基于光纤光栅的CFRP箱形梁抗弯刚度实验研究

复合材料因其高的比强度和比刚度等优异特性,在飞机结构上的应用越来越广泛。碳纤维复合材料(CFRP)箱形梁既有箱形截面惯性矩大、抗扭性能好的特点,又能发挥复合材料轻质高强、可设计性强的优势,作为承载结构具有重要的应用价值。本文通过三点弯曲实验,采用光纤光栅传感器,获得了0°比例不同的5种铺层方案的CFRP箱形梁的抗弯刚度,并与理论和仿真值进行对比,结果表明:0°比例越高,CFRP箱形梁抗弯刚度越大;在Abaqus里对CFRP箱形梁三点弯曲过程的仿真分析是合理可靠的,应用有限元仿真分析对复合材料箱形梁基于抗弯刚度的设计优化是可信的。     

碳纤维含量对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料弯曲性能和失效行为的影响

基于渐进损伤的VUMAT子程序,并引入了Johnson-Cook模型,通过Matlab生成了不同碳纤维占比的碳纤维增强聚醚醚酮(CFRP)复合材料,建立了三点弯曲有限元模型。通过分析应力—应变分布、载荷—位移曲线和吸收能—位移曲线得出以下结论：添加碳纤维有效改善了基体聚醚醚酮(PEEK)内部的应力—应变分布,显著提升了材料的力学性能、刚度和抗断裂性能。CFRP复合材料在三点弯曲过程中表现出更好的性能,能够承受明显的塑性变形,且有效避免裂纹扩展。此外,在相同位移载荷条件下,随着碳纤维含量增加,CFRP复合材料的位移逐渐减小。特别是在碳纤维质量分数为10%和20%的复合材料中,上表面和下表面的最大位移呈现出曲折的特点。结合应力—应变场的分布情况,这表明碳纤维的添加能有效提高材料的刚度和抗弯性能。     

混杂FRP管约束混凝土组合梁的研究-Ⅰ:抗弯性能研究

本文通过对5种不同铺层矩形混杂FRP管约束混凝土组合梁进行抗弯试验,研究了不同铺层方式对构件抗弯性能的影响.从试验结果分析可得到如下结论:随着GFRP、受拉边CFRP层数的增加,极限载荷增加;受拉边CFRP层数的增加,构件的刚度增加,从而挠度减小,曲率减小,中性轴向受拉边偏移.     

高空横梁弯折实验的材料力学原理分析

根据央视一热门知识类竞赛节目中高空横梁弯折实验的过程和结果,提出了具有相同截面面积的等边三角形、正方形和工字形的悬臂横梁为何具有不同抗弯性能的研究问题,从悬臂梁和惯性矩等概念出发,从材料力学弯曲理论的角度,采用数值计算的方法对实验现象进行分析,计算结果与实验结果吻合。分析认为：相同截面积不同截面形式的悬臂横梁具有不同抗弯性能主要是因为惯性矩和中性轴位置不同所致。     

芳纶的压缩弯曲性能对比分析

对5种芳纶试样进行单纤维压缩弯曲性能测试,得到了芳纶的压缩弯曲性能表征参数,包括最大力、抗弯刚度、等效弯曲模量等,并根据这些参数绘制出曲线图进行对比分析。结果表明:间位芳纶压缩弯曲曲线较对位芳纶平缓,而对位芳纶所受的载荷在达到最大力值后,随位移的增加逐渐降低。     

不同应变率下聚甲醛纤维机场道面混凝土弯曲性能研究

机场道面混凝土结构在不同性质荷载作用下的力学行为受应变率的影响较大。为研究应变率对聚甲醛纤维机场道面混凝土(PFAPC)弯曲性能的影响,通过四点弯曲试验,分析不同应变率(10^-5～10^-1 s^-1)下PFAPC抗弯挠度、弯曲模量、弯曲强度及韧性指数的变化规律,并观察断口纤维的微观形貌,总结不同应变率下的纤维失效模式。结果表明：PFAPC的弯曲峰值强度、极限抗弯挠度及弯曲模量随应变率的增加呈上升趋势;与峰值强度相比,应变率对PFAPC残余强度影响较小,但随应变率增大总体呈上升趋势;与极限抗弯挠度相比,峰值挠度随应变率的增加波动上升;聚甲醛纤维在各应变率作用下主要为拔出破坏模式;PFAPC在车辆及飞机冲击作用下能吸收较大能量,呈现出一定的延性破坏特征,具有良好的弯曲韧性。     

橡胶集料掺量对混凝土弯曲性能的影响及评价方法研究

通过6组18根橡胶集料混凝土小梁的四点加荷试验,研究了橡胶集料体积率对混凝土弯曲性能的影响,提出采用应变能作为材料吸收能量的度量指标,来评价橡胶集料混凝土的弯曲性能.试验结果表明,随着橡胶集料掺量的增加,混凝土的抗折强度逐渐减小,吸收塑性应变能的能力逐渐增大,抗弯极限拉伸值明显增大,且试件表现出明显的延性破坏特征.当橡胶集料体积率达到15%时,与基体相比抗折强度下降28.5%、应变能增大10.66倍、极限拉应变增大4.21倍.     

预应力高强混凝土矩形支护桩的受弯性能

针对预应力混凝土预制桩在基坑支护中的应用,开发新型的预应力高强混凝土矩形支护桩。通过9根矩形支护桩的受弯性能试验,研究了矩形支护桩的受弯破坏特征、裂缝开展情况和受弯承载力。结果表明:在外荷载作用下,矩形支护桩变形体现了很好的弹性和延性;矩形支护桩截面的应变分布符合平截面假定;矩形支护桩的抗裂弯矩实测值与计算值之比平均为1.33;实测极限弯矩与理论计算值基本接近。基于试验结果,提出对矩形支护桩抗裂弯矩和极限弯矩计算方法的修正建议,计算结果与试验结果吻合较好。对比发现,在相近的成本条件下,矩形支护桩比空心方桩受弯承载力增加10%～20%。     

预埋碳纳米纸增强CFRP层合板弯曲性能分析

为了研究碳纤维增强复合材料的弯曲性能,本文采取层间预埋碳纳米纸的方法制备CFRP层合板,进行三点弯曲加载下的静力实验,通过分析弯曲应力-应变曲线以及对比试件弯曲极限载荷,研究碳纳米纸以及固化压力对CFRP弯曲性能的影响。研究结果表明:预埋碳纳米纸能够有效增强CFRP的弯曲强度以及极限弯曲承载能力;固化压力的提高可增强预埋碳纳米纸CFRP的机械性能,固化压力为2 MPa时达到最佳增强效果。     

梁压区边缘设置碳纤维板抗弯承载力试验研究

对2根受压区设置CFRP板的钢筋混凝土适筋梁进行静载四点弯曲试验,分别为在受压区设置一层CFRP板和二层CFRP板.实测轴向荷载-挠度关系曲线,分析加固梁的受压破坏形式、受压区设置CFRP板对适筋梁抗弯承载力、挠度以及应变的影响规律,同时进行1根普通钢筋混凝土适筋梁的静载试验,与受压区设置CFRP板的适筋梁进行比较,最后验证CFRP板加固混凝土构件应考虑CFRP板受压性能对构件承载力的提高作用,并推导出受拉面和受压面粘贴CFRP板加固的矩形截面受弯构件的正截面承载力计算公式.     

钢板-GFRP组合桥面板受弯性能试验与理论分析

基于玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer,简称"GFRP")具有轻质高强、耐腐蚀等优点,提出一种新型组合桥面板,即在钢板表面粘贴GFRP板,作为正交异性钢桥面板的防水和防腐蚀层,兼有增强钢板刚度的作用。在对组成材料材性测试的基础上,对组合桥面板试件在正弯矩和负弯矩作用下进行四点弯曲试验,测出各试件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线;通过换算截面理论推导出钢板-GFRP组合桥面板的刚度、跨中挠度和应力计算公式,并与试验值对比;在四种铺装模型下运用有限元软件分别对正交异性钢板进位移和应力分析。研究结果表明:钢板表面粘贴GFRP板可以有效提高钢板的屈服承载能力和刚度,降低钢板表面应力和开裂风险;钢板-GFRP组合桥面板弯曲性能的理论计算值与试验值吻合性较好。     

Determination of core shear properties of three-dimensional woven sandwich composites

Abstract

The core shear characteristics of a relatively new material have been investigated by two methods: three point bending tests and a shear test. The material is based on woven sandwich fabric preform, which offers important advantages related to the integral core–skin structure. The core shear moduli results from the block shear test and ASTM three point bending tests show very little difference. The results from the shear test obtained by measuring the crosshead displacement were verified by conducting additional shear tests, in which two linear variable differential transformers were used for strain measurement in the longitudinal and transverse directions. The ASTM block shear test and three point bending test were used to determine the core shear strength of the material. To obtain pure core shear failure leads to a correct core shear strength result; the three point bending test was modified by increasing the skin thickness and stiffness of the panel.     

三维编织碳纤维复合材料剪切性能研究

本文采用短梁三点弯曲试验法,研究三维四向、五向编织碳纤维复合材料的剪切性能、剪切破坏过程及其破坏模式。结果表明:三维五向较三维四向编织复合材料剪切性能好;三维编织复合材料剪切强度沿长度方向随着编织角的减小而增加;切边三维编织复合材料试件受剪切破坏时在加载点附近侧表面裂缝沿纱线走向分布,上下两表面发生弯曲破坏,离开侧表面2 mm后内部纵向截面上下表层发生弯曲破坏,其它部位未发生剪切破坏。     

Analysis of Fracture Probabilities in Nonuniformly Stressed Brittle Materials

The results of theoretical studies on the effect of nonuniform stress fields encountered in prismatic beams under bending on the fracture of brittle materials are described. Derivations were carried out to determine the risk of rupture of bending specimens subjected to a symmetrical four-point load of arbitrary spacing, the symmetric three-point loading and pure bending forming limiting cases of this more general loading. The analysis was based on materials obeying the Weibull distribution function with assumptions for either volumetric or surface flaw dispersion conditions. The predicted strengths of bending and tensile specimens are compared. An analytical method for the determination of the three Weibull parameters from a pure bending test is proposed. This method, based on the best fit of a theoretical curve to the experimental data, was applied successfully to experimental results on Columbia Resin, a brittle amorphous polymer.     

FRP环向加固木柱轴心受压性能试验研究

提供了15根FRP环向加固木柱的轴心抗压性能试验数据,详细探讨了受载后试件的工作机理和破坏模式,试件的设计参数为FRP的层数和FRP的类型,分析了各设计参数对加固木柱承载力和峰值应变的影响。试验结果表明,FRP环向加固木柱可提高木柱的抗压承载力,改善木柱的延性。在极限荷载以前,加固木柱的荷载-应变关系曲线基本保持线性变化,在极限荷载以后曲线为近似理想塑性。加固木柱的承载力和峰值应变随加固层数的增加而增加。3层GFRP可提高木柱承载力和峰值应变分别达21.82%和94.95%。试件的极限荷载和轴向应变随环向FRP的弹性模量的增加而增加,但增幅逐渐变缓。加固木柱达到极限荷载时,环向加固层没有出现拉断现象,其环向应变并未达到环向加固层的极限应变,仅为FRP极限拉应变的10%左右。木柱的破坏始于木纤维的弯曲变形,环向FRP可有效约束这种变形的发展,这是改善木柱轴心受压性能的主要原因。所有试件的破坏模式都表现为木柱产生错动变形,被完全压皱破坏。     

车内杯座注塑成型缺陷分析及注塑模具设计

杯座是汽车的内饰品,其壁厚不均匀,对表面质量要求较高,采用ABS塑料注塑成型。在注塑模具开发过程中应用CAE技术进行理论指导,通过对浇口的最佳位置分析与3种不同浇口设计方案的填充分析比较,首次试模采用"冷流道+2点潜伏牛角式点浇口"模具设计方案,产品出现了缩水和熔接线,影响了产品质量。结合CAE分析的理论结果与实际试模情况,将冷流道改进为开放式热流道,浇口保持不变,有效改善了缩水现象。但是,采用增加排气、提高成型温度、注塑压力等方法仍无法解决熔接线的问题。因此,通过改进浇口设计方案并在填充末端增设冷料井,对CAE技术进行可行性验证后实施,有效地改善了熔接线问题。     

Effect of polymer position in nutrient-salt agar medium on fungal degradation of polycaprolactone

In order to investigate the effect of contact type between microorganism and polymer on the degradation of polycaprolactone (PCL), fungal degradation test was performed by placing PCL films on the top, middle, and bottom of the nutrient-salt agar medium. After 3 weeks incubation, the pH values of agar containing PCL films on the top, middle, and bottom were 5.82, 3.78, and 4.06, respectively. The weight losses of the PCL films were 5.10%, 13.89%, and 6.92%, respectively. However, the molecular weight change by degradation was not observed. It is supposed that the degradation of PCL films on the top position was caused by biophysical, biochemical and direct enzyme action, but that of PCL films on the middle or bottom position was caused by biochemical and direct enzyme action.     

顶进施工法钢筋混凝土排水管局部变形测试与分析

为了检测钢筋混凝土排水管质量,采用外压荷载试验,通过荷载-应变曲线对2根钢筋混凝土排水管的裂缝荷载以及在各级荷载作用下的局部变形进行分析。测试结果表明,各测试面均出现不同程度的局部变形和裂缝。顶部为荷载集中区域,应变较大;两侧裂缝多居于管外壁,内壁较少。1号管裂缝荷载值为325 k N/m,2号管裂缝荷载值为324 k N/m。相同荷载下,1号管比2号管表现出更好的延展性能,具有更高的承载能力。2根钢筋混凝土排水管均满足GB/T 11836—2009《混凝土和钢筋混凝土排水管》Ⅲ级管裂缝荷载标准。     

酞侧基聚芳醚砜／聚苯硫醚共混物的断裂韧性

本文通过有缺口和无缺口冲击试验、断裂韧性测试以及结合扫描电镜分析断面形貌，研究了酞侧基聚芳醚砜／聚苯硫醚共混物的断裂行为，讨论了聚苯硫醚增韧聚芳醚砜的机理。结果表明，共混物冲击强度的改善主要是由于其裂纹引发能的提高；共混物断裂韧性提高的原因是由于外加应力场在ＰＰＳ微纤附近产生应力集中，促使基体和微纤都发生塑性形变，从而吸收更多的能量所致。     

基于DIC的BFRC受压损伤特性及本构模型研究

采用数字图像相关(DIC)技术对玄武岩纤维混凝土(BFRC)受压过程中试件表面应变场进行计算,分析了试件表面水平应变云图变化情况,得到了BFRC受压损伤演化规律;通过对水平应变场统计分析,利用应变场标准差统计指标定义损伤演化因子,得到不同纤维掺量下BFRC损伤演化曲线;同时,基于应变等效原理及损伤演化因子,推导出BFRC单轴受压损伤本构模型,通过对比试验与模型曲线,发现两者吻合较好,该模型在峰值应变之前可有效描述BFRC单轴受压下损伤演化过程;对比曲线发现玄武岩纤维可有效提高混凝土峰值应力及峰值应变,提高其变形能力,并具有延缓损伤作用.