基于三维离散元法的钢桥面铺装层间剪切模拟

为了研究钢桥面铺装层间剪切破坏行为,采用离散元方法,建立钢桥面铺装复合结构试件的三维数值模型;通过DSR试验,获得沥青砂浆30℃和60℃条件下的Burgers模型参数,并计算得到沥青砂浆的细观参数作为离散元模型的输入参数;通过数值模拟分析了30℃和60℃条件下的钢桥面铺装层间剪切行为,与室内剪切试验结果进行对比,并且分析钢桥面铺装层间粘结失效情况和裂缝发展情况。研究结果表明,离散元数值模型能够较好地模拟铺装体系复合结构层间剪切行为;在虚拟剪切过程中,集料单元与钢板单元之间的粘结最先开始失效,随着剪切位移的逐渐增大,裂缝沿着钢板和沥青铺装层界面不断发展,最终贯穿整个界面。粘结失效集中在钢板与沥青铺装层界面之间,沥青铺装层内部单元之间没有粘结失效。     

弯矩作用下玻璃钢内衬再生复合管稳定性能分析

为研究弯矩作用下玻璃钢内衬再生复合管的稳定性能,采用有限元分析软件,基于层间双线性本构关系,建立玻璃钢内衬再生复合管有限元模型,分析外管腐蚀程度和内衬层厚度对玻璃钢内衬复合管稳定性能的影响,得到复合管受弯作用的应力云图并提取弯矩-管道中心点位移曲线。结果表明:外管壁与玻璃钢内衬层之间的层间作用力在一定程度上限制了管道变形的快速发展,提高了复合管的极限弯矩与因屈曲导致管道失稳破坏前的抗变形能力。带腐蚀坑的复合管道的变形与应力主要集中在腐蚀坑最深处周围,随着腐蚀深度的增加,弯矩极值逐渐降低。     

基于改进内聚力模型的沥青超薄罩面层间失效行为分析

为了准确预测沥青超薄罩面层间失效行为,在考虑层间黏结应力与摩擦效果耦合作用的基础上,引入改进内聚力模型表征界面接触特性,基于沥青超薄罩面直剪试验进行数值模拟,描述沥青超薄罩面层间失效行为演化特征,通过直剪试验验证改进内聚力模型的可靠性. 研究结果表明：层间黏结应力和层间摩擦系数由摩尔?库伦理论拟合直剪试验结果得到;沥青超薄罩面界面的切应力与剪切位移的关系分为切应力应变弹性强化、切应力应变软化及残余应力应变阶段;选择临界断裂能作为评价沥青超薄罩面层间失效行为的指标,该指标的数值随正向应力的增大而增加;数值模拟结果与试验结果一致度较高,验证了使用改进内聚力模型进行沥青超薄罩面层间剪切破坏行为研究的可行性.     

具有荷载作用历史的CFRP-钢界面粘结性能试验

为研究荷载作用历史对碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢结构界面粘结性能的影响,开展4种界面剪应力水平、6种持载时间的CFRP-钢双剪试件长期加载试验,对达到规定加载时间的试件进行静力拉伸破坏.根据CFRP轴向应变数据,给出了界面剪应力分布及粘结滑移曲线,考虑到界面蠕变损伤对粘结滑移本构关系的影响,在双线性模型中引入系数β、η、γ,回归分析得到了这3个系数的表达式.结果表明:胶黏剂的蠕变变形会引起界面应力重分布,随着时间的增加CFRP应变增大,界面剪应力峰值减小;加载90 d后,在12.5 mm处B组、C组、D组、E组试件界面剪应力分别减小了26.6%、59.2%、73.8%、85.4%;当界面剪应力水平较高时,应考虑界面蠕变损伤对粘结滑移曲线的影响,界面剪应力水平越高持续时间越长,蠕变损伤越显著;当CFRP粘贴长度大于有效粘结长度时,界面蠕变损伤对极限承载力没有明显影响.     

FRP板与混凝土湿粘结界面剪切性能试验研究

采用7种不同的粘结树脂,通过2批双剪试件的拉伸剪切试验研究了拉挤成型玄武岩纤维复合板与后浇混凝土湿粘结界面的力学性能,并将其与在既有混凝土表面外贴FRP形成的干粘结界面进行了比较,通过对比两者的破坏特征、荷载位移曲线、有效粘结长度、粘结滑移关系、界面断裂能以及粘结破坏机理,深入地研究了湿粘结界面的性能。结果表明：湿粘结的粘结强度仅为干粘结的1/2~2/3,但2种界面的有效粘结长度相差不大。最后,基于试验数据提出了适用于湿粘结界面的剪切滑移本构模型。     

环氧沥青超薄罩面层间抗剪强度的影响因素研究

为确定路面结构组合(A)、粘结方式(B)、黏结材料(C)及其交互作用(A×B,A×C,B×C)对沥青混凝土路面加铺环氧沥青超薄罩面层间抗剪强度影响的主次顺序和显著性,根据正交试验方法设计试验方案,开展了试验研究.利用自制可拆卸模具,采用轮碾成型机制备3种路面结构组合的复合试件,下面层为AC-20,上面层分别为SAC-13、SAC-10、AC-10.3种类型复合试件的层间界面情况分别为冷粘结无黏结材料、冷粘结有黏结材料、热粘结无黏结材料、热粘结有黏结材料.利用自行设计加工的45°斜剪夹具对复合试件进行常温斜剪试验.结果表明:相比于界面未做任何处理(冷粘结无黏结材料)的复合试件抗剪强度,黏结材料、热粘结以及两者的联合三种工艺对层间抗剪强度的平均增长率分别为29.5%、60.7%、94.1%;三个因素及其交互作用对复合试件层间抗剪强度影响的主次顺序为:B、C、A、B×C、A×B、A×C;其中A、B、C为高度显著因素,交互作用B×C为有一定影响因素,交互作用A×B、A×C为非显著因素.试验研究结果可为类似铺筑工程提供参考依据.     

湿热环境下粘钢加固混凝土界面的粘结性能

钢板-混凝土界面粘结性能是粘贴钢板加固混凝土结构的关键。通过对湿热环境下27个钢板-混凝土试件进行试验研究,分别进行5、10、15 d的加速湿热老化,然后进行双剪试验,获得了钢板-混凝土界面发生剪切剥离破坏过程中的极限荷载、钢板应变分布及荷载-位移关系。分析了环境温度、湿度耦合作用对钢板-混凝土界面粘结耐久性能的影响,并综合考虑钢板-混凝土的粘结破坏模式、受力过程、粘结界面相对位移发展规律,提出了粘结界面剪应力、滑移与温度和湿度相关的表达式。建立了考虑温度、湿度影响的粘结-滑移本构关系模型,数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

粘接界面的损伤研究

把粘接界面本构模型应用到商用的各向异性导电胶粘接的试件中,并用此模型计算试件的90°剥离的开裂.通过对粘接界面模型的修正,在原界面模型的基础上,增加了界面损伤因子χ,根据实验数据分别给出了温度循环损伤因子和高温高湿损伤因子计算公式.损伤因子不但能改变粘接的最大应力值,也能改变粘接界面开裂的位移.有损伤因子的界面本构能够描述温度循环和高温高湿试验后试件粘结强度的变化,此界面损伤模型的计算结果与实验结果吻合较好.     

各向异性导电胶膜损伤破坏试验与数值分析

各向异性导电胶膜粘接结构是微电子封装中广泛应用连接形式.粘接结构在外载荷的作用下,粘接界面容易出现损伤与破坏从而使得结构失效.运用内聚力模型(cohesive zone model))用有限元方法模拟了各向异性导电胶膜粘接结构在剥离测试中的粘接界面损伤与破坏的过程.通过与相应的试验数据比较,验证了内聚力模型对于导电胶膜粘接界面损伤破坏数值模拟的可行性.模拟计算分析了粘接界面损伤破坏与界面张开位移的关系,计算结果表明,粘接界面在剥离力的作用下,出现损伤后将很快达到破坏进而引起粘接界面的失效.     

既有管道与内衬叠合界面受力性能及计算方法

为获悉应用非开挖离心喷涂法对缺陷管道的修复效果,并揭示修复后界面及“管道-内衬”体系的破坏机理,建立两层叠合曲梁模型,并应用变截面法推导不同材料叠合曲梁结构的截面应力及界面应力的解析公式,以修复后管道受集中荷载作用的三边承载力试验为例,验证公式的准确性.给出“管道-内衬”体系协调变形的判断标准,即当界面抗力大于荷载时形成叠合结构,抗力小于荷载时形成复合结构.通过对相关参数分析,得到界面剪切应力τ和内衬厚度与既有管道壁厚比值β、弹性模量比η和既有管道直径D的简化公式,与力学模型的精确结果误差小于1%.最终给出既有管道不同破坏模式的内衬修复设计方法.     

钢-混组合截面外包薄钢组合管梁抗弯性能研究

为了对不同夹层混凝土强度的钢-混组合截面外包薄钢组合管梁抗弯性能进行分析,通过试验和有限元软件模拟相结合的方法,选用外层为薄壁不锈钢管,内层为钢管,双壁管中间分别喷注混凝土强度等级为C20、C40、C60的三种试件,采用分级加载方式对试件进行加载,试验结果与有限元软件模拟的结果相吻合。研究结果表明:随着混凝土强度的提高,试件的抗弯承载力提高、延性增大,能发生较大的塑性变形以吸收能量。     

锈蚀冷弯薄壁型钢板材力学性能退化规律

为了研究锈蚀对冷弯薄壁型钢和热轧钢材料力学性能的不同影响,通过对工业环境下服役多年的冷弯薄壁C型钢进行拉伸试验,借助3Dscan手持式激光扫描仪得到腐蚀钢板表面形貌,探讨了锈蚀程度对其材料力学性能的影响。将试验结果与锈蚀热轧钢进行对比分析,比较了锈蚀对两种钢材表面形貌、断口形式、应力-应变曲线、力学性能指标的不同影响。研究结果表明:锈蚀冷弯薄壁型钢三维粗糙度参数S_a、S_q随锈蚀率的增大而呈现逐渐增大趋势,且增长速率高于热轧钢;锈蚀冷弯薄壁型钢的弹性模量、屈服强度、极限强度和极限应变均随着锈蚀率的增大呈线性下降,但伸长率随锈蚀率的增大呈二次曲线下降;同等锈损深度下,冷弯薄壁型钢的弹性模量、屈服强度、极限强度、极限应变和伸长率的下降速率均大于热轧钢,证明了锈蚀对冷弯薄壁型钢力学性能的影响高于热轧钢。     

组合桥面板-波形腹板钢箱简支组合梁温度效应

钢-混凝土组合梁桥由于钢和混凝土热工参数的显著差异,使得该类结构在西北高寒、大温差地区受梯度温度影响较突出.以甘肃省某高速公路上一座组合桥面板-波形腹板钢箱简支组合梁为背景,考虑组合桥面板有效刚度、子梁微段内力平衡、子梁间变形协调和腹板剪切变形效应,建立组合箱梁桥温度效应解析计算方法;通过精细有限元数值模拟验证了其可靠...     

Analysis of pre-crack kinking and delamination in terms of SLB test of honeycomb sandwich structure

The flatwise tension(FWT) and single leg bending(SLB) tests were used to investigate the fracture behavior of honeycomb sandwich specimens.In the FWT test,only the interlaminar delamination was observed.The test results show that the interfacial peel strength is higher than the interlaminar peel strength.In terms of SLB experiment,a new fracture mode was found,namely IKP(initiation of interlaminar delamination,kinking into facesheet and propagation of interlaminar delamination).The virtual crack closure technique was applied to separate the values of Mode I and Mode II components of the strain energy release rate in SLB experiment.The finite element analysis result shows that the Mode I strain energy release rate is higher than the Mode II strain energy release rate.To simulate the failure of SLB test of honeycomb sandwich specimens,a new computational model based on the Tsai-Hill failure criterion and the cohesive zone model is proposed.In comparison with experimental results,it can be concluded that the computational model can validly simulate the IKP of a honeycomb sandwich structures with reasonable accuracy.     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能数值模拟

采用DIANA有限元软件建立分离式钢筋混凝土梁模型,同时根据已有研究成果建立锈蚀钢筋及钢筋-混凝土界面的性能退化模型,通过试验验证了模型在锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能分析中的实用性。在此基础上,对锈蚀梁的梁拱作用转换和不均匀锈蚀梁的受力性能进行了数值模拟。结果表明：在钢筋端部锚固良好的情况下,剪弯段黏结破坏引起锈蚀梁的受力机制由梁作用向拱作用转换,且最终导致梁在使用荷载下的抗弯刚度降低34％～44％;纵向不均匀锈蚀梁的抗弯性能评价可简化为全跨均匀锈蚀梁,且计算承载力时宜取不均匀分布锈蚀率的最大值,计算刚度时宜取其平均值。     

Delamination analysis of woven fabrication laminates using cohesive zone model

A new test method was proposed to evaluate the cohesive strength of composite laminates. Cohesive strength and the critical strain energy for Mode-II interlamiar fracture of E-glass/epoxy woven fabrication were determined from the single lap joint(SLJ) and end notch flexure(ENF) test, respectively. In order to verify their adequacy, a cohesive zone model simulation based on interface finite elements was performed. A closed form solution for determination of the penalty stiffness parameter was proposed. Modified form of Park-Paulino-Roesler traction-separation law was provided and conducted altogether with trapezoidal and bilinear mixed-mode damage models to simulate damage using Abaqus cohesive elements. It was observed that accurate damage prediction and numerical convergence were obtained using the proposed penalty stiffness. Comparison between three damage models reveals that good simulation of fracture process zone and delamination prediction were obtained using the modified PPR model as damage model. Cohesive zone length as a material property was determined. To ensure the sufficient dissipation of energy, it was recommended that at least 4 elements should span cohesive zone length.     

锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能

对8根模拟锈蚀钢筋混凝土梁进行了高周疲劳试验,研究和探讨了模拟锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能。结果表明,交变荷载作用下试件的斜裂纹出现并迅速发展成主裂缝;模拟锈蚀钢筋混凝土梁多在端部发生剪切疲劳破坏;试件的挠度发展、裂缝分布与破坏形态密切相关;随循环次数增加,锈蚀主筋的最大、最小应力不断增长,应力幅值基本不变;混凝土的最大、最小压应变快速增长,应变幅值平稳增长;试件的疲劳寿命具有较大的离散型;同等条件下,锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳寿命往往比锈蚀钢筋的轴向拉伸疲劳寿命长。     

薄壁钢管混凝土节点的试验研究与ANSYS有限元分析

通过对8个薄壁钢管混凝土柱与组合梁节点的试验研究,得出了各类节点受力性能的一般规律.试验证明,各节点均具有较高的承载力和较好的延性性能.采用ANSYS有限元程序中的Solid 65单元和Shell 181单元分别来模拟组合梁、柱中的混凝土和薄壁钢板对节点进行有限元分析,理论计算结果与试验基本吻合.