复合材料圆柱壳中心受横向集中载荷作用的渐进破坏非线性有限元分析

旨在建立能够正确预计复合材料圆柱壳的屈曲和后屈曲渐进破坏行为的模拟策略。采用有限元方法和Hashin失效准则进行模拟,基于该失效准则编写了用户材料子程序,然后插入到商用有限元软件ABAQUS中。分析了中心受横向集中载荷作用复合材料圆柱壳板,壳板的2条直边弹性支持,2条曲边自由。为了探讨弹性边界条件和集中载荷作用点应力集中的影响,将有限元分析结果与文献中的试验结果进行了比较,提出了一种合理的弹性边界选取依据。研究结果表明,在建模中考虑了弹性边界和集中载荷作用点处存在的应力集中后,本文中模拟的结果与文献中的试验结果比较接近,模拟精度明显高于文献中报道的结果。这也验证了本文中建立的模拟策略的合理性。     

加工条件对芳纶/PP复合材料横向拉伸性能的影响

本文主要对芳纶 /聚丙烯混纤复合材料的横向拉伸性能进行了研究 ,讨论了不同的加工条件 (成型温度、时间、压力 )以及芳纶的体积含量等对复合材料体系横向拉伸强度的影响     

复合材料横向压缩性能的研究

本文考察了由两种力学性能不同的基体制备的玻璃纤维、碳纤维和碳/玻混杂纤维复合材料的横向压缩性能及破坏特征,导出了估算复合材料横向压缩强度半经验公式,其估算值与实测值比较吻合。      

非对称复合材料层板在面内载荷作用下的非线性横向变形或屈曲

本文利用广义富里叶级数法对非对称复合材料层板在面内载荷作用下的非线性横向变形或屈曲问题进行了分析。文中主要研究了四边简支边界条件下,非对称层板的铺层方式和面内载荷形式对横向变形的影响。通过求解非线性控制方程得到了层板的载荷—挠度曲线或特殊情况下的后屈曲平衡曲线。计算结果表明,对于大多数非对称复合材料层板在面内载荷作用下所产生的是横向变形问题,而不是分叉屈曲问题。     

交变载荷对CFRP复合材料-铝合金粘接接头剩余强度的影响

为了给碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料粘接结构的安全设计及应用提供参考,针对CFRP复合材料-铝合金对接接头,研究了拉-拉交变载荷作用下的疲劳寿命特性及剩余强度变化规律。设计专用夹具,完成接头的制作及固化,并测试其拉伸、剪切准静态失效强度,在此基础上进行不同载荷水平下的疲劳寿命测试。选取特定载荷水平,测试不同循环次数后的接头剩余强度,并对失效形式进行观察分析。结果表明:CFRP复合材料-铝合金对接接头强度-寿命（S-N）曲线在单对数坐标上符合线性函数规律;随着交变载荷循环周期的增加,接头剩余强度呈先慢后快的下降趋势,而且在较大的载荷水平下,下降幅度更为明显;经历交变载荷循环前、后接头失效形式发生改变,由局部CFRP复合材料表层撕裂转变为局部界面破坏。结合试验测试所获得的初始失效准则,并引入疲劳退化因子,建立内聚力模型对交变载荷作用下的粘接接头强度衰减进行数值模拟,结果表明所建立模型能够有效预测交变载荷作用下的接头剩余强度。      

复合材料横向剪切弹性模量的识别与层间剪切强度的实验研究

本文提出一种测试复合材料横向剪切弹性模量的参数识别方法。该方法是将复合材料的横向剪切弹性模量视作横向剪应变的函数，由横向剪应变的测量值反演横向剪切弹性模量。剪应变与剪切弹性模量间的函数关系用有限单元法得到。文中给出了参数识别计算格式和一种玻璃布层压板的识别结果。同时，文中提出了用五点弯曲实验测试层间剪切强度的方法，给出了实验结果。     

孔隙微观特征对碳纤维/环氧树脂复合材料横向拉伸强度的影响

通过有限元方法研究了相同孔隙率下孔隙的分布、尺寸和形状等微观特征对碳纤维增强环氧树脂复合材料单向板横向拉伸强度的影响。首先使用Matlab对复合材料微观图像进行处理,提取孔隙的半径分布。然后通过C++编写多种孔隙随机分布算法,包括可以生成不同分布孔隙、不同尺寸孔隙以及不同形状孔隙的随机分布算法。最后通过Python参数化生成代表性体积单元（RVE）,用有限元方法研究相同孔隙率下孔隙的分布、尺寸和形状对碳纤维/环氧树脂复合材料单向板横向拉伸强度的影响。研究结果显示,孔隙率相同时,碳纤维/环氧树脂复合材料的孔隙形状对横向弹性模量的影响较大,孔隙尺寸和形状对横向拉伸强度有较大的影响。     

双轴载荷下缝合层板的强度预测

基于缝合层板单层单胞细观力学模型,研究了单层板在拉、压、剪下的力学特性。根据经典层板理论建立了缝合层板在双轴载荷下的强度模型,并考虑了缝合造成表面层和内部层刚度和强度的差异。通过有限元软件ABAQUS分析了双轴载荷多种工况下缝合层板的损伤演化过程,揭示了缝合层板的失效机理,获得了缝合层板在双轴载荷下的失效包络线以及对应比率载荷下的应力应变曲线。所预测的失效模式和失效强度与实验取得了较好的吻合。通过分析表明缝合层板单层在剪切载荷下表现出一定的非线性特性。多轴多向层板在双轴载荷下表现出较强的耦合性。     

碳纤维/环氧单向复合材料的统计强度和破坏准则

本文运用了纤维损伤的随机临界核理论及混合法则 ,对碳纤维 /环氧单向复合材料受纵向拉伸时的统计强度及破坏准则作了理论分析与实验研究     

热载荷作用下嵌入SMA丝复合材料梁的横向自由振动

基于形状记忆合金Brinson一维热力学本构方程,采用复合材料细观力学分析方法,建立了热载荷作用下嵌入SMA丝复合材料梁的一维热弹性本构关系。其次利用Euler-Bernoulli梁的轴线可伸长几何非线性理论和自由振动理论,建立了嵌入SMA丝复合材料梁在均匀升温场内自由振动的动力学控制方程,导出了热过屈曲构形附近嵌入SMA丝复合材料梁微幅横向自由振动的模型。最后通过打靶法求解了两端固定约束条件下嵌入形状记忆合金丝复合材料梁在加热过程中的振动响应,获得了梁的前四阶固有频率在不同SMA相对体积含量时随温度变化的特征关系曲线。数值结果表明,SMA丝相变过程中的回复应力和弹性模量变化对梁在过屈曲前后的各阶固有频率均有影响,是实现梁自振频率主动控制的一种有效方法。     

爆炸载荷作用下双向加筋方板的大挠度塑性动力响应

从分别列出加筋板面板以及加强筋的运动方程出发,分析了爆炸载荷作用下双向加筋固支方板的大挠度塑性动力响应。分析表明:取决于加强筋的相对刚度以及爆炸载荷峰值的大小,加筋板的运动将呈现3种不同的模式。该文限于讨论加筋板的总体变形模式,具体讨论了十字加筋以及双十字加筋固支方板在忽略弯矩影响下的薄膜解法。理论结果与已有的试验结果在多数情况下符合良好,表明该文提出的简化理论分析方法能对爆炸载荷下双向加筋方板的永久变形做出较为合理的预报。     

钢桁腹杆-劲性骨架混凝土(SRC)组合拱极限承载力及简化计算研究

钢桁腹杆-劲性骨架混凝土（SRC）弦杆组合拱是一种新型的组合结构型式,结合了劲性骨架施工方便快捷和组合结构能大幅减轻结构自重的优点,有望进一步提高拱桥的跨越能力,具有良好的应用前景。该文以跨径为420 m钢桁腹杆-SRC组合拱桥的试设计为基础,进行了组合拱极限承载力的模型试验,试验结果表明,模型拱没有出现面外失稳破坏,结构呈整体破坏;组合拱沿拱轴线方向塑性变形速度要远大于沿截面高度方向,最后因塑性区域开展过大而丧失承载能力,破坏模式接近于钢管混凝土拱的极值点失稳破坏。而后对影响组合拱受力性能的参数进行有限元分析表明,组合拱极限承载力随着混凝土外包系数的增加而增大;腹杆与弦杆钢管的外径比可以提高组合拱的极限承载能力,但超过一定范围时,提高不显著;钢腹杆布置形式对组合拱极限承载力影响较大。最后建立了组合拱的极限承载力简化计算公式,可为此类新型组合拱结构的应用提供参考。     

基于抗剪抵抗机构的无开洞RC剪力墙的极限承载力分析模型的探讨

以探讨基于抗剪抵抗机构和破坏模式的带边框柱或暗柱的普通配筋形式的钢筋混凝土(RC)剪力墙极限承载力的分析模型为目的,鉴于RC剪力墙受力特性、破坏过程及破坏模式,以混凝土斜压杆为主的抗剪抵抗机构可简化成:倾角为θ的混凝土斜压杆、纵向及横向分布钢筋三部分组成。基于抗剪抵抗机构、力的平衡条件以及RC剪力墙的极限承载力的计算公式,编制了计算程序,对14片不同配筋、不同几何尺寸和受力状态的RC剪力墙进行了极限承载力分析,理论计算结果和试验结果吻合较好,可以得出该分析模型能够较好的反映无开洞RC剪力墙的极限承载力特性,可应用于不同受力状态下RC剪力墙的极限承载力验算。     

带加劲肋腹板开洞组合梁极限承载力理论研究

基于空腹桁架破坏机理,根据腹板开洞组合梁在极限状态下的洞口区域塑性应力分布建立洞口4个次弯矩函数。提出了一种带加劲肋腹板开洞组合梁极限承载力的计算方法,该方法考虑了洞口上方混凝土板对组合梁的竖向抗剪承载力的贡献。计算结果表明：洞口设置加劲板能有效的提高腹板开洞组合梁的抗弯和竖向抗剪承载力,而且竖向抗剪承载力随着加劲板面积的增大而增大,混凝土板对组合梁的抗剪承载力有较大的贡献。并与试验和有限元结果进行了比较,结果吻合较好,算例验证了该计算方法的准确性和可靠性。     

管拱面内五点对称加载试验及其承载力简化算法研究

进行了钢管拱和钢管混凝土拱面内五点对称加载受力全过程试验。对多点对称荷载作用下管拱受力性能进行了讨论,对管拱极限承载力的简化算法进行了分析。结果表明,对称多点集中力下,非纯压拱会发生非线性分支屈曲破坏;拱以受压为主时,管内混凝土对提高拱的极限承载力和刚度均有较大的作用;采用等效梁柱法进行管拱极限承载力计算具有较好的稳定性。     

双向受压船体板极限承载能力简易分析方法

采用简易高效的方法分析双向受压船体板极限承载能力,探讨焊接残余变形、残余应力的影响,并根据试验测试结果给出了焊接残余变形容限。计算结果与弹塑性非线性有限元法和试验值进行了比较。最后讨论了腐蚀对船体板极限承载能力的影响。     

玻璃纤维增强氯氧镁复合材料耐水性研究

以电镜观测, X 射线衍射谱图分析, 结合传统性能试验手段, 对氯氧镁复合材料的耐水性进行研究, 通过掺加改性剂试验, 优选出K₃ (X·Y₆) 为最佳改性剂, 其浸水三个月的软化系数保留在0. 94。同时利用现代测试技术, 对其改性机理进行了探索。      

疲劳对铝基SiC纤维增强复合材料界面性能影响

采用单纤维碎断法(Fragmentation)及声发射技术研究了富SiO₂处理的SiC纤维增强铝基复合材料经一定疲劳载荷后的界面接合强度。发现疲劳与未疲劳状态对实验机刚度的测量影响极大, 这将直接影响纤维断裂强度的计算。采用直接溶出法测量经热压处理的纤维断裂强度,发现复合工艺对纤维的强度没有损耗,这与Clough关系的预测有巨大的差异。经一定周次疲劳后,纤维的临界长度增加,界面接合强度有所降低。      

既有钢筋混凝土拱肋承载力测试与分析

对于服役多年的钢筋混凝土桥梁,混凝土开裂、钢筋锈蚀等存在着复杂性和随机性,对其性能影响很大。基于实桥两根服役28年的钢筋混凝土拱肋极限承载能力试验研究,详细阐述了拱肋的荷载位移、荷载应变关系、残余承载力以及失效形势,分析了影响承载力的相关因素,给出了服役多年混凝土的本构关系,分别建立了考虑与未考虑老化与损伤的拱肋极限承载能力的有限元计算模型,并对比分析了理论计算值和实验结果。各项研究表明初始裂缝、钢筋锈蚀和拱轴线的线形对结构的承载能力和失效形势有较大影响。     

砌体填充框架结构极限承载能力计算的一种新方法

为合理地评估砌体填充框架结构的极限承载能力,针对工程中常见的破坏模式,基于双参数统一强度理论提出了一种新型计算方法。该方法考虑了填充砌体与外围框架构件之间的剪应力、填充块材的单边效应及中间主应力效应、几何高宽比、框架构件与砌体相对强度等因素的影响。报道了砌体填充钢筋混凝土框架结构模型试验结果,理论计算值与试验数据吻合较好。最后,对文献建议的多种极限承载能力计算方法进行了分析与探讨。