DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 椭圆的焦半径问题(椭圆上任意一点到焦点的距离) 例1 椭圆 x 2 a 2 + y 2 b 2 = 1 ( a > b > 0 )的左、右焦点分别为 F 1 ， F 2 ，椭圆上任意一点 P ( x 0 ， y 0 ) ，求 | P F 2 | 的取值范围。 解法一 设 F 2 ( c ， 0 ) ，由题意可知， x 0 2 a 2 + y 0 2 b 2 = 1 ，即 y 0 2 = b 2 − b 2 a 2 x 0 2 ， ∴ | P F 2 | = ( x 0 − c ) 2 + y 0 2 = ( a − c a x 0 ) 2 = | a − e x 0 | 。 ∵ 0 < e < 1 ， − a ≤ x 0 ≤ a ， | P F 1 | + | P F 2 | = 2 a ， ∴ { | P F 2 | = a − e x 0 | P F 1 | = a + e x 0 [ 1 ]。 解法二 令 { x 0 = a cos θ y 0 = b sin θ ( θ 为参数) ∴ | P F 2 | = ( a cos θ − c ) 2 + ( b sin θ ) 2 = ( a − c cos θ ) 2 = a − c cos θ 。 即 | P F 2 | = a − e a cos θ = a − e x 0 。 ∵ | P F 1 | + | P F 2 | = 2 a ， ∴ | P F 1 | = a + e a cos θ = a + e x 0 ，其中 − a ≤ x 0 ≤ a 。
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user: 2. 椭圆中焦点弦问题 例2 过椭圆焦点的直线与椭圆 x 2 a 2 + y 2 b 2 = 1 ( a > b > 0 )交于 A ， B 两点，求弦 | A B | 的取值范围。 解法一 设直线l的方程为： x = m y + c ，交点坐标分别为 A ( x 1 ， y 1 ) ， B ( x 2 ， y 2 ) 。 { x 2 a 2 + y 2 b 2 = 1 x = m y + c ⇒ y 2 ( b 2 m 2 + a 2 ) + 2 m c b 2 y − b 4 = 0 . ∴ y 1 + y 2 = − 2 m c b 2 b 2 m 2 + a 2 ， y 1 y 2 = − b 4 b 2 m 2 + a 2 ， | A B | = 1 + m 2 ⋅ 4 m 2 c 2 b 4 ( b 2 m 2 + a 2 ) 2 + 4 b 4 b 2 m 2 + a 2 = 2 a b 2 ⋅ m 2 + 1 b 2 m 2 + a 2 = 2 a b 2 ⋅ ( b 2 m 2 + a 2 ) 1 b 2 + 1 − a 2 b 2 b 2 m 2 + a 2 = 2 a b 2 ⋅ ( 1 b 2 − a 2 b 2 − 1 b 2 m 2 + a 2 ) . 当 m = 0 时， | A B | min = 2 b 2 a ； 当 m → ∞ 时，即直线l的斜率 k = 1 m 越接近0时，弦 | A B | 越大 [ 2 ]， ∴ 当直线l的斜率为0时， | A B | max = 2 a 。 解法二 设椭圆的方程为 x 2 a 2 + y 2 b 2 = 1 ，直线l的参数方程为 { x = c + t cos θ y = t sin θ (其中t为参)。 代入椭圆方程得 ( c + t cos θ ) 2 a 2 + t 2 sin 2 θ b 2 = 1 ， 即 t 2 ( a 2 sin 2 θ + b 2 cos 2 θ ) + t ⋅ 2 b 2 c cos θ − b 4 = 0 ， t 1 + t 2 = − 2 b 2 c cos θ a 2 sin 2 θ + b 2 cos 2 θ = − 2 b 2 c cos θ a 2 − c 2 cos 2 θ ， t 1 ⋅ t 2 = − b 4 a 2 sin 2 θ + b 2 cos 2 θ = − b 4 a 2 − c 2 cos 2 θ ， | A B | = | t 1 − t 2 | = ( t 1 + t 2 ) 2 − 4 t 1 ⋅ t 2 = 2 a b 2 a 2 − c 2 cos 2 θ . 当 cos 2 θ = 1 时， | A B | 有最大值2a；当 cos 2 θ = 0 时， | A B | 有最小值 2 b 2 a [ 3 ]。 解法三 设过椭圆右焦点F的直线l与椭圆的交点分别为 A ( x 1 ， y 1 ) ， B ( x 2 ， y 2 ) ，由焦半径公式可知： | A F | = a − e x 1 ， | B F | = a − e x 2 ， | A B | = | A F | + | B F | = 2 a − e ( x 1 + x 2 ) 由解法一可知： x 1 + x 2 = m ( y 1 + y 2 ) + 2 c ，其中 y 1 + y 2 = − 2 m c b 2 b 2 m 2 + a 2 ； ∴ | A B | = 2 a − e ( x 1 + x 2 ) = 2 a − 2 a c 2 b 2 m 2 + a 2 。 当 m = 0 时， | A B | min = 2 b 2 a ；当m足够大时，即直线斜率为0时， | A B | max = 2 a 。
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user: 3. 椭圆上任意一点P与椭圆焦点F 1 ， F 2 构成的角ÐF 1 PF 2 最大值问题 例3 设椭圆的标准方程为： x 2 a 2 + y 2 b 2 = 1 ( a > b > 0 )，椭圆上任意一点P与椭圆焦点 F 1 ， F 2 构成的角为 ∠ F 1 P F 2 ；当P为椭圆的上顶点时(或下顶点时)， ∠ F 1 P F 2 最大。 证法一 设椭圆上任意一点P，焦点坐标分别为 F 1 ( − c ， 0 ) ， F 2 ( c ， 0 ) ，且 | P F 1 | + | P F 2 | = 2 a 。 cos ∠ F 1 P F 2 = | P F 1 | 2 + | P F 2 | 2 − 4 c 2 2 | P F 1 | ⋅ | P F 2 | = ( | P F 1 | + | P F 2 | ) 2 − 4 c 2 2 | P F 1 | ⋅ | P F 2 | = 2 b 2 | P F 1 | ⋅ | P F 2 | − 1 ， | P F 1 | ⋅ | P F 2 | ≤ ( | P F 1 | + | P F 2 | 2 ) 2 = a 2 ，当 | P F 1 | = | P F 2 | 时，等号成立 cos ∠ F 1 P F 2 ≥ 2 b 2 a 2 − 1 ， ∴ 当 | P F 1 | = | P F 2 | 时， cos ∠ F 1 P F 2 有最小值， ∠ F 1 P F 2 最大，此时点P为椭圆的上顶点(或下顶点)。 证法二 椭圆的参数方程为 { x = a cos θ y = b sin θ ( θ 为参数)，则椭圆上的点为 p ( a cos θ ， b sin θ ) [ 3 ]；点P到原点O的距离： | O P | = a 2 cos 2 θ + b 2 sin 2 θ = b 2 + c 2 cos 2 θ 。 当 cos 2 θ = 0 时，即 θ = π 2 (或 3 π 2 )时， | O P | min = b ，此时点P为椭圆的上顶点(或下顶点)。 以原点O为圆心， | O F 2 | = c 为半径做圆，如图1，图2，图3所示： 图1. 半径小于短半轴 图2. 半径等于短半轴 图3. 半径大于短半轴 ∵ 点P为椭圆的上顶点(或下顶点时)，到圆心O的距离最短 | O P | min = b ∴ ∠ F 1 P F 2 最大，此时点P为椭圆的上顶点(或下顶点)。
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user: 4. 椭圆上任意一点P与椭圆左右顶点A， B构成的角ÐAPB最大值问题 证法一 由于椭圆关于坐标轴对称，不妨设椭圆第一象限上任意一点 p ( x 0 ， y 0 ) ，左右顶点坐标分别为 A ( − a ， 0 ) ， B ( a ， 0 ) ，记 ∠ P A B = α ， ∠ P B A = β ， ∠ A P B = γ ，如图4所示： 图4. P为椭圆上动点 tan α = y 0 x 0 + a (1) tan β = y 0 a − x 0 (2) tan γ = tan [ π − ( α + β ) ] = − tan ( α + β ) = − tan α + tan β 1 − tan α ⋅ tan β (3) 将(1)、(2)式带入(3)式整理可得： tan γ = − 2 a b 2 c 2 y 0 ，当 y 0 = b 时， tan γ = − 2 a b 2 c 2 y 0 最大，即 ∠ A P B 最大；此时P为椭圆的上顶点。 证法二 以原点为圆心，椭圆长半轴为半径做圆，如图5所示：有上述例3中的证法二可知：椭圆的上顶点到原点的距离最短。因此P为椭圆的上顶点时， ∠ A P B 最大。 图5. P为椭圆上顶点
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user: 5. 总结 本文在了解椭圆基础知识、参数方程等相关知识的基础上探究了焦半径、焦点弦及焦点三角形中角 ∠ F 1 P F 2 的最大值问题；多个角度分析问题，探究相关结论，使得运用结论在解决相关习题时能快速找到突破口。
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user: 摘要 在经济日趋数字化和国际竞争日益加剧的今天，“科技创新”已然成为世界各国制定国家战略时要考虑的关键因素之一，这是由于原创性对于国家发展和民族振兴具有重大意义。考虑到在学生受教育阶段培养和发展其创造性思维对于提高国家的整体创造力的层次具有极其重要的作用，本文以大学物理教学过程为例，探讨教学中创新性思维的培养过程，并提出了一种新的培养方法。本文的探讨对于进一步深化教学改革和创新性人才的优质培养具有积极意义。
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user: 1. 研究现状及意义 创新驱动国家发展。谁占领了科学与科技的制高点，谁就具有国际话语权。在国际竞争日益加速的今天，科技创新对国家发展显得尤为重要。各国科技水平的竞争实际上是人才原创力的竞争，而一个人在受教育阶段的创造性思维的大力开发对于提高其日后所表现出的固有创造力的层次具有正面意义，因此，在人才培养过程中尽可能培养其创新性思维至关重要。鉴于其对国家发展具有独特意义，国内外有不少学者对创新性思维的培养过程和方法进行了理论探讨。例如，王家驿 [ 1 ] 认为在培养低龄学生创造性思维的过程中，可通过适当引导将学生的好奇心转换成求知欲，进而激发创造灵感。董维杰等 [ 2 ] 则以电路定理教学为例，通过一题多解这种方式论述了如何培养学生的发散性创造思维。以运筹学课程教学为例，余跃等 [ 3 ] 认为应通过多鼓励学生质疑及主动参与教学来培养其创新能力。有学者认为将素质教育这一先进教学理念与多媒体教学方式相结合可为学生的创新精神培养提供具体的硬件平台 [ 4 ]。迟克晓 [ 5 ] 介绍了如何在高中英语阅读课程中激发学生的求知欲和提高学生的创新能力。他将“优化教学环节”和“在各个教学环节中设计富有创新性的问题”作为培养学生创造力的重要手段。黄志强 [ 6 ] 阐述了中等职业院校政治教学中学生创新思维的培养手段和方法。 据我们所知，目前关于教学过程中的创新性思维培养模式已具有相对成熟的理论框架。然而，考虑到各学科特点的差异性及创新人才培养方式的时代特征，我们仍需对该议题做更深入的实践研究和理论探索。为进一步从理论上完善学生创新思维的培养构架，本文提出了一套针对大学物理教学的全新的创新性思维培养方法。本文的探索对于进一步深化教学改革和创新性人才的培养具有积极意义。
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user: 2. 在大学物理教学中培养创新性思维的具体方法 大学物理课程是理工科学生必修的一门公共基础课。学好大学物理这门基础课程至少有如下两点意义：第一，可为后续其他理工科课程的学习打下坚实基础。第二，物理逻辑思维的专业训练对全面提高学生的创新能力、思维能力和分析推理能力是大有裨益的。在大学物理教学过程中，教师可通过如下方法来进一步培养和激发学生的创新性思维： (一) 课前用物理现象启发学生的思考 相比其他课程而言，大学物理课程的内容更加注重逻辑思维与现实生活的结合，原因在于人们所掌握的大多数物理规律都来源于对自然现象的深入观察之后的逻辑推理。因此，为了充分开发学生的创造性思维，首先建议教师在每堂课授课之前准备一种(或多种)与本次课内容相关的核心物理现象发送到相应教学班级的QQ群(或微信群、学习通等教学辅助平台)。其次，要求每位学生独立思考，就该现象的不同侧面进行联想，提出一个或数个问题，并独立寻求问题的答案。再次，于上课前一天收集学生的问题，进行问题整合与归纳。最后，在讲授本次课内容之前对学生的问题进行点评，对提出问题深入且解答合理的同学进行表扬，形成引导效应。例如，在讲授杨氏双缝干涉之前，教师可将杨氏双缝干涉实验的基本装置和“接收屏上的特定干涉条纹”的现象提前展示给同学们，主要目的在于引导同学们进一步自主观察出“两束同初相位的相干光干涉产生的明纹和暗纹均对称分布于中央明纹两侧，而任意两相邻明纹间距相同”这种特征且创造性地思索产生这种特征的原因。 (二) 授课时采用追本溯源的逆向方式 在讲授大学物理内容过程中，教师应尽量避免传统的“填鸭式”教学。在讲授大学物理课程时，建议教师不妨采用“逆向思维”方式授课：不直接告诉学生是什么原因导致了某种现象，而经常以问题为导向，先介绍现象，然后多分配一定时间让学生思考为什么会产生这种现象。这无疑会激发起学生的创新思维。以光线的单缝夫琅禾费衍射为例。授课伊始，教师可先播放典型的光线衍射视频，向学生展示一般的衍射现象及其特征，然后引导学生思考“光线为何会发生非直线传播”这一关键问题。又如热力学第二定律的学习。教师可事先给出几种与热力学方向性有关的自然现象，让学生深入思考。比如，一棵树为何只能从树苗长成参天大树而不能从成年大树变成树苗？一个完整无缺的杯子被摔碎之后，无论如何也回不到原来的状态，这是为什么？热量可以自发地从物体的高温部位传向其低温部位，为何相反的过程却没人过？通过这类专门的训练，学生的原创力会得到稳步提升。 (三) 课后引导学生对生活现象做发散性思考 建议教师在一次课程内容讲授结束后，给学生布置一道特殊的课后作业，即还有哪些生活现象可以用这一节课学到的理论知识和规律来解释。从某种意义上来说，这比布置几道平常的课后习题有意义得多。这是一种创新意识培养的进一步扩散。部分同学可能会惊奇地发现自己所学的规律竟然能解释教材上没有的现象，进而自信心大增，学习兴趣更浓。而兴趣的产生往往会进一步激发创造性，从而形成良性循环。以简谐振动为例。在学习了简谐振动的动力学方程后，学生可能仅知道弹簧振子等少数典型的实例。这时，建议教师引导学生进一步留意生活中其他的周期性变化现象，并鼓励学生通过动力学分析确定该现象是否可近似看成简谐振动。这种探索行为既有助于学生进一步理解所学内容，也能在无形中开发其创造性思维。 以上这套培养创新性思维的方法既有助于调动学生积极性，也在无形中不断激发学生的创新思维，从而可达到稳步提高学生原创力的目的。
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user: 3. 结束语 俗话说，教师的本职工作是传道、授业与解惑。这话固然没错，但是，仅仅做好文化的传承在当今是不够的，特别是在我国“科教兴国”战略的大力实施过程中。为更好地适应国家的战略需求，教师们应比以往更加重视学生的创新性思维的培养。本文以大学物理教学为例，从理论上分析了如何进一步在教学过程中挖掘和开发学生的创造性思维，并给出了具体的创新性思维培养方法。如何将该培养方式推广到其他门类课程的教学中以及如何进一步激励学生自主开发自身的创造力，将是我们今后要重点探讨的议题。
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user: 摘要 《大学物理》是理工科专业的公共基础课，是学生日后开展学习和工作的必修课。随着各高校逐步对《大学物理》课时的调整，该课程的课时较之前有所缩减，而教学内容却几乎未减少，如何在缩减课时的情形下尽量保证原有的教学效果变成一个突出的问题。作为该问题的重要解决方法之一，MOOC课程的出现和发展为一线教师在如何提高学生学习效率、丰富学生学习内容等问题上提供了契机，而如何有效利用MOOC教学模式是教学改革探讨的前沿议题之一。
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user: 1. 引言 2020年，新冠病毒的蔓延迫使全球高等教育教学从线下教室转移到线上课堂，这是自然不可抗因素促使的改变。因“新冠疫情”这种偶然因素所导致的广泛的在线课堂教育活动大大促进了人们对在线教育模式和方法的理论探索。在新形势下，人们对近年来兴起的几类新型在线开放课程及其进一步发展显得尤为关注，这其中就包括“慕课”(MOOC)。“慕课”的全称为大规模在线开放课程(Massive Open Online Course)，该专用名称由两名加拿大学者于2008年提出。慕课的主要特点是以网络为载体、互动性强、开放性强，且授课手段多样化。它能将视频、微课等教学手段充分融为一体。这一新型教学模式自被提出后便受到人们的青睐 [ 1 ] [ 2 ]，因而发展迅速。面对全球MOOC教学模式的快速发展，中国高校和各类教育机构也纷纷行动起来。2013年，北京大学等五个高校与Coursera签约，在其平台上提供课程。清华大学于同年推出了“学堂在线”这一首家中文MOOC平台。除了其硬件设施的配备与相关网络平台的搭建外，学者们也投入到对不同门类采用慕课教学的理论探索与实践探索中 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]。据我们所知，直到最近几年，学者们才开始探讨慕课在大学物理教学中的应用 [ 6 ]。对“如何更高效地将慕课融入大学物理教学”这一议题的理论探索还有广阔的发展空间。本文从理论上探讨如何在大学物理教学中更有效地利用MOOC教学模式。考虑到大学物理是理工科专业必修的公共基础课，本文的探索对于进一步开发学生的创新性思维和培养创新型人才具有积极意义。
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user: 2. 大学物理课程的教学现状 由于大学物理课程的学科特点、学时和师资的原因，目前大学物理的基础课一般都是按专业分班教学，并且不少教学班包含两个以上的专业，这其实也是一种比较粗放的分层教学。这种教学模式的主要优点是易于实施、容易把控教学进度及便于学生的管理。但是，该模式也有诸多不足之处，主要体现如下： 1) 学生的主动性得不到发挥，容易造成教学过程中教师“一言堂”的现象(即向学生单向输出知识信息)。在这种粗分层模式下，虽然学生基础相差不大，但是在同一个教学班中不同专业(甚至同一专业)的不同学生，其学习基础、学习心理、学习态度等还是具有较多个体性差异。另外，不同专业(甚至同一专业)的不同宿舍的学习风气也有很大差别。 2) 评价模式比较单一，侧重结果性评价，缺乏对学生的探索性、形成性和过程性评价。物理基础课程成绩由平时、期中和期末考试成绩三部分组成，并期末考试成绩比重较大。在这种侧重于结果性评价的导向下，学生将大量精力放在对知识的学习和归纳上，可能只学到“考后就忘”的部分知识，学习中的探索性不够，且在思维能力、抽象能力、分析能力和创造能力的提高上收获甚微。这其实有舍本逐末之实。 3) 缺乏可供充分选择的教材。在目前的教学模式下，学生都用同一教材。这让学生难以选择适合自己学习风格的教材，从而影响学习效果。
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user: 3. MOOC课程的教学探讨 大学物理课程主要是由概念原理规律和公式等知识点组成。教师在传授这些知识点等教学内容的同时，不得面临近年来教学中的主要问题：大学物理课程在教学学时不断压缩的同时，教学内容却几乎未减少，而教学质量却又要得到保证。另外，学生的能力层次也各不相同。因此，利用MOOC课程等教学资源，与传统课程教学内容相结合，已经是大学物理教师目前特别关注的问题。为了更有效地将MOOC这种新型的在线教学模式应用到大学物理的教学过程中，我们建议教师做到如下几点： 1) 自主学习与反馈 教师可以通过MOOC平台对学生即将学习的内容进行个性化的疏导，指出学生需注意的内容和重难点，让学生通过MOOC的学习对所学知识点有基本的了解。另外，要求学生将自学过程中的大致学习情况和遇到的问题通过平台反馈给教师，以便教师更合理地安排教学内容和进度及变更教学方法等。 2) 知识讲授和交互学习相结合 在传统课堂中，教师讲解占用了大部分时间。这既弱化了互动交流的过程，也使学生的问题无法得到及时解决。教师可在MOOC的帮助下，通过“化整为零”的方法将大块知识点细化，从而有助于学生及时消化所学的知识点。另外，建议教师通过MOOC平台引导积极的互动讨论，让学生随时有发言机会。这能及时解决学生课前和课中遇到的问题。此外，对于需实验辅助的部分章节，建议教师通过MOOC平台发布相关实验的视频供学生观看。这将使该部分内容的讲解变得更为直观，从而使内容学习变得具体化、形象化。一方面，这种交互式的学习可避免传统教学中教师“一言堂”现象。另一方面，该学习方式也可使学生在讨论中更加自如地主动思考，促使其将知识真正内化。 3) 自主探究式学习 一方面，建议教师从网上搜集或自制富含动画、视频等相对生动形象的素材，借助于MOOC平台建立一套完整的线上作业库。布置作业时，教师可采用慕课平台线上布置与线下布置相结合的方式。对于线上作业的布置，建议教师通过平台的便捷设置为不同学生布置适合其自身发展的作业。如此一来，学生的学习兴趣会得到充分激发。对于做错的题目，学生也不会厌烦，反而会在好奇心的驱使下追根究底，从而逐渐形式自主探究式学习方式。其次，学生在完成一次用线上线下相结合的方式布置的作业后可能会更全面地发现自身的不足，从而方便学生及时调整后续的学习方法。另一方面，建议教师注重培养学生的问题导向思维和批判性思维，这有助于培养学生的主动探索能力。
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user: 4. 结束语 作为一门重要的公共基础课，大学物理需要进一步推进大规模在线开放课程模式的建设。大学物理教师要及时了解国内外与MOOC课程建设和改革有关的信息，并积极收集与MOOC课程建设相关的教学资源。在后续的教学改革探索中，我们仍需注意如下几个问题：1) 如何建立健全MOOC课程的管理制度。2) 除了会熟练使用MOOC课程平台，教师如何更好地参与到平台的建设与课程的制作中。3) 如何将大学物理理论课与实验课结合得更紧密。4) 线上线下的互动如何长期坚持。5) 如何改进教学体验。这些问题亦成为我们今后要努力的方向。
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user: 摘要 汽车座椅软泡在工艺生产中一般都是在低温模具内(60℃左右)进行泡沫的发泡工艺，但是在常温状态下不能生产熟化良好的泡沫。本文研究了在常温状态下市面上几种常用的催化剂对泡沫熟化的催化效率，以期找到一个能在常温下表现良好的催化剂，进行泡沫的生产。
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user: 1. 引言 软质聚氨酯泡沫塑料(Flexible Polyurethane Foam，简称聚氨酯软泡)是指具有一定弹性的一类柔软性聚氨酯泡沫塑料，它是用量最大的一种聚氨酯产品。产品主要有高回弹泡沫(HRF)、块状海绵、慢回弹泡沫、自结皮泡沫(ISF)和半硬质吸能泡沫等。聚氨酯软泡的泡孔结构多为开孔的。一般具有密度低、弹性回复好、吸音、透气、保温等性能，主要用作家具垫材、交通工具座椅垫材、各种软性衬垫层压复合材料。工业和民用上也把软泡用作过滤材料、隔音材料、防震材料、装饰材料、包装材料及隔热保温材料等。 之前在常温下熟化的聚氨酯材料大部分为水性聚氨酯或者聚氨酯涂料，并无有光聚氨酯泡沫的常温熟化文献。本文对市面上常见的几种催化剂在常温状态下对聚氨酯软泡凝胶催化的催化效率对比，及熟化后泡沫的表面状态进行研究，来确定适合在常温状态下使用的聚氨酯软泡的凝胶催化剂 [ 1 ]。
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user: 2. 实验部分 2.1. 泡沫发泡配方 在相同的泡沫配方体系中使用① 赢创CAT-29、② 赢创CAT-1、③ 东曹CAT-23、④ 赢创CAT-14四种不同的凝胶催化剂，在水含量2.8，其他助剂使用量保证相同的情况下，在指数为90，密度为55 kg/m 3 时进行发泡实验。具体配方如下表1： Table 1 Test formul 组分名称 含量(g/100g) PPG 60.000 POP 40.000 H2O 2.800 ADD-2 1.000 ADD-1 4.000 SUR-15 1.500 CAT凝胶 0.750 CAT发泡 0.100 表1. 实验配方 2.2. 检测项目 将聚醚及助剂混合好后，分别进行自由泡发泡实验，及方块泡发泡实验，记录自由泡起升曲线及拉丝时间(用一次性针筒沾取混合后的酸醚容易，观察何时会出现拉丝情况)。观察方块泡500 s熟化后熟化状态及表面情况。 Table 2 Test equipmen 使用设备 设备型号 用途 自动化聚氨酯发泡设备 非标设备 制备方块聚氨酯泡沫 FOAMAT泡沫起升仪 非标设备 记录泡沫起升曲线 表2. 实验设备
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 原理分析 软质聚氨酯泡沫在生产过程中，在发泡上升阶段内主要发生一下4个基本的化学反应 [ 2 ]： 在软泡生产过程中，所有原料混合后，首先在叔胺的催化下发生(1)、(2)和(3)三个反应。当上述三步发泡反应进行到快要结束时才开始发生第四部反应，即多元醇与异氰酸酯基团的交联凝胶反应。催化剂用量虽少，但是能够缩短反应时间，促进固化，提高生产效率 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]。 3.2. 不同催化剂对泡沫体系催化效果与时间的关系 表3是四种不同的催化剂在实验室中使用相同的配方进行发泡反应并观察的结果，从表中可以看出CAT-29的拉丝时间最短，仅为57 s，触摸表面后表面的熟化状态良好，在100 s时表面仅仅发粘，已经没有掉皮现象，也印证了这一结果。CAT-29的拉丝时间为80 s，触摸后表面状态在150 s时还有轻微的粘掉皮现象。CAT-23的拉丝时间为92 s，触摸后表面状态在150 s时还有轻微的粘掉皮现象。CAT-14的拉丝时间为100 s，触摸后表面状态在200 s时还有粘掉皮现象，催化效果最差。 Table 3 Drawing time of foaming reaction and surface state after touchin 拉丝时间 100 s表面状态 150 s表面状态 200 s表面状态 250 s表面状态 300 s表面状态 1 赢创CAT-29 80 s 触摸表面塌陷 触摸表面掉皮 触摸发粘 触摸发粘 触摸轻微发粘 2 赢创CAT-1 57 s 触摸发粘 触摸发粘 触摸轻微发粘 触摸轻微发粘 触摸轻微发粘 3 东曹CAT-23 92 s 触摸表面塌陷 触摸表面掉皮 触摸发粘 触摸轻微发粘 触摸轻微发粘 4 赢创CAT-14 100 s 触摸表面塌陷 触摸表面塌陷 触摸表面掉皮 触摸发粘 触摸发粘 表3. 发泡反应拉丝时间及触摸后表面状态 3.3. 不同催化剂的自由泡起升曲线 图1是四种催化剂的起升曲线，图2是四种催化剂的起升曲线中的各种数据。可以看到CAT-1的起升 图1. 四种催化剂的起升曲线 图2. 四种催化剂的起升曲线 时间(max.height at)最短，达到最高高度用时79.3 s。CAT-29起升时间(max.height at)稍长，达到最高高度用时105.2 s。CAT-23起升时间(max.height at)第三，达到最高高度用时205.2 s。CAT-14起升时间(max.height at)最长，达到最高高度用时275.1 s。起升曲线与拉丝时间结果相符。但四种催化剂最高高度相似。 3.4. 不同催化剂方块泡表面质量 如图3所示，CAT-1虽然催化效果最好，但是熟化后泡沫的表面状态差，表面存在较严重的褶皱以及泡孔偏大的情况。CAT-29表面状态最佳，基本无异常。CAT-14虽然催化效果稍差，但是表面状态良好。CAT-23表面存在细微的褶皱。 图3. 四种催化剂泡沫的表面状态
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user: 4. 结论 本文研究了常温下几种催化剂的催化效果及表面泡沫质量。可见在常温下，赢创CAT-29催化效果最佳，拉丝时间及表面状态均表现不错。赢创CAT-1虽然拉丝时间较短，但是熟化后泡沫表面状态较差。赢创CAT-14拉丝时间长，但是熟化后泡沫表面状态良好。东曹CAT-23拉丝时间长，而且熟化后泡沫表面存在细微的褶皱。
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user: 摘要 土壤酶活性大小是土壤肥力的重要标志之一，在土壤的物质循环和能量转化过程中起着重要作用。在以往的研究中，许多学者侧重于研究砒砂岩与沙复配成“土”的土壤性质以及地上植物的生长状况及产量，但对于间作体系下土壤酶活性和养分及其之间关系研究较少。本文研究不同种植模式对砒砂岩与沙复配土壤的养分与酶活性影响，研究发现土壤过氧化氢酶以及土壤磷酸酶受作物种植模式影响不显著，土壤过氧化氢酶活性受土壤复配比例影响较大，砒砂岩添加增加了土壤过氧化氢酶活性，但对土壤磷酸酶活性影响不显著。
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user: 1. 引言 砒砂岩与沙在合适比例下复配形成的“土壤”既有效保留了砒砂岩良好的保水、持水能力，又在沙粒分散间隔作用下，增大了孔隙度，避免了土壤板结，有利于形成保水、保肥的土壤层 [ 1 ]。根据以往的研究表明，砒砂岩与沙复配土壤有机质处于急缺水平，全氮、速效磷和速效钾属中等偏下水平 [ 2 ]。在风沙土中添加砒砂岩可增加土壤铵态氮含量，减少硝态氮和速效磷含量 [ 3 ]。按照1:1、1:2和1:5共3种不同的比例，将砒砂岩与沙复配，种植一季冬小麦后土壤养分含量除有效磷外，全氮、速效钾及有机质均处于极低水平 [ 4 ]，说明砒砂岩与沙复配土壤养分欠缺，生物长势差，需要快速提高土壤肥力。土壤酶活性大小是土壤肥力的重要标志之一，是蛋白质性质的生物催化剂，催化土壤中的一切生物化学反应，在土壤的物质循环和能量转化过程中起着重要作用。 苜蓿是豆科植物，黑麦草是禾本科植物，二者均属于常见牧草，对其采用不同的种植模式对土壤养分和酶活性均产生一定影响。屠娟丽等研究发现在桃园套种苜蓿和黑麦草可增加土壤有机碳含量和土壤结构的稳定性，提高和改善了土壤孔隙的均匀性及连通性，可降低土壤侵蚀风险和减少养分流失，显著提高了桃园土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性 [ 5 ]。在雪青梨树行间种植苜蓿和黑麦草，可以增加土壤有机质和养分的含量，过氧化氢酶与土壤全磷含量呈显著负相关，与土壤全钾含量呈极显著正相关，脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性与土壤全氮的含量具显著正相关性 [ 6 ]。添加砒砂岩可增加风沙土对磷的吸附量，有利于磷的吸附与固定，改善土壤磷素的供应，有利于植物对磷素的吸收 [ 3 ]。适宜的水肥管理方式下，添加砒砂岩可提高黑麦草的生物量，增加黑麦草对氮、磷的吸收。风沙土中添加砒砂岩增加了黑麦草根生物量和总生物量 [ 7 ]，说明在砒砂岩与沙复配的土壤有利于黑麦草的生长。豆科与禾本科植物间作是比较常见的一种间作方式，苜蓿的根瘤能够固定空气中的游离态氮，能增加土壤有机质与氮素的含量，可以向黑麦草转移氮素，并且促进其对磷素的吸收，植物间作可以充分利用不同植物的生理特性及相生相克原理，促进植物协同生长，提高土地利用率和促进植物高产 [ 8 ]。植物根系分泌酶释放到土壤中，早在1919年Knudson等研究人员提出植物根系能分泌淀粉酶的理论。随着研究工作的深入，越来越多的酶类被发现，其中包括过氧化氢酶、酚氧化酶、冬氨酶、脲酶、天冬氨酶、蛋白酶、脂肪酶、蔗糖酶、淀粉酶和纤维素酶等 [ 9 ]。 在以往的研究中，许多学者侧重于研究砒砂岩与沙复配成“土”的土壤性质以及地上植物的生长状况及产量，但对于间作体系下土壤酶活性和养分及其之间关系研究较少，据此，本研究基于寻求快速提升砒砂岩与沙复配土生物质量的目标与措施，设置3种种植模式作为主处理，不同砒砂岩与沙复配比例作为副处理，采用裂区试验设计方案，研究不同种植模式对砒砂岩与沙复配土壤的养分与酶活性影响，采取合理的生物技术手段，构建一个稳定的生物循环系统是实现“土体有机重构”的重要任务。
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user: 2. 实验设计及方法 2.1. 实验设计 采用裂区设计方法，实验设置如下12个处理，每个处理3次重复，共计36盆。采用室内环境条件控制下(温室光强为120 μmol photons m −2 s −1 ，昼夜交替时间为16 h/8 h，昼夜交替温差为22℃/15℃)的土培盆栽试验，砒砂岩，沙，供试砒砂岩样品、沙样品采自均采自毛乌素沙地榆林市榆阳区。苜蓿和黑麦草种子各1包，塑料盆中(D = 34 cm，H = 23 cm) 36个，复合肥，喷壶、天平、土钻、镰刀等。 将采集的砒砂岩与沙土轻轻拍碎，过5 cm筛孔，分别按照体积比1:1、1:2、1:5和0:1混合，预装土9.8 kg，容重处理设定在1.45 g/cm 3 左右，在每个土样中混入等量复合肥，所有盆栽均采用一次性基施化肥，将化肥和土拌匀后，装入塑料盆栽，每盆施肥量分别为：尿素：5 g；磷酸二胺：3 g；硫酸钾：3 g。浇水至田间持水量(约20%)，阴凉处放置48 h。 挑选大小均匀、籽粒饱满的供试植物种子，用去离子水浸泡4 h，将挑选出来的20粒种子整齐地平铺在盆栽土壤上，再平铺上0.2 kg过筛的土壤。在温室中培养，等待萌芽。发芽后记载出苗期及出苗率。 待种子发芽出苗后，待10天生长，盆栽间苗确保每盆有10株植物，其中间作处理黑麦草苜蓿各保留5株。作物生长期间，每天称重法补水以维持土壤水分为田间最大持水量的60%到田间持水量之间。 2.2. 试验方法 在植物生长的第70 天左右，测定苜蓿和黑麦草的株高和叶绿素(SPAD 502)。在植物生长的第 75天后每盆选取6株植株，取约1.5 g叶片，同时将盆栽中的新鲜土壤过筛后装入自封袋进行编号，放入4 ℃冰箱保存备用，另将其余土样进行风干研磨备用。检测分析种植前和收获后土壤养分(活性有机碳、硝态氮、铵态氮、有效磷、速效钾)含量及土壤酶(脲酶、磷酸酶、转化酶)。 2.3. 数据处理 首先，采用Microsoft Excel 2007软件整理数据，并对所有数据进行正态分布检验。其次，用one-way ANOVA分析对不同土层处理进行差异性检验，并运用HSD法进行不同处理间的多重比较。最后，采用R语言对不同处理间酶活性进行作图。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 不同种植模式下土壤理化性质差异 由表1可知，不同作物种植模式对土壤铵态氮、硝态氮、有效磷及速效钾的影响均没达到显著水平(P > 0.05)；然而，土壤活性有机碳在不同作物种植模式下差异显著，由图1可以看出，土壤活性有机碳在宿主植物为禾本科黑麦草或者禾本科(黑麦草)和豆科(苜蓿)互作时的含量要显著高于宿主植物为豆科植物苜蓿时。此外，由图1还可以看出，尽管土壤理化性质在不同砒砂岩复配比例下没有明显的规律，但除硝态氮外，土壤活性有机碳、铵态氮、有效磷以及速效钾的含量均呈现出在砒砂岩与沙复配后含量降低的趋势。 Table 1 Variance analysis of soil physical and chemical properties under different planting mode 不同处理 活性有机碳 铵态氮 硝态氮 有效磷 速效钾 种植模式(F) * ns ns ns ns 复配比例(M) ns *** *** *** * F*M ns ns ns ns ns 表1. 不同种植模式下土壤理化性质方差分析 注：不同字母代表组间差异显著；P: 单因素方差分析结果，*: P < 0.05; **: P < 0.01; ***: P < 0.001; ns: P > 0.05。 图1. 不同种植模式下土壤理化性质差异性分析 3.2. 不同种植模式下土壤酶活性差异 由表2可知，不同作物种植模式对土壤酶活性的影响均没达到显著水平(P > 0.05)。砒砂岩与沙复配比例显著影响了土壤过氧化氢酶活性，由图2可以看出，纯沙土的土壤过氧化氢酶活性显著低于砒砂岩复配后的土壤过氧化氢酶活性。 Table 2 Variance analysis of soil enzyme activity under different planting pattern 不同处理 过氧化氢酶 磷酸酶 种植模式(F) ns ns 复配比例(M) *** ns F*M ns ns 表2. 不同种植模式下土壤酶活性方差分析 注：P: 单因素方差分析结果，*: P < 0.05; **: P < 0.01; ***: P < 0.001; ns: P > 0.05。 图2. 不同种植模式下土壤酶活性差异性分析 3.3. 土壤养分与土壤酶活性相关性分析 由图3可以看出，土壤过氧化氢酶活性与土壤铵态氮、有效磷呈显著负相关，而与土壤硝态氮呈显著正相关，此外，土壤过氧化氢酶活性还与土壤活性有机碳以及速效钾呈负相关，但相关性不强。土壤磷酸酶与铵态氮以及速效钾呈负相关。 图3. 土壤养分与土壤酶活性相关性分析
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user: 4. 结论 通过对不同处理下(种植模式 * 砒砂岩与沙复配比例)的土壤理化以及土壤酶活性进行分析比较，发现土壤理化性质在不同处理下规律性不强。总的来说，单种黑麦草、黑麦草和苜蓿混种土壤有机碳含量要高于单种苜蓿。此外，砒砂岩添加增加了土壤硝态氮含量，降低了土壤活性有机碳、铵态氮、有效磷以及速效钾的含量。土壤过氧化氢酶以及土壤磷酸酶受作物种植模式影响不显著，土壤过氧化氢酶活性受土壤复配比例影响较大，砒砂岩添加增加了土壤过氧化氢酶活性，但对土壤磷酸酶活性影响不显著。土壤过氧化氢酶活性与土壤铵态氮、有效磷呈显著负相关；土壤磷酸酶与铵态氮以及速效钾呈负相关。 由以上得出的结论土壤理化和酶活性差异性不强，相关性不高。分析原因可能有二，首先，温室实验不能很好地模拟野外真实的生境，可能造成相关指标差异性不强；其次，温室盆栽实验周期较短(植物生长周期为4个月)也可能是造成差异性不显著的原因之一。未来的研究会在此实验基础上设计野外原位监测实验，来更好地研究豆科—禾本科牧草间作对砒砂岩与沙复配土壤养分与酶活性影响。
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user: 摘要 采用布里奇曼法(Bridgman)制备了Cl掺杂的n型SnSe单晶热电材料，研究了Cl的掺杂量对SnSe 1-x Cl x (x = 0， 0.02， 0.025， 0.03， 0.04)样品的热电性能的影响。结果表明，Cl的掺入可以实现SnSe单晶从p型到n型的转变。当x = 0.03时，SnSe 0.97 Cl 0.03 样品的电子浓度提高到5.1 × 10 18 cm −3 ，样品表现出高的电导率和迁移率。在323 K温度下功率因子(PF)达到17.8 uWcm −1 K −2 。在323 K - 773 K温度范围内的平均ZT值达到0.72，为不掺杂SnSe单晶样品的3.8倍，表明Cl掺杂可以有效改善低温段n型SnSe单晶的热电性能。
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user: 1. 引言 热电材料可以实现电能和热能之间的相互转换，在温差发电和半导体制冷领域有着广泛应用前景，被认为是十分重要的清洁能源材料 [ 1 ]。热电材料的转换效率由无量纲ZT值决定，其表达式为: Z T = S 2 σ T / κ ，其中S为Seebeck系数， σ 为电导率， k 为热导率，T为绝对温度。从ZT表达式可以看出，要提高材料的热电性能需要提高Seebeck系数和电导率，使得材料具有高的功率因子( P F = S 2 σ )；同时要降低材料的总热导率。但是由于这些参数之间存在相互耦合关系，使得通过单一参量的提高或者降低来提高热电优值ZT变得十分困难。目前，改善热电性能的主要途径有从电学方面通过载流子浓度优化 [ 2 ]、能带汇聚 [ 3 ]、能量过滤效应 [ 4 ] 等能带工程方法来优化热电性能；另一方面，在材料中通过引入缺陷、位错、晶界等微纳结构，从多尺度范围增强声子散射降低晶格热导率是热电性能优化的重要途径 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]。此外，寻找本征低热导率材料也是提高热电性能的重要研究内容之一 [ 8 ]。 SnSe材料是一种具有层状结构的热电材料，其强烈的晶格非谐性使其具有较低的本征热导率。2014年，赵立东等人报道了单晶SnSe在923 K时沿b轴方向最大ZT值达到2.6，成为当时ZT值最高的热电材料 [ 9 ]。此后，人们基于元素掺杂的方法来调节SnSe载流子浓度和降低晶格热导率，实现SnSe热电性能的进一步提高 [ 2 ]。Zhao等人通过在Sn位置上掺杂元素Na，实现了P型SnSe单晶材料ZT值在全温区的提高 [ 10 ]。Peng等人通过S元素固溶和Na掺杂在P型Sn 0.97 Na 0.03 Se 0.9 S 0.1 单晶样品中实现300~773 K温度范围平均ZT的提高 [ 11 ]。这些P型SnSe材料热电性能的提高得益于SnSe能带结构中存在多个能带差异小的价带，使得人们可以通过掺杂调节费米能级位置实现多重价带电子参与输运，从而提升不同温度范围的热电性能。人们对SnSe导带结构的理论计算表明n型SnSe材料同样具有优异的热电性能，其理论预测ZT值可以达到3.1 [ 12 ]。实验上，Anh等人首先通过Bi元素掺杂实现了SnSe单晶的n型掺杂，测量得到的ZT值达到2.2 [ 13 ]。2018年，Zhao等人通过Br掺杂在SnSe单晶中实现了电子沿a轴的传输，其特殊的“二维声子/三维电荷”传输性质使得层间ZT值达到2.8 [ 14 ]。目前，能有效调节n型SnSe单晶热电性能的掺杂元素十分有限，对n型SnSe单晶电声子输运和热电性能优化方法了解还很不充分，需要人们探寻更多的掺杂元素和途径来进一步调控n型SnSe单晶的热电性能。研究表明，卤族元素的异价阴离子位掺杂，如Zhao等人的Br掺杂和In Chung等人的Cl掺杂对于实现SnSe的n型导电行为和提高载流子浓度是有效的 [ 14 ] [ 15 ]，但Cl元素如何影响单晶SnSe沿面内方向的热电输运性质仍不确定，因此通过Cl元素掺杂来进一步研究n型SnSe单晶的热电性能具有重要意义。 本文通过布里奇曼法成功合成了Cl掺杂的n型SnSe单晶，通过不同Cl的掺杂含量的调控来优化SnSe的热电性能，发现SnSe 0.97 Cl 0.03 样品在室温附近沿面内方向具有较高的功率因子，达到17.8 uWcm −1 K −2 。其在300~773 K温度范围内的平均ZT值达到为0.72，表明Cl掺杂单晶n型SnSe有效提高了低温段的热电性能。
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user: 2. 实验过程 SnSe 1-x Cl x (x = 0， 0.02， 0.025， 0.03， 0.04)单晶样品均通过布里奇曼法生长。以高纯度Sn粉末(99.99%)、Se粉末(99.99%)和SnCl 2 粉末(99.99%)按照化学计量比称量总重10 g原料，混合后装入内直径为12 mm石英坩埚中，将石英坩埚抽至5 × 10 −3 Pa后，用氢氧火焰将石英管密封。为防止石英管破裂晶体被氧化，在石英管外再套一层内直径为20 mm石英管，同样使其气压抽至5 × 10 −3 Pa后密封。随后将石英管升温至1223 K并在此温度下保温10 h，再以2 K/min降温速度降到873 K保温4 h，最后在5 K/min冷却到室温得到SnSe多晶。将SnSe多晶块体研磨成粉末以同样的方法用两层石英管密封后竖直放入布里奇曼单晶生长炉中，首先在10 h内将温度从室温缓慢升到1223 K，并在该温度下保持2 h，随后石英管以1 mm/h速度下降，且设置炉内上温区比下温区高50K。生长100 h结束以后，以1 K/h从1223 K降温至873 K，再用10 h降到室温，得到尺寸为Ø12 mm × 20 mm的SnSe 1-x Cl x (x = 0， 0.02， 0.025， 0.03， 0.04)晶体。将得到的SnSe晶体沿解理面方向切割，并打磨成尺寸为10 mm × 3 mm × 3 mm的块体用于电性能测试和尺寸为Ø 10 mm × 0.8 mm的圆片用于热学性能测试，如图1所示。 图1. (a) 采用布里奇曼法生长的SnSe单晶体；(b) 热电性能测试的样品；(c) 图显示了如何沿面内方向切割 采用X射线衍射仪(XRD， Cu Kα1， Rigaku MiniFlex/600)分析粉末和块体的物相结构；使用场发射电子扫描显微镜(FESEM， Hitachi， S-4800)分析样品的形貌特征和元素分布；采用热电测试装置(Cryoall， CTA-3)在氦气气氛下测试323~773 K温度范围内的Seebeck系数和电导率( σ )；用HMS-3000霍尔测试系统测样品载流子浓度(n)及其迁移率(μ)；用激光导热分析仪(LINSEIS LFA-500)测量样品热扩散系数(D)；样品密度(ρ)用阿基米德排水法测得；热容引用文献中的测量值 [ 9 ]；用金刚石切割机(STX-202A)将样品切割成统一尺寸。
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user: 4. 结论 采用布里奇曼法生长了n型SnSe 1-x Cl x (x = 0， 0.02， 0.025， 0.03， 0.04)系列样品，研究了323~773 K温度范围内的Cl不同掺杂量对SnSe单晶面内方向热电性能的影响。发现在323 K温度下SnSe 0.97 Cl 0.03 样品沿面内方向的最大功率因子达到17.8 uWcm −1 K −2 ，这取决于样品在该掺杂浓度下高的电导率值。在723 K温度下，SnSe 0.97 Cl 0.03 样品最大ZT值为0.87。323~773 K温度范围内的平均ZT值达到0.72。表明Cl掺杂单晶n型SnSe有效提高了低温段的热电性能。
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user: 摘要 通过数字图像处理技术(DIC)，对不同含量(0.8%、1.0%、1.5%、2.0%)纳米改性混凝土进行抗压试验，采用CCD低速摄像机对试样加载过程实时监测，并基于Match ID软件分析不同荷载下位移场U的变化规律以及裂纹开展区域不同坐标的位移量的变化规律。研究表明：在不同含量的纳米改性混凝土抗压试验中，含量为2.0%时混凝土强度较高。在出现裂纹之前，位移变化较小，裂纹开展到最终破坏，位移变化较大。
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user: 1. 引言 在19世纪60年代，纳米材料被誉为“21世纪最有前途的材料”，纳米材料指粒径在纳米级，尺寸在1~100 nm范围之间的材料。普通硅酸盐水泥的水化反应主要是指水化生成硅酸钙的过程，但其在内部细观尺度下水化产物还存在缺陷。Nano-SiO 2 的粒径非常小，具有较好的火山灰活性，纳米SiO 2 改性机制以加速水化反应为主，在早期生成大量水化产物，水化生成的低密度硅酸钙凝胶会填充微孔，改善的微观组织结构 [ 1 ] [ 2 ]，从而进一步改变内部骨料与水泥之间的界面结构，提高混凝土的强度、耐久性和密实性等性能 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]。姚廒 [ 7 ] 等采用15 nm SiO 2 和80 nm SiO 2 分别以0.5%、1%、1.5%、2%替代水泥对混凝土进行改性，研究表明：替代水泥率为2%的15 nm SiO 2 与替代水泥率为1.5%的80 nm SiO 2 比其他替代水泥率的混凝土抗压强度、抗折强度增幅较大，提高了混凝土的力学性能。叶青 [ 8 ] 等研究人员采用二氧化硅纳米材料对混凝土改性及机理进行研究，结果表明：纳米材料能改善混凝土微观结构，降低水泥浆体内部结构缺陷，提高了混凝土的密实度和力学性能。 数字图像技术(Digital image correlation， DIC)具有精度高、灵活性高、非接触等优点，随着国内外学者对数字图像技术进一步的探究，使其在不同材料的弹塑性应力、应变分析等方面得到广泛的应用 [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]。Pan B [ 13 ] 等对平面位移和应变测量提出了利用二维DIC技术，采用CCD非接触式角度测量法进行误差分析。李根 [ 14 ] 等研究了劈拉过程中碾压混凝土裂缝开裂的位移场和应变场的变化，结果表明：随着试件的尺寸增加，其延性越好。基于数字图像技术在材料应力应变的研究，采用虚拟场法，改变了材料本构模型参数的试验方法。Ahn [ 15 ] 等采用了数字图像法技术对铝镁合金在微尺度下进行了应变变化的相关研究。 本文对不同掺量的15 nm SiO 2 改性混凝土的抗压过程进行研究，使用CCD摄像机采集混凝土表面裂缝变化全过程的数字信息，并基于Match ID系统将CCD采集的数字信息结合数字图像法处理技术和虚拟场法对试块表面图像进行分析，得到不同掺量纳米改性混凝土水平方向的位移场U和应变场Exx，进一步对比不同掺量的纳米改性混凝土不同方向位移场和应变场的变化规律及混凝土在抗压过程中表面裂缝的变化。
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user: 2. 原材料及试验设计 2.1. 原材料 本试验采用纳米二氧化硅(Nano-SiO 2 )材料对混凝土进行改性，改性纳米二氧化硅材料掺量分别为0.8%、1.0%、1.5%、2.0%，选取的粒径为15 nm，纳米颗粒主要指标如表1所示。水泥采用陕西秦岭牌P.P 42.5R级水泥，物理性能指标如表2。 Table 1 Performance indicators of nanoparticle material 纳米材料 粒径/nm 分子量 比表面积m 2 /g 烧失量/% PH值 Nano-SiO 2 15 60.08 250 0.2 5~7 表1. 纳米颗粒材料性能指标 Table 2 Physical performance indexes of Portland cemen 密度/(kg/m 3 ) 细度/% 安定性 比表面积(m 2 /g) 凝结时间/min 初凝 终凝 3100 ≤8.0 合格 0.36 ≥60 ≤300 表2. 普通硅酸盐水泥物理性能指标 本试验选择的粗骨料级配为二级配，表观密度为2835 kg/m 3 ，堆积密度为1720 kg/m 3 ，细骨料为河砂，细度模数为2.80。 试样养护和抗压试验按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)进行。试验配合比如表3所示。 Table 3 Test mix desig 编号 W/C C/kg 15nm SiO 2 天然骨料 W/kg NS0.8 0.5 8.71 70.27 14.28 26.54 4.39 NS1.0 0.5 8.70 87.84 14.28 26.54 4.39 NS1.5 0.5 8.65 131.76 14.28 26.54 4.39 NS2.0 0.5 8.61 175.68 14.28 26.54 4.39 表3. 试验配合比设计 注：NS0.8：掺量为0.8%SiO 2 ；W/C：水灰比；C：水泥；W：水。 2.2. 试验过程 1、在进行抗压试验前，对混凝土试件进行散斑处理，2、将CCD低速摄像机安装在刚性支架上，调节CCD摄像机位置，使摄像机能对准加载试块；然后固定摄像机位置，避免摄像机移动。3、调节光圈、光源以及对焦，使计算机显示清晰的准备加载试块的图片。4、采用CCD摄像机和Match ID系统采集不同位置校正板信息，保证可以采集到混凝土试块在加载过程中所有的散斑点。 在加载过程中，CCD摄像机与万能压力试验机协调一致，确保试验同时开始，同时结束，确保荷载同位移场能直接对应。试件按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)进行抗压试验，试件加载速率为0.5 Mpa~0.8 Mpa，加载至试件完全破坏后自动停止。 试验所需设备有：万能压力试验机、CCD摄像机、光源、Match ID操作系统、校正板等。如图1(a)、图1(b)所示。 图1. 试验仪器。(a) 低速相继采集；(b) 采集界面
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user: 3. 结果与分析 3.1. Match ID位移算法 数字图像技术指采用CCD摄像机采集试样表面散斑点在试验中变形前后的图像，通过分析试样表面分布的散斑点位移变化计算试样表面的位移云图。本文采用Match ID软件计算分析位移场裂纹区域坐标点的变化规律。 在试验过程中参考图像内子集的形状会发生形变，由固体的变形连续性假定可知，参考图像子集分布在M点周围的N点，则目标图像的子集也在M点周围，如图2所示，参考子集的点映射到目标子集的区域内的相同点。即形成形函数： { x ′ ξ = x ξ + ξ ( x i ， y j ) y ′ j = y j + η ( x i ， y j ) (1) 图2. 变形前后子集 根据试样子集变形不同，形函数可分为如下几种： (1) ξ 0 ( x i ， y j ) = u η 0 ( x i ， y j ) = v (2) 该函数为零阶形函数，适用于参考子集与目标子集之间的位移。 (2) { x ′ i = x i + u + ∂ u ∂ x Δ x + ∂ u ∂ y Δ y y ′ j = y j + v + ∂ v ∂ x Δ x + ∂ v ∂ y Δ y (3) 该函数为一阶函数，表示位移、剪切、转角、应变及股和条件下的变形。其中 ∂ u ∂ x 、 ∂ u ∂ y 、 ∂ v ∂ x 、 ∂ v ∂ y 为图像子集的位移梯度； Δ x 、 Δ y 为参考图像子集内点 M ( x 0 ， y 0 ) 与 N ( x i ， y j ) 沿坐标轴方向距离，即 Δ x = x i − x 0 ， Δ y = y j − y 0 。 (3) { x ′ i = x i + u + ∂ u ∂ x Δ x + ∂ u ∂ y Δ y + 1 ∂ 2 u 2 ∂ x 2 Δ x 2 + 1 ∂ 2 u 2 ∂ y 2 Δ y 2 + u x y Δ x Δ y y ′ i = y j + v + ∂ v ∂ x Δ x + ∂ v ∂ y Δ y + 1 ∂ 2 v 2 ∂ x 2 Δ x 2 + 1 ∂ 2 v 2 ∂ y 2 Δ y 2 + v x y Δ x Δ y (4) 该函数为二阶形函数，可以表示比一阶形函数更复杂的变形，但函数计算复杂，因此在MatchID分析过程中一般用一阶形函数。 3.2. 试验分析 不同含量(即：NS0.8；NS1.0；NS1.5；NS2.0)的纳米改性混凝土强度如图3所示。由图可见，随着Nano-SiO 2 材料掺量的增加试样抗压强度呈现波动的趋势，与掺量为NS0.8相比，NS1.0、NS2.0抗压强度提高的幅度分别10.02%、14.51%。SiO 2 掺量为2.0%，抗压强度较高，为43.4 Mpa。研究表明：Nano-SiO 2 材料与混凝土内部的Ca(OH) 2 发生反应生成水化硅酸盐凝胶，可以改善混凝土内部砂浆与骨料之间的过渡区域，可有效的增加混凝土的抗压强度，且存在最佳含量使纳米改性混凝土抗压强度最佳。 图3. 不同含量抗压强度 基于Match ID软件，对不同含量(即：NS0.8、NS1.0、NS1.5、NS2.0)纳米改性混凝土不同荷载下进行位移场U处理分析。得到不同含量纳米改性混凝土位移场，如图3~图6所示，应变场如图7~图10所示。分别列出了试件从加载到失稳破坏三个阶段位移场U在不同荷载下的变化情况和裂纹扩展的过程，且水平方向的正数表示水平向右位移量，负数表示向左位移量。加载初期，试样表面位移变化较小，随着荷载的增加，不同含量的纳米改性混凝土(NS0.8、NS1.0、NS1.5、NS2.0)分别在32.09 Mpa、38.96 Mpa、32.32 Mpa、37.2 Mpa出现裂纹，位移变化明显增大，可能只是试样表面出现浅层裂纹，内部尚未开裂，荷载分别加载到峰值时，即37.9 Mpa、41.6 Mpa、35.6 Mpa、43.4 Mpa，试块失稳，较之于NS1.0，试样NS2.0强度的增幅大约为4.3%，但试样NS2.0裂纹开裂早于试样NS1.0。 在裂纹开展区域选择一条水平方向的线段，将线段等距分为五个点为5个坐标，如图5所示为NS0.8选点分析。则不同含量的纳米改性混凝土每个坐标的位移量如图6~图9所示。最大位移如图10所示。 图4. 不同含量位移场 图5. NS0.8选点分析 图6. NS0.8坐标位移 由图6~图10可见：裂纹开展不是全部沿一个方向扩展裂纹开展，部分裂纹位移是水平左右方向都有变化。裂纹开裂之前位移较小，裂纹出现到失稳破坏位移和应变变化较大。选取不同含量的纳米改性混凝土(NS0.8、NS1.0、NS1.5、NS2.0)坐标点的最大位移，位移量分别是：0.53 mm、0.50 mm、0.16 mm、0.57 mm。较之于NS0.8，NS1.0强度高于NS0.8，但最大位移量降低的幅度约为5.6%，NS2.0位移量增幅大约为7.5%，NS1.5的强度较小，位移量较小，NS2.0位移变化最大。 图7. NS1.0坐标位移 图8. NS1.5坐标位移 图9. NS2.0坐标位移 图10. 最大位移变化