水工闸门流激振动模型材料 【技术领域】
本发明涉及一种用于模拟金属结构流激振动的水弹性模型材料，特别涉及水工闸门流激振动的水弹性模型材料
技术背景
金属结构特别是水工钢闸门的振动问题是国内外工程界十分重视的问题。国内外由于闸门振动失事并造成巨大经济损失的事例屡有发生，促使工程技术人员对闸门振动问题的研究不断取得新的进步。闸门振动模型试验在20世纪70年代以前一直停留在分离式试验方法上，即分别进行闸门模型结构动力学试验和水动力试验，分别确定闸门的固有频率和水动力频率，进而校核闸门是否会发生共振，以不发生共振为满足。这种方法不能再现闸门的实际振动状况，特别是不能再现闸门的自激振动现象，隐藏着巨大的危险。为了克服这种缺陷，20世纪七、八十年代出现了研究闸门振动的水弹性模型。水弹性模型就是同时满足结构动力学相似和流体动力学相似的模型，将结构动力学与水动力学统一起来进行试验研究。不过由于当时没有水弹性材料，专家们采用PVC材料制作变态水弹性模型，用增加材料的厚度近似满足模型的整体刚度相似，用在模型上增加质量块近似满足密度相似。
检索了相关专利和文献，国内外所采用的水弹性材料中还没有采用钨粉作为填料的复合材料的思路，也没有相关的报导。
【发明内容】
本发明的目地，在于发展一种新的用在水弹性模型中的水弹性模型材料，该材料在密度和金属钢相近的情况下，满足模型整体刚度相似和密度相似，从而以改进水弹性模型试验技术，提高闸门振动试验研究技术水平。
根据流激振动水弹性相似律要求，进行水弹性相似材料的研制，可从两类材料着手：一是研制合金材料，二是研制复合材料。合金材料生产成本高，焊接困难，特别对于薄板材料，需要专用焊接设备，而且这种低弹性模量材料容易产生较大塑性变形，因此合金材料是不可取的。研制一种复合材料的一个重要的特点是通过树脂基复合材料填加金属粉及改变调整材料的配方和生产工艺，使密度和弹性模量均能满足不同几何比尺寸模型的要求。这种材料易于成型，便于粘结，且性能符合要求，为模型制作带来了方便。
实现本发明目的的方案是，通过树脂基复合材料填加金属粉及改变调整材料的配方和生产工艺，使密度和弹性模量均能满足不同几何比尺寸模型的要求。
本发明的具体方案是：一种用于模拟金属结构流激振动试验研究的水弹性模型材料，该材料中包含有环氧树脂、多胺类固化剂或有机酸酐类固化剂、环氧丙烷活性稀释剂或缩水甘油醚类活性稀释剂，。特点是其中还加入钨粉和玻璃纤维增强材料。
上述的水弹性模型材料当使用钨粉、环氧树脂增强材料，多胺类固化剂和活性稀释剂配制时，其配合按比重量为钨粉∶环氧树脂∶增强材料；多胺类固化剂；活性稀释剂＝100∶5～15∶0.5～2.5∶0.6～1.5∶1.5～2.5。
当使用钨粉、环氧树脂、增强材料、有机酸酐类固化剂、活性稀释剂配制时，其配合比按重量为环氧树脂∶增强材料∶有机酸酐类固化剂∶活性稀释剂＝100∶5～15∶0.5～2.5∶2.5～8∶1.5～2.5。
所述的多胺固化剂，包括二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、乙二胺、聚酰胺。
所述的有机酸酐类固化剂，包括邻苯二甲酸酐、四氢苯酐。
所述的活性稀释剂，包括环氧丙烷、乙二醇缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚。
本发明的水弹性模型材料的制备步骤为：1。将环氧树脂放入容器内，然后将烘干的钨粉和玻璃纤维徐徐到入容器内并不断搅拌，直到混合均匀为止；2。室温下把混合物倒在干净的玻璃上，先加入固化剂搅拌，最后加入稀释剂溶液，时间控制在5分钟内均匀搅拌；3。在热压机上压制成模型要求的规格尺寸，加热固化即可。
采用本发明的两种配方和制备方法做的水弹性材料，具有高密度、低弹性模量、低阻尼比，和金属钢的性能相近，和以往所用的PVC材料相比，制作的水弹性模型更加接近实际情况，能更加逼真的对闸门在运行中可能发生的振动问题作出预测和评价，以便改进设计，防患于未然。
本发明的水弹性模型材料用于三峡以及其他大型水电工程中多项闸门的流激振动试验，产生了巨大的经济效益和社会效益。
【具体实施方式】
按下列各实施例配合比做试样，试验其物理力学性能：
a)当使用多胺类固化剂时
实施例1：钨粉∶环氧树脂E-44∶玻璃纤维∶二乙烯三胺∶环氧丙＝100∶10∶0.5∶0.9∶2。其中主要有关材料规格如下： 材料名称 钨粉环氧树脂E-44二乙烯三胺环氧丙烷 产地 株洲硬质合金厂岳阳化工总厂武汉医药化学集团中国医药集团上海化学试剂公司
实施例2：钨粉∶环氧树脂E-44∶玻璃纤维∶三乙烯四胺∶环氧丙烷＝100∶10∶0.9∶1.1∶2.2，其中主要有关材料规格如下：材料名称钨粉环氧树脂E-44三乙烯四胺环氧丙烷产地株洲硬质合金厂岳阳化工总厂武汉医药化学集团中国医药集团上海化学试剂公司
实施例3：钨粉∶环氧树脂E-44∶玻璃纤维∶四乙烯五胺∶乙二醇缩水甘油醚＝100∶10∶1.1∶1.2∶2.2。其中主要有关材料规格如下：材料名称钨粉环氧树脂E-44四乙烯五胺乙二醇缩水甘油醚产地株洲硬质合金厂岳阳化工总厂湖北大学化学工厂岳阳化工总厂
实施例4：钨粉∶环氧树脂E-44∶玻璃纤维∶乙二胺∶乙二醇缩水甘油醚＝100∶10∶0.8∶0.7∶2.2，其中主要有关材料规格如下：材料名称钨粉环氧树脂E-44乙二胺乙二醇缩水甘油醚产地株洲硬质合金厂岳阳化工总厂武汉宏大化学试剂厂岳阳化工总厂
实施例5：钨粉∶环氧树脂E-44∶玻璃纤维∶四乙烯五胺∶丁基缩水甘油醚＝100∶10∶1.1∶1.2∶2.0。其中主要有关材料规格如下：材料名称钨粉环氧树脂E-44四乙烯五胺丁基缩水甘油醚产地株洲硬质合金厂岳阳化工总厂湖北大学化学工厂岳阳化工总厂
实施例6：钨粉∶环氧树脂E-51∶玻璃纤维∶二乙烯三胺∶环氧丙烷＝100∶11∶1.1∶1.2∶2，其中主要有关材料规格如下：材料名称钨粉环氧树脂E-51二乙烯三胺环氧丙烷产地株洲硬质合金厂上海新华树脂厂武汉医药化学集团中国医药集团上海化学试剂公司
实施例7：钨粉∶环氧树脂E-51∶玻璃纤维∶三乙烯四胺∶环氧丙烷＝100∶11∶1.1∶1.3∶2.3。其中主要有关材料规格如下：材料名称钨粉环氧树脂E-51三乙烯四胺环氧丙烷产地株洲硬质合金厂上海新华树脂厂武汉医药化学集团中国医药集团上海化学试剂公司
实施例8：钨粉∶环氧树脂E-51∶玻璃纤维∶四乙烯五胺∶乙二醇缩水甘油醚＝100∶12∶1.2∶1.6∶2.3。其中主要有关材料规格如下：材料名称钨粉环氧树脂E-51四乙烯五胺乙二醇缩水甘油醚产地株洲硬质合金厂上海新华树脂厂湖北大学化学工厂岳阳化工总厂
实施例9：钨粉∶环氧树脂E-51∶玻璃纤维∶乙二胺∶乙二醇缩水甘油醚＝100∶12∶1.2∶1.0∶2.3。其中主要有关材料规格如下：材料名称钨粉环氧树脂E-51乙二胺乙二醇缩水甘油醚产地株洲硬质合金厂上海新华树脂厂武汉宏大化学试剂岳阳化工总厂
实施例10：钨粉∶环氧树脂E-51∶玻璃纤维∶四乙烯五胺∶丁基缩水甘油醚＝100∶12∶1.2∶1.6∶2.1。其中主要有关材料规格如下：材料名称钨粉环氧树脂E-51四乙烯五胺丁基缩水甘油醚产地株洲硬质合金厂上海新华树脂厂湖北大学化学工岳阳化工总厂
b)当使用有机酸酐类固化剂时：
实施例11：钨粉∶环氧树脂E-44∶玻璃纤维∶邻苯二甲酸酐∶环氧丙烷＝100∶10∶0.9∶3.2∶2.1。其中主要有关材料规格如下：材料名称钨粉环氧树脂E-44邻苯二甲酸酐环氧丙烷产地株洲硬质合金厂岳阳化工总厂天津大茂化学仪器供应站中国医药集团上海化剂公司
实施例12：钨粉∶环氧树脂E-44∶玻璃纤维∶四氢苯酐∶乙二醇缩水甘油醚＝100∶10∶1.1∶3.5∶2.2。其中主要有关材料规格如下：材料名称钨粉环氧树脂E-44四氢苯酐乙二醇缩水甘油醚产地株洲硬质合金厂岳阳化工总厂天津大茂化学仪器供应站岳阳化工总厂
实施例13：钨粉∶环氧树脂E-44∶玻璃纤维∶邻苯二甲酸酐∶丁基缩水甘油醚＝100∶10∶0.9∶3.2∶2.2。其中主要有关材料规格如下：材料名称钨粉环氧树脂E-44邻苯二甲酸酐丁基缩水甘油醚产地株洲硬质合金厂岳阳化工总厂天津大茂化学仪器供应站岳阳化工总厂
实施例14：钨粉∶环氧树脂E-51∶玻璃纤维∶邻苯二甲酸酐∶乙二醇缩水甘油醚＝100∶12∶1.8∶3.6∶2.5。其中主要有关材料规格如下：材料名称钨粉环氧树脂E-51邻苯二甲酸酐乙二醇缩水甘油醚产地株洲硬质合金厂上海新华树脂厂天津大茂化学仪器供应站岳阳化工总厂
实施例15：钨粉∶环氧树脂E-51∶玻璃纤维∶四氢苯酐∶乙二醇缩水甘油醚＝100∶12∶1.5∶3.8∶2.1。其中主要有关材料规格如下：材料名称钨粉环氧树脂E-51四氢苯酐乙二醇缩水甘油醚产地株洲硬质合金厂上海新华树脂厂天津大茂化学仪器供应站岳阳化工总厂
实施例16：钨粉∶环氧树脂E-51∶玻璃纤维∶邻苯二甲酸酐∶丁基缩水甘油醚＝100∶12∶1.8∶3.6∶2.3。其中主要有关材料规格如下：材料名称钨粉环氧树脂E-51邻苯二甲酸酐丁基缩水甘油醚产地株洲硬质合金厂上海新华树脂厂天津大茂化学仪器供应站岳阳化工总厂
按以上各实施例配方都可以制备得到水弹性材料，可达到的基本物理性能如下：密度(g/cm3)动弹性模量(Mpa) 阻尼比与钢近似2.1×105/Lr，Lr为模型比尺13～30 1％
当模型几何比尺为20时，其动弹性模量为11720.4MPa，密度为7.37g/cm3；几何比尺为13.37时，其动弹性模量为16822.0MPa，密度为7.39g/cm3。