弯曲受力时中空管以及混凝土填充纤维复合管的有限元模型:部分填充优化和杆设计方法

非线性有限元模型的拓展与验证在相关的论文(Son J,Fam A.中空管以及混凝土填充纤维复合管的有限元模型:第一部分——抗弯模型拓展与验证)中已被用于研究部分填充混凝土纤维增强复合材料线杆的抗弯性能。为提高抗弯强度和稳定性,建议采用部分填充厚壁管来降低造价。对不同直径与厚度比以及不同分层结构的悬臂单杆进行混凝土部分填充长度优化。研究发现,当下列任意一种情况出现时,优化长度会减少:当直径与厚度比变小时;当纤维角度相对于弯曲管纵向轴夹角增加时;当弯曲管中纵向纤维减少时;当采用侧向分布荷载代替端部集中荷载时。建立了计算中空管和混凝土填充FRP管承载力矩的简单表达式,基于同时发生在中空管和混凝土填充管处的破坏,结合简单的设计方法体系来优化混凝土填充管的长度。同时提出了计算锥形线杆的程序。     

弯曲受力时中空管以及混凝土填充纤维复合管的有限元模型:管参数模型的建立、验证与研究

建立一个非线性有限元模型研究中空管以及混凝土填充纤维复合管的抗弯性能。考虑材料和几何非线性并检验薄壁空管的局部屈曲性能。在厚壁中空管和混凝土填充纤维复合管中,通过Tsai-Wu准则判断碳纤维增强复合材料的破坏。采用试验数据,对模型进行了验证。然后,通过模型进行参数研究以检验直径与厚度比为40~125的中空管和混凝土填充纤维复合管的性质。考虑两种不同的纤维增强复合板层:一种是铺层角度与纵向成10°~75°,另一种是纵向纤维含量为25%~75%。研究显示:当纤维角度减少或纵向纤维含量增加时,尤其直径与厚度比较小时,抗弯强度增加。然而,当中空管的直径与厚度比较大时,这个角度对强度没有影响。当角度增加到35°~45°时,混凝土填充的影响变小,稳定性也降低,但不受纵向纤维含量的影响。在相关论文(FamA,SonJe-Kuk.中空管以及混凝土填充纤维复合管的有限元模型:第二部分———填充优化和管设计方法)中,模型被用于优化混凝土部分填充纤维增强复合管线杆并对设计方法进行研究。     

袋式除尘高温过滤材料特性研究

本文针对高温滤料的使用条件,从过滤机理分析了影响高温滤料过滤性能的主要影响因素,并从理论角度出发研究了异型纤维和梯度滤料对颗粒物的捕集效果和捕集规律,讨论了异型纤维和梯度滤料的过滤优势。分析结果表明:异型纤维滤料的过滤效率大于圆形纤维滤料,和相同直径的圆形纤维相比,过滤阻力增大但用料减少,与相同断面积的纤维比较,过滤阻力减少;梯度滤料引入了超细表面纤维层,使滤料的过滤效率有所提高,纤维用量减少且阻力系数增大,阻力增大的幅度随细纤维的直径不同而不同,另外,梯度滤料前窄后宽的通道设计使清灰更加容易。     

基于DPM法单纤维捕集效率的CFD模拟

对单纤维稳态过滤捕集效率采用拉格朗日离散相模型即DPM模型进行模拟分析,所选研究对象为粒径较大颗粒,这意味着主要考虑粒子的惯性机理。由于CFD模拟中粒子总是以点粒子的形式出现,因而忽略了拦截机理,通过DPM模型采用Laminar流场来对流场和迹线进行模拟,直观显示粉尘颗粒运动的轨迹及纤维对粒子的捕集行为,分析了在相同填充率SVF的情况下纤维直径、过滤风速和粒子直径对捕集效率的影响。研究结果表明:单纤维稳态过滤捕集效率随过滤风速、粒子直径的增大而增大,随纤维直径的增大而减小。     

空气过滤器玻纤滤料纤维排布对初始过滤性能的影响

应用格子玻尔兹曼方法(LBM)研究了亚高效滤料(F6)中2种不同直径纤维排布方式对过滤效果的影响,寻找最易穿透粒径(MPPS),比较了这2种排布方式对应的压降与捕集效率,并用解析解对模拟结果进行了验证。结果表明,对于直径为0.10~0.90μm的颗粒物,模型1(小纤维在后、大纤维在前)的捕集效率比模型2(小纤维在前、大纤维在后)低,最大差值可达17%;当增大纤维的行间距时,捕集效率会增大50%以上;在扩散、惯性和拦截效应下,前方纤维的捕集数量明显高于后方纤维,前一半纤维捕集的颗粒物数量超过总捕集数的83%;F6滤料的MPPS值为0.20~0.40μm。     

随机排列纤维过滤器颗粒捕集特性的数值研究

结合Matlab软件和数值计算前处理软件Gambit中的Journal文件建立了随机排列纤维过滤器模型,利用计算流体动力学(CFD)技术对4种随机排列纤维过滤器内部气-固两相流动特性进行数值研究,并将数值计算值和经典模型及实验关联式进行了比较。结果表明:利用论文提出的建模方法可以得到与实际纤维过滤器相似的模型。过滤器压力损失的数值计算预测值和实验关联式吻合较好,误差均在2%以内。不同结构过滤器收集效率的数值计算结果和理论模型的趋势基本一致,且不同粒径范围的颗粒收集机理也不同。对于小粒径颗粒(dp0.5μm),主要由布朗扩散起作用,dp1.5μm时,惯性碰撞贡献较大,当0.5μm≤dp≤1.5μm时,2种机理作用都较弱。另外,纤维直径和纤维填充密度分布会影响纤维过滤器的过滤性能,论文中,结构1(纤维直径和填充密度沿气流方向减小)的过滤器和结构3(纤维直径和填充密度沿气流方向增加)的收集效率高于结构2(在气流方向上纤维直径减小而填充密度增大)和4(在气流方向上纤维直径增大而填充密度减小),而压力损失则恰恰相反。结构1在大颗粒的收集上好于结构3,对于小颗粒则正好相反。结构4对于所有类型的颗粒的收集都要好于结构2。     

同级粗效滤料的过滤性能测试研究

通过对同级的粗效滤料进行大气粉尘的过滤性能实验研究。结果显示,同一级别滤料在过滤效率和阻力存在着明显的差异,在滤速1.2 m/s时,滤料效率达到最大。同级别中的G3样品1和G4样品3具有较高的效率,主要差异原因是滤料的纤维直径和孔隙率,可为过滤器粗效滤料的选择提供参考价值。     

纤维过滤器非稳态过滤的效率特性研究

从质量平衡关系式得出纤维过滤器过滤固体气溶胶的非稳态过程第一阶段中穿透率和积尘量的关系式,并用无量纲参数加以简化。R.C.Brown和D.A.Japuntich的实验数据验证了该关系式的可靠性。结合R.C.Brown的数据分析得到同一时间穿透率随厚度增加而减小,同一位置处穿透率随时间而减小;同一时间局部当量积尘量随厚度增加而减小,同一位置处局部当量积尘量随时间而增加;当量总积尘量与无量纲时间呈线性关系。     

缝合针孔缝隙对电解铝用滤料过滤特性的影响

针对电解铝用普通涤纶和涤纶覆膜两种滤料,分别采用缝纫线缝合和热熔缝合两种不同的缝合工艺,实验测试并对比了这两种滤料在不同的缝合工艺下的静态过滤效率,讨论了缝合工艺对滤料过滤特性的影响。结果表明:同种材质滤料分别用粗针细线、细针粗线、热熔三种缝合工艺缝合后,采用热熔缝合工艺的滤料过滤效率最高,过滤阻力也最大;采用粗针细线缝合工艺的滤料过滤效率较高,过滤阻力较大;细针粗线缝合工艺的滤料过滤效率最低,过滤阻力也最小。     

纤维细度对除尘滤料过滤性能影响的模拟研究

为分析相同克重的滤料中纤维细度对袋式除尘滤料过滤性能的影响规律,采用数值模拟方法研究了不同纤维细对对过滤性能的影响。研究表明,相同克重的条件下,纤维细度的减小能明显提高对细颗粒物的捕集效率,同时增加了过滤阻力,并且对不同粒径颗粒物过滤性能的影响表现出单调递减或先减小后增加的两种变化规律。     

Effects of fiber curvature on the microstructure of the interfacial transition zone in fresh concrete

The study on the interfacial transition zone (ITZ) of concrete has received lots of attention in the last decade. However, no information is available on the influence of the curvature of a rigid surface on the microstructure of ITZ. This paper employed computer simulation technology to study the influence of fiber curvature on the initial microstructure of ITZ in concrete. For the sake of simplification, the investigation was first focused on the mono-size spherical particle packing system around a cylindrical fiber with different diameters. An algorithm of serial cylindrical sectioning was developed. The curve of the solid volume fraction versus the distance to the surface of the fiber was used as a parameter to characterize the microstructure of the ITZ. Then, the influence of the ratio of fiber diameter to particle diameter on the initial ITZ’s microstructure was studied. These curves were compared with the ones from flat aggregate surface on which mono-size spherical particles were packed. Furthermore, the multi-size spherical particles system was further investigated. The simulation results demonstrate that no matter whether the spherical particle system is mono-size or multi-size, the fresh ITZ’s microstructure is irrelevant to the curvature of the fiber. The shape of the curve of solid volume fraction versus the distance from the surface of the fiber is similar to that around a flat aggregate surface. In all cases, the horizontal coordinates of the first peak of the curves are located at around half the mean weight diameter of the particles. The thickness of ITZ reduces slightly with the decrease in water/cement ratio. Therefore, one may use the ITZ’s microstructure around a flat aggregate surface to represent the ITZ’s microstructure around a cylindrical fiber in the fresh state, and vice versa. Translated from Journal of the Chinese Ceramic Society, 2005, 33(4): 484–491 [译自: 硅酸盐学报]     

荷载损伤后纤维轻骨料混凝土氯离子侵蚀研究

为研究荷载损伤对纤维轻骨料混凝土抵抗氯离子侵蚀性能的影响,设计了掺加聚丙烯纤维、钢 聚丙烯纤维、钢纤维3种轻骨料混凝土,开展了抗拉和抗压试验。分别在40%,60%,80%极限荷载3种拉、压应力水平下持续加载60 s,并测量加载后的残余应变。卸载后将试件切割成直径100 mm、厚50 mm的圆柱体,通过NEL法测定氯离子扩散系数。研究结果表明:混凝土残余应变随着拉、压荷载等级的增大而增大,纤维对轻骨料混凝土极限强度和变形能力提高显著;未施加荷载时,随着纤维的增加,单掺聚丙烯纤维组氯离子扩散系数变小,混掺纤维组基本保持不变,钢纤维组显著增加;施加荷载后,纤维的增加没有显著改善轻骨料混凝土抗氯离子侵蚀能力;残余应变与氯离子扩散系数间存在正相关特性,残余应变越大,氯离子扩散系数越大。     

纤维参数对水泥砂浆塑性收缩开裂性能的影响

研究了纤维品种，纤维掺量，纤维直径，纤维长度及纤维几何形状对水泥砂浆塑性收缩开裂性能的影响。结果表明：纤维品种不同，水泥砂浆抗塑性开裂性能不同；纤维掺量增大，水泥砂浆抗塑性开裂能力也将增大；纤维直径越小，纤维长度越大，水泥砂浆抗塑性开裂能力越大；纤维的几何形状不同，水泥砂浆抗塑性开裂能力有很大差异。     

聚丙烯纤维几何形态对水泥砂浆塑性干缩开裂性能的影响

本文要用三种不同几何形态的聚丙烯纤维,研究了在不同体积分数情况下纤维对水泥砂浆塑性干缩开裂性能的影响。结果表明,除聚丙烯纤维体积分数外,纤维直径、纤维断面几何形态对水泥砂浆塑性干缩开裂性能有明显影响。纤维直径减小、纤维水泥砂浆抗塑性干缩开裂能力增大;断面为三叶形聚丙烯纤维抗塑性干缩开裂能力优于圆形、矩形断面聚丙烯纤维。     

玄武岩纤维增强机场道面混凝土力学性能试验研究

针对当前机场混凝土道面使用过程中存在的部分问题,为提高道面强度及耐久性能,试验利用纤维增强混凝土技术,对比分析研究了两种规格的玄武岩纤维分别以0.05%,0.10%,0.15%的体积掺量对机场道面混凝土抗折、抗压强度性能的影响规律。试验结果表明:玄武岩纤维对机场道面混凝土有较好的力学增强性能,28 d抗折强度提高6.09%～19.80%,对抗压强度影响不明显,并且长度40 mm、直径40μm的短切玄武岩纤维较长度20 mm、直径20μm有更好的增强效果,可以在机场混凝土道面施工中使用,其最佳体积掺量为0.10%。     

基于物质点方法饱和多孔介质动力学模拟(Ⅱ)——饱和多孔介质与固体间动力接触分析

基于物质点方法(material point method,MPM)理论框架,提出了处理饱和多孔介质与固体间动力接触问题的新方法。其中饱和多孔介质的动力学响应通过文献[1]中发展的耦合物质点方法进行分析,单相固体的力学行为由传统单相物质点方法进行预测。通过本文提出的接触算法使二者相结合,在保证饱和多孔介质与固体间不存在相互穿透的前提下,允许饱和多孔介质与固体间的相互滑动,以预测整个接触/碰撞系统的动力学响应。同时进行了数值算例计算,通过算例验证了此方法的正确性,展示了此方法有效性。     

合成纤维混凝土板早期抗收缩裂缝的试验研究

混凝土的早期收缩裂缝虽然对结构的承载能力不会产生太大的影响,但会影响结构的使用寿命、缩短结构维修周期.通过合成纤维混凝土的20个平板试件的试验,着重研究各品牌的聚丙烯纤维的掺量与防裂效果之间的关系,并给出合成纤维用于混凝土防裂的合理掺量;得到了不同长径比、掺量情况下纤维防裂效果曲线,揭示了纤维长度和租集料粒径在基体混凝土中防裂作用的机理,给出不同长度纤维的使用场合;建立了不同弹性模量、不同掺量情况下纤维防裂效果曲线,给出了应选用高弹性模量纤维的建议.     

钢纤维类型和掺量对高强混凝土流动性的影响

钢纤维增强高强混凝土的流动性是评价混凝土工作性的重要参数之一。通过测试混凝土的坍落度并计算新拌混凝土的屈服应力,本文研究了钢纤维的类型和体积掺量对高强混凝土流动性的影响。结果表明,在四种钢纤维中,长度12~14mm、直径0.18~0.23mm的镀铜微丝钢纤维对混凝土的流动性影响最为显著,随着纤维体积掺量增大,混凝土坍落度显著下降。铣削型纤维对混凝土坍落度的影响最不明显,当纤维体积掺量为1.5%时,混凝土坍落度能达到190mm,屈服应力约为1KPa,仍能满足泵送要求。在取得最优增韧效果的基础上,可在1%~1.5%的范围内调整铣削型纤维的体积掺量。     

钢纤维混凝土焊钉-橡胶连接件受剪承载力试验研究

为建立钢-混凝土组合结构桥梁使用的钢纤维混凝土(SFRC)焊钉-橡胶连接件受剪承载力设计计算方法,设计并制作了18组54个SFRC焊钉-橡胶连接件,通过单调加载与循环加载推出试验,研究了混凝土强度、焊钉直径、钢纤维体积掺量、橡胶套筒高度及厚度、加载模式等对其受剪承载力的影响规律.基于准牛顿法进行非线性拟合,提出了SFR...