的梁头、下边梁、门立柱），一般也可分为两种方法。一种是板件分离后，将插入件（厂家提供或自制）轻轻敲入，对更换部件精确定位后，在切割线的两侧钻出与铆钉相匹配的孔，然后将插入件取出，在去除毛刺、清洁、除潮湿等准备工作后，使用特制胶枪在外侧均匀涂抹专用粘接剂，再次将插入件放入，测量无误后按照已经打好的孔，使用专用铆钉进行拉铆即可。另一种方法是在准备切割的直线上间隔钻出铆钉的备用孔，然后沿此直线进行切割分离。将插入件放入并与所要更换板件定位，在已经钻好孔的位置进行重新钻孔，将插入件取出，做好所有的准备工作后打胶，再次将插入件放入，定位后拉铆即可。在采用搭接方式更换板件时，除常规的方法外，有时为获得足够的强度和满意的视觉效果，特别是一些不适合采用插入件平接的部位，可采用厂家提供并做好预先处理的零部件进行搭接。这种方式在一些比较直观的部位使用较多，如车身的后翼子板等处。

（3）相对于钢质车身修复，铝质车身板件更换的定位工作更为重要。铝质车身粘接部位的粘接胶需要较长的固化时间（25℃时需要36h）。如果胶在固化后车身尺寸发生了位移或变动，那可以说是灾难性的。所以，测量后必须使用定位夹或通用夹具对更换部件进行定位。在铝质车身修复时，还有很多注意事项应该引起我们足够的重视，如铝质车身上的一些特殊颜色的螺栓，拆卸后应按照厂家的要求进行更换，绝不可

重复使用。在进行板件更换时，还应对粘接胶和各种专用工具的性能、注意事项和使用方法做全面的了解。

总之，从事铝质车身修复工作必须接受专业化的培训，只有这样才能保证铝质车身的最终修复质量。)

铝车身的结构和维修

随着汽车技术的飞速发展，汽车制造企业在汽车的结构设计、制造技术、材料选用等方面进行了大量的研究工作，希望能够研发出安全可靠、节能环保的新型汽车。而在通常情况下，车身的自重大约会消耗70％的燃油，所以，降低汽车油耗研究的首要问题便是如何使汽车轻型化。使汽车轻型化应首先从材料轻量化入手，这样不但,可以减轻车身自重、增加装载质量、降低发动机负载，同时还可以大幅减小底盘部件所受的合力，使整车的操控性、经济性更加出色。而有“轻金属”之称的铝金属，由于其质轻、耐磨、耐腐蚀、弹性好、刚度和强度高、抗冲击性能优、加工成型性好和再生性高等特点，成为了使汽车轻型化的首选材料。铝合金车身汽车也因其节能低耗、安全舒适及相对载重能力强等优点而备受关注。

铝在汽车上的使用呈逐年递增的趋势。局部或整体使用铝材的车型有很多，如宝马、奥迪、沃尔沃、陆虎等。车身所使用的铝材基本都是合金铝，通过增减合金元素的配比和采用适当的热处理工艺等，使其达到所需性能（图一）。目前，用于汽车车身板材的铝合金主要有Al-Cu-Mg（2000系），Al-Mg（5000,系）和Al-Mg-Si（6000系）3种。6000系合金铝由于其可塑性好、强度高，成为许多汽车生产商的首选新型车身材,料。如欧洲的汽车生产商一般会使用成型性能较好的6016合金铝作为主要的车身板材；而美国的汽车生产商则使,用具有足够强度的6111合金铝作为车身的主要板材。对于车身的不同部位、不同构件，所使用铝材的合金成分、种类和热处理工艺也并不相同。如车辆的保险杠骨架、加强梁或侧防撞梁等，所使用的铝材都应具有足够,的强度和韧度，在发生碰撞时要有良好的吸能特性（比钢板增加50%左右）；车辆传动系统使用铝质构件，不但具有足够的强度和韧度，同时还具备良好的导热能力。事实证明，汽车使用铝材确实取得了良好的社会效益和经济效益。

新款奥迪A8（图二）在所有D级别车型中有着最轻的车身，在车型参数中，它的重量要比同等车型的钢制车身轻50%。因此，奥迪A83.7quattro车型仅重1770公斤。在豪华车型中，这个优点对动力性能和燃油经济性有着双重的价值。新款奥迪A8全铝车身仅重69公斤，车头的核心部件是作为大铸件的水箱架，它连接两侧的A柱。上一代A8的水箱架由7个零件构成，改进后的结构将重量从5公斤多减少到了3公斤。A柱本身也由两个弧型大铸件组成，它们与底盘架和一体

式车顶围绕在一起，这两个锻造件及其通道结构确保了车身的扭转刚度。车身框架前部的纵向支架是分开两片的设计，以便万一前部发生碰撞时维修方便。车身框架的后部是全新的开发成果。因为更为严格的后部碰撞安全法规和空气悬架要求其结构有更大的刚性。一个大型整体铸件与车梁纵向连接，这个铸件同时支撑着车身后部整个的框架。如此高的刚性保证了油箱在车身后部发生碰撞时能够安全正常的使用。车身的前后结构通过顶架、车梁、乘客座位、B柱以及底盘架连接在一起，形成了一个整体空间框架。B柱也是大型多功能铸件，除了装配车门外，还能满足车身中部受到侧向撞击时的安全要求。它保证了奥迪A8车身在振动中的乘坐舒适性：它与顶架和车梁的连接质量，确保了整个车身框架的刚性。新A8的侧面面板由一个从A柱一直延伸到车身后部的整体部件组成。与车顶一样，侧面面板也是由激光焊接而成用以支撑车身结构。

新款奥迪A8 当然，汽车使用铝材也存在一些不足。在生产铝质车身的汽车时，焊接铝质车身比焊接传统钢质车身能耗增加60%。而且一旦发生交通事故，铝质车身的维修费用较高。由于铝材的溶点较低、可修复性差，维修技师需要使用专用铝车身修复工具及特殊的工艺方法进行修复。铝车身维修的硬件需求有：

1.铝车身专用气体保护焊（图三）和介子机（图四）。由于铝的熔点低，易变形，焊接要求电流低，所以必须采用专用的铝车身气体保护焊。介子机也不能像普通介子机一样去点击拉伸，只能采用专用的铝车身介子机焊接介子钉，使用介子钉拉伸器进行拉伸。SPANESI铝车身专用气体保护焊

2.专用的铝车身维修工具（图五）、强力铆钉枪（图六）。与传统事故车维修不同的是，修铝车身大部分采用铆接的维修方法，这就必须要有强力铆钉枪。而且修铝车身的工具一定要专用，不能与修铁材质车的工具混用。因为修完铁材质车工具上会留有铁屑，如再用来修铝车身，铁屑会嵌入铝表面，对铝造成腐蚀。SPANESI铝车身专用介子机

3.防爆集尘吸尘系统（图七）。在打磨铝车身过程中，会产生很多铝粉，铝粉不但对人体有害，而且易燃易爆，所以要有防爆炸的集尘吸尘系统及时吸收铝粉。

SPANESI(斯潘内锡)多功能供气供电防爆集尘吸尘系统

4.带定位夹具的大梁校正仪（图八）。铝车身修复常使用换件修理，维修过程中需要粘接、粘接铆接和焊接，首先需要对部件进行定位（定位夹具大梁校正仪的详解见本杂志第5期72页），如果没有定位，车身技术尺寸很难保证准确。使用SPANESI(斯潘内锡)带定位夹具的大梁校正仪校正全铝宝马车身

5.独立的维修空间（图九）。由于铝车身修复工艺要求严格，保证汽车维修质量

和维修操作安全，避免铝粉对车间的污染和爆炸，要设立独立的铝车身维修工位。SPANESI(斯潘内锡)多功能全封闭铝车身维修间

另外对铝车身的维修人员要进行专业的培训，掌握维修铝车身的维修工艺，如何定位拉伸、焊接、铆接、粘接等。

维修操作中的注意事项：

1.铝合金板材的局部拉伸性不好，容易产生裂纹。如发动机罩内板因为形状比较复杂，在车身制造时为了提高其拉延变形性能采用高强铝合金，延伸率已超过30%。所以在维修时要尽可能地保证形状不突变，以避免产生裂纹。2.尺寸精度不容易掌握，回弹难以控制，在维修时要尽可能采用定位固定和加热释放应力等方法使其稳固不会产生回弹等二次变形现象。3.因为铝比钢软，在维修中的碰撞和各种粉尘附着等原因使零件表面产生碰伤、划伤等缺陷，所以要对模具的清洁、设备的清洁、环境的粉尘、空气污染等方面采取措施，确保零件的完好。

奥迪A6事故修复后跑偏现象的排除 顾平林

一部奥迪A62.8轿车，在一非专业维修站进行事故碰撞修复后出现跑偏，啃胎现象，来到我们马自达4S店，要求解决这一故障,在举升机上升车后，我们进行简单测量后发现：固定后元宝梁的四个螺栓间的距离尺寸不符合奥迪A6轿车的技术数据存在偏差，对角线长度数据差在2cm左右。据此，我们认定此车在上次的事故碰撞修复过程中，使用的工具设备落后，没有参照奥迪A6轿车的车身大梁数据图册，进行了简单粗暴的拉伸修复。根据此故障必须进行前部机仓拆解，使用专业的大梁测量系统，进行进一步的认真仔细的测量，更换元宝梁等部件。使用专业的轿车大梁拉伸设备，重新拉伸校正，才能解决跑偏、啃胎问题。在与车主、原车险保险公司间协调后，同意在我公司使用奔腾2000系统车身大梁校正、测量设备，重新进行对大梁拉伸、测量校正修复。

为了更一步的了解此车的碰撞损伤状况，准确进行二次拉伸校正，我们拆除了发动机仓内的发动机及整个的前悬架系统，在奔腾2000车身大梁校正仪上，结合奔腾公司提供使用的AudiA6轿车车身大梁修复数据图册，进行了多次认真仔细的测量工作，结果的数据显示：该车的前右纵梁虽然没有明显的外伤，可它固定元宝梁的两个螺母所在，也已经发生损伤，上螺母的平面歪斜，但它们的前后距离、高度尺寸符合要求，螺母的歪斜严重地影响了元宝梁固定后前悬架系统的整体坐标；前左纵梁有明显没有展开的折痕，前端有使用氧—乙炔焊的痕迹。各要点的坐标数据与标准数据尺寸存在严重差距；

三、拆去前左翼子板还发现：翼子板的支承固定梁也有拆痕，前端还使用了一个φ8的螺母调整该翼子板的高度。以上三点，足以表明该车前次的拉伸修复是失败的，简单、野蛮的操作、不正确的焊接措施直接影响了该车的修复质量和结果。

我们根据奔腾2000车身大梁校正仪使用的工作要求，将此车在校正台上准确固定，车辆中心面（线）与校正平台中心线的重合将是该车重新拉伸、校正测量的关键。我们动用了大量的人力，使用了大梁校正仪的拉伸系统，将该车在校正平台上进行了准确定位，轿车底部裙边的夹紧固定均遵从奥迪A6轿车的自身特点，正确固定、精确定位。在整体车身固定完以后，我们使用奔腾2000的配套测量

系统测量整个车身，特别是前机仓内的几个重要固定点：元宝梁的四个固定点，两前减震器的上固定点，前保险杠的固定点，进行了多次反复的测量、记录，我们首先对前右纵梁根据奔腾2000拉伸设备，测量系统及奔腾公司提供的数据，使其达到了标准数据册中的数据要求，固定元宝梁的两个歪斜螺母也使用了氧—乙炔焊，严格控制加热温度，进行了校正定位。关键是前左纵梁的拉伸校正：

1、长度的拉伸校正；元宝梁的后固定点在该车上的三围坐标符合标准，前固定点由于该纵梁上存在折痕有1.5cm的短小，需要拉伸，我们在向前拉伸过程中，对折痕周围严格控制了加热温度370度—480度，加热时间也在3分钟以内，加热部位选择在纵梁棱角上，并多次反复测量、拉伸，以防拉伸过度。最终使两点之间的距离达到了数据图册的要求。对其高度的测量也随后进行并同时进行拉伸校正，使其达到了图册要求，同时我们也对前桥前固定点间的距离（813±2mm），前桥后固定点之间的距离（620±2mm），前桥固定点对角线的距离（901±2mm），进行了精确测量，在确定达标后，我们对前元宝梁进行了先行安装固定，以保证后期对减震器支座固定点的测量校正不会受到影响。接下来的工作就是对其减震器支座固定点测量、拉伸校正。这里我们注重了减震器支座外固定点之间的距离（1070±2mm）的测量对比，对车身测量坐标数据的对比，发现前左支座固定点内移了1.5cm，高度的数据误差在允许范围内，就此我们将前左减震器支座外固定点向外进行了水平拉伸，同时锺击有关的力点消除应力，使其两减震器支座外固定点之间的距离达到了1070±2mm的要求。剩下的前左翼子板与支承梁的拉伸就显得简单了，直接对照翼子板的固定孔进行拉伸修复即可。

最后，试装翼子板、前机盖、水箱框架、保险杠、大灯等，通过调整各自的配合间隙，使其外在达到了奥迪A6轿车的要求。

我认为，进行这样的二次修复校正是科学的，符合奥迪A6轿车的技术要求的，当然，最终进行四轮定位时，只通过简单的部件调整，对存在毛病的部件进行更换，四轮定位所要求的数据在我们意料中都达到了要求，试车的结局皆大欢喜，我们成功的完成了对该车的二次“拉伸、校正”工作。这里应该强调在对事故碰撞损伤车辆拉伸、校正的过程中，车辆中心面（线）与车身大梁校正平台中心线的重合或平行的重要性，正确合理的使用“中心面（线）与平台中心线”技术是能够科学、精确的对事故车辆测量，准确拉伸定位的，完全可以做到一次拉伸定位，成功修复事故碰撞车辆的。

*文中所沿用的技术数据是结合奥迪A6轿车维修手册，奔腾2000测量系统提供的技术参数。

一部奥迪A62.8轿车，在一非专业维修站进行事故碰撞修复后出现跑偏，啃胎现象，来到我们马自达4S店，要求解决这一故障,在举升机上升车后，我们进行简单测量后发现：固定后元宝梁的四个螺栓间的距离尺寸不符合奥迪A6轿车的技术数据存在偏差，对角线长度数据差在2cm左右。据此，我们认定此车在上次的事故碰撞修复过程中，使用的工具设备落后，没有参照奥迪A6轿车的车身大梁数据图册，进行了简单粗暴的拉伸修复。根据此故障必须进行前部机仓拆解，使用专业的大梁测量系统，进行进一步的认真仔细的测量，更换元宝梁等部件。使用专业的轿车大梁拉伸设备，重新拉伸校正，才能解决跑偏、啃胎问题。在与车主、原车险保险公司间协调后，同意在我公司使用奔腾2000系统车身大梁校正、测量设备，重新进行对大梁拉伸、测量校正修复。

为了更一步的了解此车的碰撞损伤状况，准确进行二次拉伸校正，我们拆除了发动机仓内的发动机及整个的前悬架系统，在奔腾2000车身大梁校正仪上，结合奔腾公司提供使用的AudiA6轿车车身大梁修复数据图册，进行了多次认真仔细的测量工作，结果的数据显示：该车的前右纵梁虽然没有明显的外伤，可它固定元宝梁的两个螺母所在，也已经发生损伤，上螺母的平面歪斜，但它们的前后距离、高度尺寸符合要求，螺母的歪斜严重地影响了元宝梁固定后前悬架系统的整体坐标；前左纵梁有明显没有展开的折痕，前端有使用氧—乙炔焊的痕迹。各要点的坐标数据与标准数据尺寸存在严重差距；

三、拆去前左翼子板还发现：翼子板的支承固定梁也有拆痕，前端还使用了一个φ8的螺母调整该翼子板的高度。以上三点，足以表明该车前次的拉伸修复是失败的，简单、野蛮的操作、不正确的焊接措施直接影响了该车的修复质量和结果。

我们根据奔腾2000车身大梁校正仪使用的工作要求，将此车在校正台上准确固定，车辆中心面（线）与校正平台中心线的重合将是该车重新拉伸、校正测量的关键。我们动用了大量的人力，使用了大梁校正仪的拉伸系统，将该车在校正平台上进行了准确定位，轿车底部裙边的夹紧固定均遵从奥迪A6轿车的自身特点，正确固定、精确定位。在整体车身固定完以后，我们使用奔腾2000的配套测量系统测量整个车身，特别是前机仓内的几个重要固定点：元宝梁的四个固定点，两前减震器的上固定点，前保险杠的固定点，进行了多次反复的测量、记录，我们首先对前右纵梁根据奔腾2000拉伸设备，测量系统及奔腾公司提供的数据，使其达到了标准数据册中的数据要求，固定元宝梁的两个歪斜螺母也使用了氧—乙炔焊，严格控制加热温度，进行了校正定位。关键是前左纵梁的拉伸校正：

1、长度的拉伸校正；元宝梁的后固定点在该车上的三围坐标符合标准，前固定点由于该纵梁上存在折痕有1.5cm的短小，需要拉伸，我们在向前拉伸过程中，对折痕周围严格控制了加热温度370度—480度，加热时间也在3分钟以内，加热部位选择在纵梁棱角上，并多次反复测量、拉伸，以防拉伸过度。最终使两点之间的距离达到了数据图册的要求。对其高度的测量也随后进行并同时进行拉伸校正，使其达到了图册要求，同时我们也对前桥前固定点间的距离（813±2mm），前桥后固定点之间的距离（620±2mm），前桥固定点对角线的距离（901±2mm），进行了精确测量，在确定达标后，我们对前元宝梁进行了先行安装固定，以保证后期对减震器支座固定点的测量校正不会受到影响。接下来的工作就是对其减震器支座固定点测量、拉伸校正。这里我们注重了减震器支座外固定点之间的距离（1070±2mm）的测量对比，对车身测量坐标数据的对比，发现前左支座固定点内移了1.5cm，高度的数据误差在允许范围内，就此我们将前左减震器支座外固定点向外进行了水平拉伸，同时锺击有关的力点消除应力，使其两减震器支座外固定点之间的距离达到了1070±2mm的要求。剩下的前左翼子板与支承梁的拉伸就显得简单了，直接对照翼子板的固定孔进行拉伸修复即可。

最后，试装翼子板、前机盖、水箱框架、保险杠、大灯等，通过调整各自的配合间隙，使其外在达到了奥迪A6轿车的要求。

我认为，进行这样的二次修复校正是科学的，符合奥迪A6轿车的技术要求的，当然，最终进行四轮定位时，只通过简单的部件调整，对存在毛病的部件进行更换，四轮定位所要求的数据在我们意料中都达到了要求，试车的结局皆大欢喜，我们成功的完成了对该车的二次“拉伸、校正”工作。这里应该强调在对事故碰

篇8：微胶囊自修复材料塑性参数的研究

关键词：纳米压痕实验,塑性参数,有限元模拟,微胶囊

智能材料自20世纪90年代以来, 已成为材料科学研究的热点, 它模仿生物材料, 具有感知和激励功能。微胶囊自修复复合材料是具有裂纹自我修补功能的智能材料之一。它是Scott White等[1]发明的一种在材料中分别混入含有黏结剂和固化剂微型胶囊的复合材料, 当微胶囊在外力作用或环境变更作用下破裂, 释放其中包含的修复剂, 修复剂经过一系列反应固化成基体材料, 从而现实了材料的自修复功能, 延长了材料的使用寿命, 增加构件的安全系数。

对于微胶囊自修复材料, 其修复机理和功能实现方面都做了很多研究。而对于微胶囊自修复复合材料中各自材料的性能, 无法用普通的实验方法来测定, 并且由于尺寸效应的影响, 微胶囊壳的强度会随着尺寸的减小而提高, 不宜用放大的模型做模拟实验来提供参考[2]。传统压痕测试技术已经无法满足这种材料的需要。而近些年发展的纳米压痕技术能有效的用于研究这些材料的力学性能。由于纳米压痕实验中施加的是超低载荷, 其监测传感器具有1nm的位移分辨率, 因此可获得纳米级的压痕, 非常适用于试样尺寸较小的材料。

进行纳米压痕实验可以得到载荷-位移曲线, 并根据经验公式可计算出材料的弹性模量, 硬度等参数, 但其塑性参数不易计算得出, 而材料的塑性性能对分析和设计都十分重要。

对此, 本文对自修复体系中材料的塑性性能展开研究。通过使用有限元方法, 对纳米压痕实验进行模拟来确定材料的塑性参数, 并可将此塑性参数用于微胶囊自修复其他性能的模拟分析。

1 纳米压痕实验

微胶囊自修复体系中材料的基本性能就是通过纳米压痕实验获得的。纳米压痕实验分为两个过程:加载过程和卸载过程。

在加载过程中, 给压头施加外载荷, 使之压入试样表面, 当载荷达到最大值时, 进入卸载过程, 移除外载荷, 样品表面会存在残留的压痕痕迹, 并可以绘制出整个过程的载荷-位移曲线。对曲线进行分析可计算出材料的硬度, 弹塑性参数等。

对于微胶囊自修复材料的载荷-位移曲线, 使用张伟等文中[2]测的的实验结果, 其微胶囊壳与环氧树脂材料的载荷-位移曲线如图1所示, 最大压痕深度为1200nm。

根据曲线利用经验公式计算得到微胶囊壳与环氧树脂材料的弹性模量分别为:5.165GPa和5.828GPa。

2 有限元模拟

根据压痕曲线得到了材料的弹性参数和硬度, 但其塑性参数却不易根据曲线获得。在数学模型中包含材料塑性性能分析是十分复杂的问题, 直接获得解析解比较困难。研究材料的塑性问题是通过有限元方法进行数值仿真来进行。

对于微胶囊自修复体系中材料的塑性性能研究, 我们使用有限元方法, 对纳米压痕实验过程进行模拟, 通过反推的方式得到材料的塑性参数。

2.1 几何模型及网格

在纳米压痕实验中, 采用Berkovich压头, 在有限元模型中采用半锥角为70.3°的圆锥压头代替。

实验过程中压入的最大深度1.2μm, 其试样需要选择合适的厚度。若试样厚度较小, 其结果包含了支座的影响, 若试样厚度太大, 划分的网格数目增加, 计算效率降低, 在实际实验时试样厚度为压入深度的10倍左右。综合上述考虑, 我们在有限元模型中设置试样的厚度为20μm。

由于压痕过程中载荷及试样具有对称性, 因此选取四分之一模型进行模拟。同时压痕过程中应力和应变比较集中, 采用梯度网格划分方式。纳米压痕实验的有限元几何模型和网格如图2所示。

2.2 模型材料

在纳米压痕实验的有限元模型中, 分为被测试样材料模型, 压头和支座材料模型。

被测材料均为高分子材料, 并看作是均匀, 各向同性的, 其弹性模量根据实验计算得出, 见表1。其塑性采用各向同性强化, 多线性塑性模型。由于被测材料塑性参数未知, 因此对塑性数据进行预设。

压头和支座相对与被测材料可看成是刚体材料, 因此在建模时, 采用解析刚体方式建模。

2.3 分析步, 接触关系, 边界条件及载荷

根据实际工况, 纳米压痕实验分为加载和卸载过程, 其加载速率缓慢, 可看作为准静态过程, 采用一般静态分析步。同时根据加载和卸载过程在有限元分析中设置两个分析步:

(1) 加载过程, 静态分析步, 对压头头施加1.2μm的位移载荷;

(2) 卸载过程, 静态分析步, 使压头回到初始位置。

由于只取了四分之一模型进行计算, 在加载和卸载过程中, 对试样的两个内端面需要设置对称边界条件, 如图3所示。同时需要固定压头除压入方向之外的所有自由度, 防止压头产生其他方向上的平动。

在压头压入过程中, 伴随着接触过程的发生, 对此在有限元模型中需要建立压头与试样的接触关系和试样与支座的接触关系, 两种接触关系均采用无摩擦硬接触关系, 如图4所示。

2.4 计算结果分析

对模型进行提交计算, 可以查看整个过程压入部位的应力场, 应变场分布及位移变化情况。

随着加载过程的进行, 试样压入点位移, 应力逐步增大, 在压入最深时刻达到最大值, 随后进行卸载过程, 压入点应力迅速减小, 并产生回弹, 位移减小。图5显示了压头压入最深时刻的应力状态。

对于计算结果, 关键是整个过程的载荷-位移曲线, 需对其进行提取绘制。

如前所述, 对压头施加的是位移载荷, 但可以将压头所受的反作用力作为外载荷。根据加载和卸载过程, 可以提取出压头的受力情况。另外我们采用了四分之一模型, 因此需将此力的4倍大小看作为完整模型施加的外载荷。同时提取压入点的位移曲线, 最后将载荷曲线与位移权限结合绘制出载荷-位移曲线。

3 塑性参数的确定

为了确定材料的塑性参数, 我们使用反推的方法来获得, 其方法为:对某次预设塑性参数下的计算结果, 进行绘制载荷-位移曲线, 与实验得出的曲线进行比较。然后通过不断改变预设塑性参数, 使得有限元模拟的载荷-位移曲线与实验测的曲线基本符合后, 提取压入点的应力-应变曲线, 作为被测材料的塑性参数即应力-应变曲线。

根据上述方法, 通过反复设置材料塑性参数, 并分析结果, 得到微胶囊壳体和环氧树脂材料最终得到的载荷-位移如图6所示。

同时在上述预设塑性参数的计算结果下, 分别提取微胶囊壳体试样和环氧树脂试样压入点的应力-应变曲线如图7, 图8所示, 做为最终的塑性参数。

4 结论

纳米压痕实验可以很好地测量受尺寸效应影响材料的力学性能, 根据计算可以获得材料的弹性模量, 硬度等, 但这些参数是有限, 特别是材料的塑性参数不易获得。通过对纳米压痕实验的全过程进行模拟, 通过预设塑性参数的方法, 比较有限元结果与实验结果, 最终可得到材料的应力-应变关系。由于本次模拟中预设的塑性数据点不够多, 有限元结果与实验结果仍有一定误差, 但尚可接受, 因此这种方法是获得材料塑性参数的有效方法。

参考文献

[1]White S R, Scot tos NR, et al.Autonomic healing of poly-mer composite[J].Nature, 2001, 409 (2) :794.

[2]张伟, 辛毅.自修复微胶囊制备及微纳力学性能[J].化工学报, 2008, 59 (6) :1595-1599.

[3]庄茁, 张帆, 芩松, 等.ABAQUS非线性有限元分析与实例[M].北京:科学出版社, 2005.

[4]黄勇力.用纳米压痕法表征薄膜的应力-应变关系[D].湘潭大学材料物理与化学系, 2006.

[5]刘扬, 陈定方.基于纳米压痕技术和有限元仿真的材料力学性能分析[J].武汉理工大学学报, 2003, 27 (4) :690-693.

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