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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 高強(qiáng)水泥輕舟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)應(yīng)用研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目船體的設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了船舶設(shè)計(jì)軟件Free!Ship、Adobe Photoshop CS2中文版軟件、AutoCAD 2007中文版等軟件對(duì)輕舟進(jìn)行了主尺度設(shè)計(jì)、型線設(shè)計(jì)、圖像處理以及立體圖的繪畫(huà)，最終制作出長(zhǎng)6m，最大高度為40cm,最大寬度為75.7cm，吃水線約為17.8cm，厚度12mm，表觀密度1800 kg/m3的大跨度輕質(zhì)高強(qiáng)水泥輕舟。
- 詳細(xì)介紹：
- 本項(xiàng)目中“高強(qiáng)輕質(zhì)水泥輕舟的設(shè)計(jì)與制作”涉及材料科學(xué)和土木工程的專業(yè)性知識(shí)，船體的設(shè)計(jì)需要用到專業(yè)的Free!ship船舶工程軟件，同時(shí)需要將輕舟簡(jiǎn)化為等截面的靜定梁結(jié)構(gòu)運(yùn)用同濟(jì)曙光有限元正反分析軟件對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，分析輕舟界面上應(yīng)力分布情況并加以控制，水泥輕舟的制作只利用水泥等純無(wú)機(jī)膠凝材料，沒(méi)有加入任何金屬材料和有機(jī)材料，但不同的輕舟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要的混凝土配合比是不同的，這為發(fā)現(xiàn)新的更合理的混凝土配合比起到很好的推動(dòng)作用。 另外本項(xiàng)目結(jié)合建筑學(xué)院特色，涉及多學(xué)科交叉，建筑學(xué)、土木工程、材料科學(xué)與工程、藝術(shù)設(shè)計(jì)、工程管理等，采用輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土造出厚度只有12mm的船體，這為開(kāi)辟水泥、混凝土在其他非建筑材料領(lǐng)域的研究起到了積極導(dǎo)向的巨大推動(dòng)作用，本項(xiàng)目制作的船體所采用的高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土是按“高標(biāo)號(hào)水泥+優(yōu)質(zhì)輕集料+高效減水劑”復(fù)合的設(shè)想進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過(guò)試驗(yàn)得到了證實(shí)，最終得到的最佳配合比為：水泥︰粉煤灰︰砂︰陶砂︰減水劑︰可再分散性乳膠粉︰聚丙烯纖維︰水=400︰100︰550︰300︰8.5︰2︰2︰190 。在本次課題設(shè)計(jì)中采用先外模后內(nèi)模的步驟造船，這在國(guó)內(nèi)水泥輕舟制作方面尚屬先例，屬于創(chuàng)新性科學(xué)實(shí)踐的典型。 同時(shí)本項(xiàng)目為解決混凝土跨度問(wèn)題提供了一個(gè)很好的依據(jù)。水泥輕舟設(shè)計(jì)與制作是研究輕質(zhì)高強(qiáng)多功能結(jié)構(gòu)材料很好的載體，其研究對(duì)促進(jìn)高跨度無(wú)機(jī)材料的開(kāi)發(fā)和發(fā)展具有重要的價(jià)值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的與思路： 從水泥輕舟主體設(shè)計(jì)要求的工程設(shè)計(jì)出發(fā)，綜合運(yùn)用了船舶設(shè)計(jì)軟件Free!Ship、同濟(jì)曙光有限元正反分析軟件、Adobe Photoshop CS2中文版軟件、AutoCAD 2007中文版軟件對(duì)輕舟進(jìn)行了主尺度設(shè)計(jì)、型線設(shè)計(jì)、應(yīng)力計(jì)算，圖像處理以及立體圖的繪畫(huà)，最終制作出長(zhǎng)6m，最大高度為40cm,最大寬度為75.7cm，吃水線約為17.8cm，厚度12mm，表觀密度1800 kg/m3的大跨度輕質(zhì)高強(qiáng)水泥輕舟。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、結(jié)合建筑學(xué)院特色，項(xiàng)目涉及多學(xué)科交叉，建筑學(xué)、土木工程、材料科學(xué)與工程、藝術(shù)設(shè)計(jì)、工程管理等，符合CDIO工程培訓(xùn)理念。 2、采用輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土造出厚度只有12mm的船體，這為開(kāi)辟水泥、混凝土在其他非建筑材料領(lǐng)域的研究起到了積極導(dǎo)向的巨大推動(dòng)作用； 3、本項(xiàng)目制作的船體所采用的高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土是按“高標(biāo)號(hào)水泥+優(yōu)質(zhì)輕集料+高效減水劑”復(fù)合的設(shè)想進(jìn)行設(shè)計(jì)。 4、在本次課題設(shè)計(jì)中采用先外模后內(nèi)模的步驟造船，這在國(guó)內(nèi)水泥輕舟制作方面尚屬先例，屬于創(chuàng)新性科學(xué)實(shí)踐的典型。 關(guān)鍵技術(shù)：船體材料的配合比，船體的設(shè)計(jì)與制作 主要技術(shù)指標(biāo)： 1、船體長(zhǎng)度必須在5.85～6.15m之間； 2、輕舟的主體材料必須為水泥混凝土，船身中水泥混凝土質(zhì)量比和體積比都必須在95％以上。每方混凝土的水泥用量不大于550 Kg/ m3，水灰比不得高于0.40，混凝土抗折強(qiáng)度不低于8.0MPa
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的水泥輕舟船體長(zhǎng)為6m，這在國(guó)際上是屬于領(lǐng)先地位，混凝土耐壓不耐拉，大跨度的船體結(jié)構(gòu)給混凝土的拉應(yīng)力提出了較高的目標(biāo)值，在本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)中很好的解決了該問(wèn)題，同時(shí)在本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)中采用先外模后內(nèi)模的步驟造船，這在國(guó)內(nèi)水泥輕舟制作方面尚屬先例，打破了國(guó)內(nèi)其他高校一致采用的先內(nèi)模后外模的制作方法，屬于創(chuàng)新性科學(xué)實(shí)踐的典型。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1、研究報(bào)告 2、作品實(shí)物展示錄像 3、本作品于2011年2月在《安徽建筑》（第 18 卷第1期 （總第176期））上發(fā)表
作品所處階段
- 成果展示階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 繼續(xù)合作研究
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本項(xiàng)目中“高強(qiáng)輕質(zhì)水泥輕舟的設(shè)計(jì)與制作”涉及材料科學(xué)和土木工程的專業(yè)性知識(shí)，船體的設(shè)計(jì)需要用到專業(yè)的Free!ship船舶工程軟件，同時(shí)需要將輕舟簡(jiǎn)化為等截面的靜定梁結(jié)構(gòu)運(yùn)用同濟(jì)曙光有限元正反分析軟件對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，分析輕舟界面上應(yīng)力分布情況并加以控制，水泥輕舟的制作只利用水泥等純無(wú)機(jī)膠凝材料，沒(méi)有加入任何金屬材料和有機(jī)材料。 水泥輕舟采用高強(qiáng)輕骨料混凝土，混凝土干表觀密度為1800 kg/m3，同時(shí)在混凝土結(jié)構(gòu)上采用多層次的材料復(fù)合結(jié)構(gòu)，有效的保證了水泥輕舟的強(qiáng)度、防水、抗裂等多種性能。水泥輕舟設(shè)計(jì)與制作是研究輕質(zhì)高強(qiáng)多功能結(jié)構(gòu)材料很好的載體，其研究對(duì)促進(jìn)輕質(zhì)高強(qiáng)無(wú)機(jī)材料的開(kāi)發(fā)和發(fā)展具有重要的價(jià)值。 隨著現(xiàn)代化建筑工程的發(fā)展，建筑設(shè)計(jì)越來(lái)越要求具有極大的自由度，所以更高效、高強(qiáng)度的輕質(zhì)混凝土就應(yīng)運(yùn)而生了。高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土具有重量輕、強(qiáng)度高和耐久性好等特點(diǎn)，高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土?xí)泻艽蟮氖袌?chǎng)應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 1848年法國(guó)南部Lambot制作了世界上第一條水泥輕舟。 1969年，伊利諾斯州大學(xué)Clyde Kesler教授在他的《混凝土性能與行為》的課堂上建議學(xué)生做一只水泥輕舟，1970年春，他的學(xué)生制作了由鋼筋增強(qiáng)的水泥輕舟，這可能是世界上第一條用于競(jìng)賽的水泥輕舟。這個(gè)想法很快被附近的普度大學(xué)John McLaughlin教授所認(rèn)同并介紹到普度大學(xué)，于是普度大學(xué)的一群學(xué)生在Charles Schuler和Robert Lee教授的指導(dǎo)下，通過(guò)不懈努力，也制作了自己的水泥輕舟。當(dāng)時(shí)制作的兩條船都是在富水泥砂漿(rich mortar)里張拉幾層小間距的網(wǎng)格增強(qiáng)材料制作而成，這種鋼筋增強(qiáng)混凝土幾乎是各向同性的均值材料。伊利諾伊大學(xué)在Clyde Kesler教授指導(dǎo)下制成的船的殼體平均厚度是13mm，船體重量為163Kg。 John McLaughlin教授向普度大學(xué)透露了伊利諾伊大學(xué)的進(jìn)展，普度大學(xué)在Charles H．Scholer和Robert H．Lee的指導(dǎo)下，采用更細(xì)的增強(qiáng)材料制備了更薄的船身,船身厚度僅為10 mm，船體重量為57 Kg。 水泥輕舟的設(shè)計(jì)與制作在國(guó)外已經(jīng)有很好的發(fā)展，加州大學(xué)伯克利分校在水泥輕舟的設(shè)計(jì)和制作方面具有很強(qiáng)的實(shí)力，該校在歷屆的水泥輕舟賽中分別獲得四次賽事冠軍和四個(gè)第三名的成績(jī)。2006年，該校制作的水泥輕舟的長(zhǎng)度為6.6m，最大寬度為0.79m，重量為79Kg，同時(shí)其使用的混凝土配合比在提升船體強(qiáng)度的同時(shí)降低了船體的重量。2004年德雷克塞爾大學(xué)所制作的水泥輕舟其長(zhǎng)度為6.33m，最大寬度為0.79m，重量為86Kg，該校在船體的設(shè)計(jì)上做了很大改進(jìn)，他們?cè)诖膊糠旨恿艘粋€(gè)類似“鯨魚(yú)尾巴”的東西，這種改進(jìn)可以提高船在水中的滑行速度。2009年，新墨西哥州立大學(xué)制作的水泥輕舟的長(zhǎng)度為6米，最大寬度為0.82m，重量為89Kg。 國(guó)內(nèi)目前只有武漢理工大學(xué)以教研立項(xiàng)的形式成功制作了兩條輕舟。安徽省目前只有安徽建筑工業(yè)學(xué)院有自己的水泥輕舟團(tuán)隊(duì)，并制作出安徽省的第一條水泥輕舟。國(guó)內(nèi)的“水泥輕舟設(shè)計(jì)與制作”活動(dòng)才剛剛起步，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在不小的差距，隨著該活動(dòng)的發(fā)展和國(guó)家相關(guān)部門(mén)的支持，勢(shì)必將成為風(fēng)靡全國(guó)的大學(xué)生活動(dòng)。
