物质均匀性范文

物质均匀性范文（精选6篇）

物质均匀性 第1篇

标准物质的均匀性是标准物质的最基本的属性之一, 它是用来描述标准物质的特性空间分布特征的。根据均匀性的定义:物质的一种或几种特性具有相同组分或相同的结构状态, 通过检验具有规定大小的样品, 若被测量的特性值均在规定的不确定度范围内, 则该标准物质对这一特性来说是均匀的, 对标准物质进行了均匀性检验。在确定标准物质样品抽样单元数目时, 考虑到抽取单元数目对样品总体要有足够的代表性, 当总体样品的单元数较多时, 抽取单元数也相应增多。参考每批标准滤光片数目, 小于30个, 并采用逐片定值的方法测量, 故而抽取不同型号标准物质3片作为样例来进行分析。

2均匀性检测方法

本标准物质均采用方差分析法

我们认为不同试验室在等精度情况下测试多组数据

m个样品, n个测试组:

样品的均匀性良好。由于标准物质是逐片进行定值的, 每一片, 经切割研磨处理后, 由于其加工精度有限, 就每一类标准物质而言, 其两个表面的平面性和平行性都存在一定的误差, 分别对标准物质的上、中、下、左、右五个部位进行测量。

反射罩光学设计与均匀性仿真 第2篇

在大多数情况下直接应用普通光源很难满足所辐照的技术指标,根据辐照面积和辐照均匀性等要求,对光源进行二次光学设计是非常有必要的,例如进行反射罩设计.常用的反射罩曲面大都是有焦曲线,如抛物线、椭圆等曲线的回转体[1],普遍应用于要求较低的场合;对于辐照均匀性要求较高的反射罩,也可以通过求解偏微分方程组求解自由曲面[2,3],但求解偏微分方程组比较繁琐,工作量比较大,常用于辐照面积较小的场合.

辐照均匀性是太阳模拟器的主要技术指标之一,小面积太阳模拟器常使用光学积分器来达到均匀光的效果[4].由于辐照面积和热量问题,在大面积太阳模拟器中添加光学积分器不太现实,为了能有效地利用光源发出的光通量,使辐照面上获得符合要求的照度,必须合理设计反射罩的形状.

非成像光学[5]从光源的发光特性和目标面所要求的光强分布出发,以能量利用率为设计指标,重点考虑能量传输的匹配问题,因而在解决光能收集和照明设计等方面比成像光学理论更有效.根据光强空间分布特性和辐照面上的照度等,采用基于蒙特卡罗法的光线追迹软件来设计反射罩曲面,能大大缩短反射罩曲面的设计时间,提高效率,并且所设计的反射罩曲面能较好地符合所需的设计要求.

1 反射罩光学设计

1.1 确定反射罩的光强分布

设光源的入射光线角范围为[-θmθm],(θm≤180°),根据对称光源的光强分布特性,取[0 θm],如图1所示.

把入射光线角θm分为k个均等的球带域△θ,则在△θ=θi-θi-1带域内的光通量[1]为

ϕθi-θi-1=∫${}_{\theta {}_{i-1}}^{\theta {}_i}$Iθ2πsinθdθ=2πIθ(cosθi-1-cosθi) (1)

式中,Iθ为光源发出的在△θ内光强的平均值,取Iθ=(Iθi+Iθi-1)/2;Iθi为光源在θi方向上的光强值[6]

Iθi=ϕ0f(θi) (2)

式中,ϕ0为光源的光通量,f(θi)为光源的光强分布系数.因为f(θi)往往很难得到其函数表达式,有时即使得到了函数表达式,也很难求其积分,所以在求光通量的时候,比较实用的方法是化成求和的形式.把式(2)代入式(1)中,得到△θ带域内的光通量为

ϕθi-θi-1=π·ϕ0·(f(θi-1)+f(θi))·(cosθi-1-cosθi) (3)

光源发出的在灯具曲面内的总光通量ϕd等于各带域内光通量之和.

ϕd=${\displaystyle \sum _{i=1}^k\text{ϕ}}{}_{\theta {}_i-\theta {}_{i-1}}(4)$

从而计算出入射光线角为θi内的入射光通量ϕ(θi)所占的百分比λ(θi)为

ϕ(θi)=${\displaystyle \sum _1^i\text{π}}\cdot \text{ϕ}{}_0\cdot (f(\theta {}_{i-1})+f(\theta {}_i))\cdot (\cos \theta {}_{i-1}-\cos \theta {}_i)(5)$

λ(θi)=ϕ(θi)/ϕd (6)

光源经过反射罩的反射后,若所有的输出光通量ϕ1都在位于[-βmβm],则反射罩将具有最高效率[7].根据辐照面的光照要求,光束角为2βm,如图2所示.

同样把0～βm分成均等的m个带域△β,则△β区域内既有直射光通量,又有反射光通量.反射罩产生的光强等于反射罩的光强减去光源直接出射部分[7],即

Irβ=Iβ-Idβ (7)

根据式(1)和式(4)反射的光通量总和ϕr为

ϕr=${\displaystyle \sum _{j=1}^m\text{π}}\cdot {\rm I}{}_{r\beta {}_{j-1}}+{\rm I}{}_{r\beta {}_j})\cdot (\cos \beta {}_{j-1}-\cos \beta {}_j)(8)$

从而计算出反射光线角为βj内的反射光通量ϕ(βj)所占的百分比λ(βj)为

ϕ(βj)=${\displaystyle \sum _1^j\text{π}}\cdot {\rm I}{}_{r\beta {}_{j-1}}+{\rm I}{}_{r\beta {}_j})\cdot (\cos \beta {}_{j-1}-\cos \beta {}_j)(9)$

λ(βj)=ϕ(βj)/ϕr (10)

1.2 反射曲线的生成

根据上述求得λ(θi)和λ(βj),以光通量百分比λ为纵坐标,分别以入射光线角θ和反射光线角β为横坐标 ,得到θ-λ和β-λ两条曲线,如图3所示.按照光通量百分比对等原则,用四点细分插值法[8]求出当光通量百分比为某一定值时,所分别对应的入射光线角θk和反射光线角βk.

得知θ和β的离散关系后,由图4可知$\tan \frac{\theta -\beta }{2}=\frac{dr}{rd\theta }$,两边积分得$\ln \frac{r}{r{}_0}=$${\displaystyle \int \tan }\frac{\theta -\beta }{2}\text{d}\theta$,式中,r0为光源灯丝中心在反射罩中的位置(光轴上).

利用插值法计算入射光线角为θ时,入射光线的长度r,即光源灯丝中到入射光线和反射罩曲线的点的距离,由于θ和β是离散点的一一对应关系,因此可通过数值积分求得r(θi),然后就可利用四点细分插值法在[-θmθm]获得反射罩的曲线.

2 反射罩模拟仿真

太阳模拟器采用具有轴对称性且接近太阳光谱的氙灯作为光源,辐照面积要达到为1.6 m×1.6 m,辐照均匀性要求在±5%以内.OSRAM公司某型号球形氙灯的配光曲线如图5所示,光通量为127 700 lumens,入射角的范围为0°～135°.根据配光曲线,计算出每一个入射角内光通量的百分比.

假设所有的光线被反射,没有直通的,计算反射光通量百分比.根据光通量百分比对等原则,算出θ与β的离散点关系,进而算出θ和r离散点关系,计算结果如表1所示.

根据计算结果,利用Tracepro进行光线追踪,仿真结果如图6所示.在辐照距离为7 m,辐照面积为ϕ1 800 mm下,反射罩的能量利用率为84%,辐照均匀性为±5%,符合设计要求.

3 结 论

根据非成像光学中的光学扩展量守恒理论,对反射罩的设计进行理论推导.在大面积太阳模拟器反射罩的设计中,运用数值积分法和TracePro软件对氙灯和反射罩模型进行光线追迹模拟,仿真结果表明,该反射罩能够满足大面积太阳模拟器辐照面均匀性的设计要求.

参考文献

[1]周建忠.灯具曲面设计中的光线追迹法[J].江苏理工大学学报,1997,18(2):28-32

[2]丁毅,顾培夫.实现均匀照明的自由曲面反射器[J].光学学报,2007,27(3):540-544

[3]吴乃茂,屠大维,黄志华,等.LED照明系统的光照均匀性设计[J].光学技术,2009,35(1):74-76

[4]张国玉,吕文华,贺晓雷,等.太阳模拟器辐照均匀性分析[J].中国光学与应用光学,2009,2(1):41-45

[5]Roland Winston,Harald Ries.Nonimaging reflectors asfunctional of the desired irradiance[J].J.Opt.Soc.Am,1993,10(9):1902-1908

[6]周建忠,朱金山.灯具曲面光学性能的计算机仿真研究[J].江苏理工大学学报,1995,16(1):18-24

[7]林燕丹译.参照光源尺寸进行旋转对称反射器设计的一种综合方法[J].中国照明电器,2000,9:28-30

喷杆式喷雾分布均匀性试验研究 第3篇

现代农作物种植过程中,植保作业起到了决定作物产量的关键作用。在农药各种施用方法中,喷雾法是最主要的一种施药方式,90% 的农药施用是以液体药剂经雾化喷洒的[1]。我国植保机械整体性能较低,所用的喷头喷雾性能差,喷雾分布不均匀。据估算,喷洒农药时只有25% ~ 50% 可以喷洒到作物表面,而能喷洒在害虫身上的不足1% ,起到杀虫作用的不足0. 03%[2]。喷杆式喷雾机在喷雾的过程中,农药从喷头喷洒出来后呈正态分布,喷杆上布置多个喷头,喷雾会出现叠加现象,部分地方药液分布较多,部分地方药液分布较少,均匀性不高,无法保证药液有效作用于靶作物上。因此,研究喷雾的均匀性,找到喷头喷雾的分布规律,可以有效提高农药的利用率,改善农业生态环境。

国外Carltonetal[3]提出提出均匀性就是指假定在大小确定的平面上,喷雾完全均匀覆盖,此时的均匀性为100% ,其余的情况与理想情况的比值为其均匀性。Smith[4]指出,最均匀的喷雾应由沉积变异系数为0和最大与最小沉积比率为1来说明。Sehsah[5]在德国Hohenheim大学的农业工程研究所研究了风速、喷头工作压力和高度之间在不同水平下对喷雾均匀性的影响。研究表明: 在一定范围内喷嘴高度越大,喷雾的均匀性越大; 在风速一致时,增加喷嘴 的压力可以提高均匀性; 为了降低风速对喷雾均匀性的影响,应该适当增加喷头的工作压力或者降低喷杆安装高度。Muhammad、Kh、Altaf Hussai[6]等在Faisalabad大学农业部的喷杆喷雾机试验台上对空心锥形喷嘴的喷液压力、喷头流速和垂直高度3个因素进行了正交试验。实验表明: 当垂直高度为30、50、70cm时的平均覆盖均匀性为90. 8% 、73. 7% 、32. 6% ,因此高度对均匀性的影响非常显著; 当压力从300k Pa增加到400k Pa时平均覆 盖率增加 了1. 05倍,当压力从400k Pa增加到500k Pa时平均覆盖率增加了1. 04倍,因此压力对喷雾均匀性的影响并不显著。国内叶连民、吕天峰、崔为善[7]指出,影响喷杆式喷雾机全面喷雾作业雾量分布均匀性的因素主要有喷雾高度、喷头工作压力、喷头喷雾量分布特性、喷头安装距离,以及地面平整程度和风力等。其中,喷雾高度对雾量喷雾均匀性的影响最为明显。陈志刚、吴春笃、杨学军[8]指出,间距增大、喷杆高度增加时,喷杆分布的变异系数呈波浪式变化。杨君[9]对影响喷雾分布均匀性的主要因工作压力、喷嘴直径和喷杆高度进行了正交试验,得出喷嘴类型对喷雾的均匀性影响最大,工作压力对喷雾分布均匀性的影响最小。

1 试验设备

试验在由哈尔滨博纳科技有限公司生产的喷雾性能综合试验台( 见图1) 上完成。该试验台可以通过调节喷杆高度及喷头工作压力等因素,对喷雾均匀性进行测试。

该试验台可以完成《喷雾机喷头试验方法》所规定的综合试验内容,采用模块化设计,可通过灵活选用、组合,利用先进的计算机视觉图像处理技术、超声波精确测距技术、传感器耦合技术和微机综合控制技术,可以自动精确的测量各种数据,从而达到对喷雾机喷洒部件和增压部件各项指标的综合测试。喷头性能测试示意图如图2所示。

2 喷雾分布均匀性的影响因素

综合所查阅文献以及试验台的实际情况,本次试验所选取的影响喷雾分布均匀性的主要因素有以下几方面:

1) 工作压力。增加工作压力可以增加雾锥角,减小粒径,增加分布面积; 但压力的增加也会造成雾滴穿透能力下降,造成雾滴漂移,浪费农药,污染环境。减小工作压力又无法满足喷雾分布均匀性的要求。

2) 喷杆高度。在一定范围内,随着喷杆高度的增加,喷雾分布的均匀性也会增加; 但喷杆安装高度并不是越高越好,太高会造成雾滴漂移,过低会降低喷雾分布的均匀性。

3) 喷头流量。喷头是决定喷雾作业时喷雾质量的重要装置。喷头将药液分散成细小雾滴,然后分布到靶作物表面。因此,雾滴性能主要决定于喷头的质量、大小和类型。

3 喷杆喷雾均匀性的正交试验

3. 1 试验方案

本试验主要对影响喷雾分布均匀性的喷杆安装高度、喷头工作压力和喷头流量的不同水平进行试验。每个因素取3个水平,即需要做33次试验。为了避免重复试验浪费时间、降低效率,根据正交试验的原理,将该试验设计为L9( 34) 的正交试验,这样可以减少试验次数,只需进行9次试验。试验正交表如表1所示。

该试验中3个因素的3个水平都是平均搭配的,每个水平都进行了3次试验。因此,虽然只进行了9组试验,但根据这9组试验的结果就能够了解到全面情况,可以分析清楚每个因素对试验指标的影响。

3. 2 正交试验

利用喷雾性能综合试验台,根据正交试验表,收集雾液量,如图3所示。

由于喷杆两端安装的喷头的喷雾分布没有交叉现象,为避免该因素对雾液量分布检测的影响,只设定传感器测定10号到50号量筒中的雾液量,从而得出雾液量分布图,如图4所示。

一般用变异系数CV来评判喷雾的均匀性,CV越小,喷雾分布的均匀性越好。变异系数在11% 左右时的喷雾效果较好; 变异系数在10% 以内时喷雾分布均匀性最好; 而变异系数大于15% 将无法满足植保作业需求,应当剔除。变异系数 ( CV) 、药液体积平均值( x-) 、药液体积标准差( S) 的公式为

式中CV—变异系数( % ) ;

-药液体积平均值( m L) ;

S—药液体积标准差。

根据公式和综合实验台测得的雾液量分布,可

测得9组试验对应的变异系数如表2所示。

3. 3 数据分析

各试验组的标准偏差如表3所示。表3中,下面8行是通过计算得出的结果。推算过程如下:

K1、K2、K3分别是压力、高度和流量的第1、第2、第3水平变异系数的和。其中: 第2列为K1= 9 . 3+ 10. 0 + 9. 7 = 29. 0; K2= 10. 2 + 10. 1 + 7. 7 = 28. 0; K3= 6. 6 + 8. 5 + 11. 3 = 26. 4。第2列为K1= 9. 3 + 10. 2 +6. 6 = 26. 1; K2= 10. 0 + 8. 5 + 7. 7 = 26. 2; K3= 9. 7 +10. 1 + 11. 3 = 31. 1。第4列为K1= 9. 3 + 10. 1 + 8. 5= 27. 9; K2= 10. 2 + 10. 0 + 11. 3 = 31. 5; K3= 6. 6 + 9.7 + 7. 7 = 24. 0。k1,k2,k3分别是每一列K1、K2、K3对应的平均值( k = K/3 ) 。其中,第2列为: k1= 29. 0 /3 =9. 67 ; k1= 28. 0 / = 9 . 33 ; k1= 26 . 4 /3 = 8 . 80。第3列为: k2= 26 . 1 /3 = 8 . 70 ; k2= 26 . 2 /3 = 8 . 73 ;k2= 31 . 1 /3 = 10 . 37。第4列为: k3= 27 . 9 /3 = 9 .30 ; k3= 31 . 5 /3 = 10 . 50 ; k3= 24 . 0 /3 = 8 . 00。

极差就是同一列中k1、k2、k3所对应的3个数字中的最大值与最小值的差值。其中: 第2列为9. 67 - 8.70 = 0. 97; 第3列为10. 50 - 8. 73 = 1. 77; 第4列为10. 37 - 8. 00 = 2. 37。

通过表3可以看出: 极差最大的是第3列,就是流量。极差越大表明该因素对试验结果的影响越大。因此可以得出: 工作压力、喷杆高度和流量这3个因素中对喷雾分布均匀性影响最大的是流量,最小的是工作压力,流量是影响均匀性的主要因素。流量的3个水平对应的变异系数( CV) 的平均值分别为8. 80、10. 37、8. 00。其中,8. 00为最小值,其对应的为第3水平。因此,当流量值为0. 4时,喷雾分平均值分别为9. 33、8. 73、10. 50; 8. 73为最小值,其对应的为第2水平。因此,当喷杆高度值为500cm时,喷雾分布均匀性最好。压力的3个水平对应的变异系数( CV) 的平均值分别为9. 67、8. 70、9. 30; 8. 70为最小值,其对应的为第2水平。因此,当工作压力为0. 4Pa时,喷雾分布均匀性最好。

通过分析可以得出: 3个因素对喷雾分布均匀性的影响的大小顺序为流量、喷杆高度、工作压力; 最佳工作方案为: 流量0. 4L /min,喷杆高度500cm,工作压力0. 4Pa。

4 结论

本试验以喷雾机作业时对影响喷头喷雾均匀性的因素作为研究对象,结合正交试验,利用喷雾综合性能试验台,对影响喷雾均匀性的主要因素喷头安装高度、工作压力及流量进行试验。通过对试验数据进行分析研究,筛选出均匀性较高时的因素组合。

1) 通过正交试验研究了不同喷杆安装高度、不同工作压力和不同流量的情况下喷雾分布均匀性的不同情况。其中,流量的变化对于喷雾分布均匀性影响最大,其次是喷杆安装高度,压力的变化对于喷雾分布均匀性的影响最小。

2) 随着喷头流量的增加,喷雾分布的均匀性也呈增加趋势。

3) 喷杆安装高度对喷雾均匀性影响较大,且喷雾分布均匀性随着高度的变化呈波浪变化趋势。在一定范围内,喷雾分布均匀性随着喷杆安装高度的增加而增加; 但随着高度的增加,雾滴的漂移也会增加,反而会影响均匀性。因此,高度的增加应该控制在一定的范围内。

路基施工质量均匀性综合评价法 第4篇

1 建模及求解

1.1 模型的建立。通常而言, 公路路基上所有的点都有一个专属的对应模量值, 而该模量值均用Y来表示, 而公路路基点可以利用P来表示, 根据路基点P以及模量值Y就可以构建一个函数公式, 即Y=f (P) 。而路基点P一般选取的均是曲面上的点, 并不会采取相应空间中的坐标点, 这是因为如果直接采用相应空间中的坐标点, 那么会使得数据的处理难度大大增加, 不利于后续数据出来的顺利开展。所以, 为了能够使得后续数据可以顺畅的进行处理, 就需要针对函数路基P点进行拓扑结构的变换。有些公路路基所设置的地段地质较为复杂, 因此模量函数的值并不会是一个固定值, 其会是一个变量函数。要想能够估算出这一变量函数的大概值, 就需要先针对路基上所获得的各个数据进行网格化, 然后在依据网格上的点进行模量值的检测, 这样就可以依据反射出的具体数据来对拓扑结构进行变换, 同时将这一变换的数据进行方向操作, 在考虑到测量中可能出现的误差的情况下, 所构建的模型就可以表示为

上述公式中, Xi= (X1i, X2i) 表示各测量点为转化后的坐标值;yi表示相应点处的模量测量值;εi为测量误差项。

1.2 模型的求解。由统计学知识可知, 当采用薄片样条时, f则具有如下形式:

考虑到路基施工的现状, 本文从实际情况出发选取

做为核函数, 以优先对纵向进行拟合。可以证明新的F中除各系数cj、di相应调整外, 其余仍保持式 (2) 所示结构。

2 评价及模拟验证

2.1 伪方差- 均值综合评价法。为了对路基施工质量均匀性做出总体评级, 进而分出优劣等级, 本文引入了如下评价模型:

式中, σD (f) 为衡量函数f在区域D上波动性大小的泛函:m D (f -μ*) 为衡量偏差f-μ*在区域D上平均值的泛函:泛函GD (f, μ*) 为当设计值取 μ*、模量曲面为f时的评价结果:α、β 为参数, 考虑到实际应用中路基模量一般在0~300 MPa间波动, 路基模量波动大的危害较模量偏离指定设计值大, 因此本文取 α=40, β=2/3。为了验证伪方差- 均值综合评价模型的有效性, 本文选了3 个不同的函数来对该评价模型进行验证, 以说明其有效性。如图2 所示。

在图2 中, (b) 的波动性最小, 同时其平均值处在设计值的容许范围内。而 (a) 、 (c) 的波动性较大。因此, 伪方差- 均值综合评价模型能够对路基施工质量的优劣级别做出正确评价。

2.2 模拟验证。当然, 在实际应用中, 由于事先无法知道路基模量曲面的真实表达形式, 而只能得到一组实测数据, 因此在进行评价之前, 必须先利用曲面拟合方法, 拟合出路基模量曲面, 然后再利用伪方差- 均值综合评价模型对拟合曲面做出评价。通过上述的方法所模拟验证的结果来看, 用伪方差- 均值综合评价法去评价所得拟合曲面, 并将评价结果估计路基施工质量的真实评价结果是可靠的。

3 工程实例分析

本文就针对某省公路上安置的实时监测系统所收集到的数据进行探究, 利用伪方差- 均值评价法来对公路上所收集到的数据进行处理, 并将这些数据投射到直角坐标中, 在直角坐标中将具体的数据标注在相应的位置上, 然后再合理的采用相应的曲面拟合的方法进行数据的预处理, 所得到的结果中, 系数分别为1、2、3。这些系数在直角坐标中, 主要通过实时转化所得的坐标值来进行表示, 在每一个坐标点上均对应一个模型量值。在对数据预处理完成后, 再利用方差- 均值评价法来针对路基施工的整体质量进行均匀性的综合评价, 而评价的进行, 需要先应用相应的公式来计算得出相应的拟合函数所代表的均值以及标准差这两个等量的具体值, 再将这两个等量带入到原来的公式中, 并且将设计值设定为45, 然后得出具体的实例评价结果。就上述实例评价的结果可以看出, 该省的这一段公路上, 所测得的数据具有较大的波动性, 在评价上, 分值较低。造成这一情况出现的主要原因就是在这一路段的中间位置处, 模量值相对较低, 但是在道路两旁的肩值却相对来说较高。合理的利用综合评价方法, 能够全面的反应出该路段的具体施工情况, 可以有效的保障路基施工的顺利开展。

4 结论

本文采用具体的实例来进行综合评价分析, 并利用模型来进行路基施工质量的反应。就本文的探究可以了解到, 所测得的数据所具有的波动大小, 会直接反应出路基的施工质量高低, 也会决定评价的高低。虽然所获得的评价并不能够完全的体现出路基施工质量的具体情况, 但是在应用曲面拟合法, 并应用曲面光顺对路基施工模量进行处理后, 就会使得测量的误差尽可能的缩小, 这样所得出的路基施工质量就较为接近实际的情况。而通过相应的工程实例分析就可以有效的说明, 合理的利用伪方差- 均值综合评价法来对路基施工质量的具体情况进行反应, 得出的评价可以用来作为相应参考依据, 从而使得路基施工能够顺利的进行。

参考文献

[1]林小平, 黄崇伟, 谢素华, 袁捷, 苏天明.西部交通科技项目评价指标体系的因子分析研究[J].公路交通科技.2009 (06) .

[2]刘俊锋, 徐科, 李智, 王端宜.利用PFWD评价路基施工质量均匀性[J].湖南交通科技, 2011 (03) .

沥青洒布均匀性对照试验分析 第5篇

1)乳化SBS改性沥青下封层与乳化重交石油沥青对比试验段。

2)普通型沥青洒布车与智能型沥青洒布车对乳化沥青洒布均匀性试验。

笔者作为该标监理人员参与了此次试验,现就现场施工及检测结果的对比情况总结如下,供同行共同探讨。

1 原材料选用

1.1 乳化重交石油沥青和乳化SBS改性沥青材料指标

乳化重交石油沥青和乳化SBS改性沥青由江阴科斯密特种沥青有限公司提供,检测结果见表1和表2。

1.2 集料指标

集料采用石灰岩碎石,规格S14,公称粒径3 mm～5 mm。水洗法筛分结果见表3。

以上检查结果表明,所选用原材料各项检测结果,均符合《公路沥青路面施工技术规范》的规定。

2 试铺下封层工程概况

下封层试铺段位于K38+235～K38+410,右幅长度为175 m,宽度12 m,分正式试铺A,B两段,C段为剩余乳化SBS改性沥青临时加铺下封层路段,A段采用乳化SBS改性沥青,桩号为K38+320～K38+410,长度90 m;B段为乳化重交石油沥青,桩号为K38+235～K38+320,长度85 m。

3 下封层试铺段施工检测日期及天气

下封层施工的天气和温度情况见表4。

4 下封层试铺段施工

1)基层表面的清扫与冲洗。a.清扫。先人工用扫帚将基层表面全面清扫,后用鼓风机沿纵向排成斜线将表面浮灰吹净,用钢丝刷对表面进行拉毛处理,吹、扫干净,最后用洒水车进行冲洗,确保表面洁净、表层集料颗粒部分外露。b.检查标高、横坡、宽度无异常现象。c.调查基层表面裂缝。对于干缩裂缝采用乳化沥青灌缝、后加铺玻纤格栅的方法进行处理。2)施工放样。因集料撒布机撒布宽度为3 m,施工时沿宽度方向分4幅进行施工,准确放出每幅边线,做好标记。3)喷洒乳化沥青。等基层表面冲洗的水分晾晒干燥后,即开始喷洒乳化沥青,基层表面未洒水湿润。4)撒布集料。每段乳化沥青喷洒后,立即用集料撒布机撒布集料,数量按5 m3/1 000 m2～6 m3/1 000 m2控制。集料撒布全部在乳化沥青破乳之前完成。5)碾压。集料撒布后即用轮胎压路机碾压3遍,每次碾压重叠1/3轮宽,碾压要求两侧到边,确保有效宽度。碾压顺序由路肩侧到中分带侧依次碾压。6)保护措施。施工结束后,对试验段进行交通封闭。

5 检测

1)渗水系数的检测。

下封层施工一周后,按交通部标准T 0971-95的规定测定下封层表面的渗水系数,检测结果见表5。

检测结果表明,A,B两段下封层基本上不渗水,两种乳化沥青下封层渗水系数基本上是相同的。

2)刹车试验。

下封层施工一周后,用BZZ-60标准的汽车,以50 km/h车速急刹进行刹车试验,下封层试铺段均完好,无推挤撕裂现象。在刹车轮迹上有车胎橡胶被磨下的橡胶粉,说明下封层与基层表面已牢固的粘结。

3)外观检查。

下封层施工一周后,试铺段表面均匀平整,用螺丝刀刺破下封层观察,与基层表面牢固粘结,不起皮。无油包和基层外露现象。

4)芯样剪切试验。

下封层施工一月后,在上面摊铺了沥青下面层,4天后取直径15 cm的下面层和上基层连体芯样14个。将芯样分别在30 ℃和50 ℃温度下进行剪切试验。剪切试验结果表明,乳化SBS改性沥青下封层试件抗剪强度不论是30 ℃或50 ℃均高于乳化重交石油沥青,特别是在50 ℃温度时,后者抗剪强度极低,有的试件尚未加荷载就已经断开;在两种试验温度下,智能型洒布车施工的下封层抗剪强度也高于普通沥青洒布车。

6 建议

1)智能型沥青洒布车施工的下封层抗剪强度明显高于普通沥青洒布车。建议沥青下封层采用乳化SBS改性沥青铺筑,用智能型沥青洒布车施工,以提高沥青路面的层间粘结和高温的稳定性。2)基层表面的清理、冲洗是做好下封层的关键,施工时要引起足够的重视。3)SX5190智能型洒布车完全克服上述缺陷,起步、结束和中间操作均能做到喷洒均匀,纵、横向接缝良好,由于装有加热装置,可适应不同气温下施工。建议高速公路下封层施工推广使用智能型洒布车,洒布宽度可在6 m之内任意调节,洒布量可控制在0.5 kg/m2～3.0 kg/m2,洒布精度2%,可明显提高洒布质量。

摘要：对乳化SBS改性沥青与乳化重交石油沥青下封层及普通沥青洒布车与智能型沥青洒布车施工进行了试验对比,通过试验数据证明,用智能型沥青洒布车洒布乳化SBS改性沥青铺筑的下封层,质量效果明显优于普通沥青洒布车洒布乳化重交石油沥青铺筑的下封层。

关键词：乳化SBS改性沥青,乳化重交石油沥青,下封层,试验

参考文献

[1]JTJ 032-94,公路沥青路面施工技术规范[S].

超薄金刚石带锯镀层均匀性研究 第6篇

随着精密加工技术的高速发展, 对切片、分割要求越来越高, 采用复合电沉积制备的超薄、超精密金刚石工具逐渐引了起人们的关注。其中, 超薄金刚石带锯 (d≤0.2mm) 具有出材率高, 加工精度高, 切面光滑, 使用寿命长, 切割效率高等特点, 在光学玻璃、电子芯片、特种陶瓷、功能晶体、宝玉石、硅材料等领域运用广泛。然而, 制作过程中电镀超薄棱边伴随而来的是复合电沉积过程的尖端放电效应急剧上升, 阴极表面电流密度分布不均, 镀层精度难于控制, 与制备高精度、高均匀性镀层相矛盾。因此, 研究超薄棱边对电流密度分布的影响意义重大。

研究表明通过仿真计算电沉积过程中阴极的电流分布, 从理论上分析阴极镀层厚度的均匀性是可能的[1,2,3,4], 并已有大量关于数值计算阴极电流密度、电解池电场分布的报道[5,6,7]。实践证明, 为制备高均匀性的复合镀层, 通过把握制备工艺特性 (电传导性) 与阴阳极极距对镀层厚度均匀性变化的影响, 调整其分布或加隔板[8,9], 合理控制阴极电流密度分布, 进而控制镀层厚度均匀性是最有效、最实际的方法。

本文通过有限元计算方法, 以制备超薄金刚石带锯0.2mm×8mm (厚×宽) 为例, 进行了模拟计算, 得到了复合电沉积制备超薄带锯过程阴极电流密度的分布及其变化规律, 并与实验结果对比, 两者具有较高的一致性。

1 数学模型及数值建模

1.1 数学模型

金属离子在阴极结晶生长形成沉积层, 其中阴极电流密度分布包括初级分布、二级分布和三级分布[1]。初级电流分布考虑几何因素的影响, 电极之间的电阻决定了其分布[10], 是低电流密度下影响均匀性的最关键因素。低电流密度条件下, 电极极化和离子扩散对电流密度的影响可以忽略, 阴极电流分布由阴阳极之间形成的几何结构引起的电阻决定。忽略传质和扩散引起的极化作用, 电极表面电势 (Φ) 等于与之毗邻的电解液电势 (Φ0) , 即:

依据电场及电沉积理论, 空间密闭区域 (Ω) 内, 决定电流密度的电场电势分布符合拉普拉斯 (La-place) 方程:

根据拉普拉斯方程确定计算域及边界条件, 建立电沉积电场数学模型, 如图1所示:

1.2 数实及验值建模

按照实验设计尺寸进行1∶1建模, 依据实验条件加载边界条件及设定材料属性, 分别进行模型建立、网格划分和激励加载、属性设置。

同时, 进行验证实验, 阳极为99.99%高纯可溶镍丝 (Φ4mm) , 阴极为0.2mm (厚) ×1.5mm (侧高) 的不锈钢带边, 采用国内某公司生产的140-170#金刚石颗粒, 电解液为以一定比例的氨基磺酸镍 (Ni (NH2SO3) 2·4H2O) 、氯化镍 (NiCl2·6H2O) 、硼酸 (H3BO3) 、十二烷基硫酸钠 (C12H25SO4Na) 、柠檬酸三钠 (Na3C6H5O7·2H2O) 用去离子水配制的混合电解液;温度为40℃, pH=3.8, 药品均为分析纯 (AR) , 加载电流密度为3A/dm2, 时间为180min, 制备完成后取带锯横截面打磨平整, 采用德国徕卡公司DMi3000M金相显微镜50X倍放大后标注测量。

采用ANSYS建立模型, 选择多物理场中的E-lectric, 进行网格划分和参数设置 (见表1) , 网格划分方法为sweep, 并对阴极网格加密, 尺寸为100μm, 见图3。

通过模拟计算可得阴极电流密度分布, 如图4所示, 图中显示, 镀层厚度增加, 阴极电流密度分布逐渐均匀。设Dk为对应点的电流密度, 用式 (3) 衡量阴极表面的电流密度分布均匀程度。

2 结果与讨论

2.1 模拟计算电流密度分布

沉积厚度为0μm时, n0=3, 电流密度分布极不均匀, 图中曲线峰值尖, 变化趋势大, 最高电流密度点在顶端0点处 (见图2) ;当沉积厚度达到100μm时, n1=2.25, 均匀性有所增加, 最大电流密度从7.14A/dm2下降到5.42A/dm2;最低电流密度区从2.37A/dm2上升到2.55A/dm2;镀层继续增长;沉积厚度达到200μm时, n2=2.12, 均匀性程度增强, 高电流密度区变化幅度减小, 低电流密度区变化幅度略微增大;镀层厚度达到300μm时, n3=1.95, 在100μm增厚过程中, 高电流密度区电流降幅为0.18A/dm2, 低电流密度区升幅为0.12A/dm2。表明:电沉积制备超薄带锯过程中, 随镀层厚度的增加, 电流密度整体分布变化较大, 其中高电流密度区 (顶端) 先快后慢减小, 低电流密度区 (两侧低端) 先慢后快增大, 如图5所示。

2.2 实验结果与计算结果对比

阴极所得金属镀层厚度与阴极电流密度密切相关, 并符合法拉第电解定律。电流密度大小和电沉积中获得金属镀层厚度 (δ) 满足表达式 (4) :

δ为沉积厚度, μm;C为沉积离子电化学当量, C镍=1.095, g/ (A·h) ;Dk为电流密度, A/dm2;t为电沉积时间, min;ηk为沉积效率, %;ρ为沉积金属密度, 8.9g/cm3。

电沉积制备带锯过程中, 电流密度随镀层的增厚而变化, 但试验测试结果为变化的平均值, 为有效模拟整个制备过程的平均电流密度分布, 选取镀层中间面 (见图2) 建模计算, 并与实验测试结果对比, 见图6。结果表明:计算电流密度与实测电流密度整体趋势一致。电沉积制备超薄金刚石带锯的过程伴随尖端放电效应, 电子由低电流密度区向高电流密度区集聚[5], 最高电流密度约为最低电流密度的2倍。两组曲线均显示两侧边电流密度低, 顶端高, 并在0点 (见图2) 出现峰值。以实测结果对比, 阴极两侧边计算结果与测试结果吻合, 顶端差距略大。其原因是在电沉积过程中, 侧边的增长是平面增长, 镀层增厚过程中电流密度保持不变, 顶部为圆弧面, 随镀层的增长表面积增大, 导致电流密度减小, 实测厚度计算得到的电流密度为整个沉积过程的平均值, 计算结果为沉积中间面值, 顶端镀层增厚先快后慢, 因此平均值大于中间面计算值。

计算电流密度在两侧底部 (Ⅱ区、Ⅲ区) 略低于实测电流密度, 在顶端高于实测电流密度 (Ⅰ区) , 可能的原因是:镀层薄时, Ⅰ区电流密度高, 沉积速率快, 沉积厚度迅速增加, 面积增大, 电流密度减小, 致使Ⅱ区、Ⅲ区电流密度上升, 略高于计算电流密度。同理, Ⅰ区低于计算电流密度, 是因为顶端中间面内侧电流密度高, 镀层增长速度快, 中间外侧电流密度远低于内侧, 同时增长速率随着降低。表明镀层的增长是顶端先快后慢, 底端先慢后快。这也解释了图4中随镀层厚度的增加, 均匀性得到提高的趋势。

3 结论

(1) 电沉积制备超薄金刚石带锯0.2mm (厚) ×1.5mm (侧高) 镀层过程中, 会引起高达3倍的高低电流密度差, 该差值随着镀层的增厚先快后慢减小, 其间高电流密度区的电流密度先快后慢下降, 低电流密度区电流密度先慢后快增加。

(2) 镀层的增厚过程为顶端的增厚速率先快后慢, 底部增厚速度先慢后快, 引起顶端与低端厚度约2倍的差距。平均电流密度与中间面不重合, 其顶端位于中间面外侧, 低端位于中间面内侧。

(3) 数值模拟技术能够准确分析电沉积制备超薄金刚石工具制备过程的阴极电流密度分布, 便于更加准确地控制超薄金刚石带锯镀层的均匀性。

参考文献

[1]Low c t j, Roberts e p l, Walsh f c.Numerical simulation of the current, potential and concentration distributions along the cathode of a rotating cylinder Hull cell[J].ElectrochimicaActa, 2007, 52 (11) :3831-3840.

[2]张锦秋, 王海博, 王晓伟.有限元模拟电镀银体系阴极电流密度分布[C].第十二届全国表面工程·电镀与精饰年会暨2014 (重庆) 国际表面工程论坛论文集, 2014.

[3]ZHENG Z M, STEPHENS R M, BRAATZ R D, et al.A hybrid multiscale kinetic Monte Carlo method for simulation of copper electrodeposition[J].Journal of Computational Physics, 2008, 227 (10) :5184-5199.

[4]刘太权.电镀层均匀性的数值模拟及验证[J].电镀与环保, 2010, 30 (2) :11-13.

[5]秦建新, 陈超, 等.赫尔槽电沉积阴极电流密度与电势数值模拟计算[J].电镀与涂饰, 2014:33 (7) :287-290.

[6]蔡豫.利用Ansys Workbench建立350kA铝电解槽电场全槽仿真模型[J].轻金属, 2013, (12) :22-25.

[7]孙明礼, 胡仁喜, 崔海蓉, 等.ansysl0.0电磁学有限元分析[M].北京:机械工业出版社, 2007.

[8]金晶.立式连续电镀槽中镀层均匀性的改善作用研究及多物理场耦合分析[D].上海:上海交通大学, 2013.

[9]张三元, 张磊.电镀层均匀性和镀液稳定性:问题与对策[M].北京:化学工业出版, 2011:5-9.