复合材料薄壁箱梁的设计

在平面假定的基础上按照Timoshenko梁理论,给出了复合材料薄壁箱梁翼缘弯曲正应变和腹板剪切应变的计算公式,在计算梁挠度时考虑剪切变形带来的贡献。设计并制作了复合材料薄壁箱梁,并进行弯曲性能试验,试验结果表明:复合材料箱梁翼缘上的轴向应变沿截面宽度方向的分布是不均匀的,但梁上下翼缘的轴向正应变的平均值和腹板的剪切应变与理论分析结果较为吻合。相应结果可以用于复合材料薄壁箱梁的设计。     

三维五向编织复合材料工字梁弯曲性能研究

对四步法三维五向编织工字梁结构的弯曲性能进行了数值分析和实验研究。首先根据三维五向编织复合材料细观结构模型对材料进行刚度预测,讨论编织参数对材料性能的影响;在此基础上,将预测得到的单胞力学性能应用到宏观结构上,建立三维五向工字梁有限元模型,对其弯曲性能进行数值分析;最后采用RTM工艺制作工字梁试件进行四点弯曲试验,将结果与有限元计算结果进行对比。结果显示,编织参数的变化对三维五向编织复合材料的性能有着较大影响,有限元分析结果与试验结果基本一致。     

高模玻纤单向织物在风电叶片主梁帽中的应用对比

对四种高模玻纤分别进行了浸胶纱的拉伸性能、层合板的单层厚度及0°拉伸性能的研究,并对四种高模玻纤对工字梁刚度的影响进行了模型分析。四种高模玻纤具有相近的原纱拉伸模量,层合板在等纤维体积含量下具有相近的0°拉伸模量,但是在真空导入成型工艺中,由于单层厚度的差异导致纤维体积分数不同,从而具有不同的0°拉伸模量。在应用于同样铺层的工字梁时,单层厚度为0.78mm的高模玻纤层合板对应的工字梁刚度比单层厚度为0.83mm的高模玻纤层合板增加约6%。     

横向腹板增强复合材料夹层梁受弯性能试验研究

通过四点弯试验研究横向腹板增强复合材料夹层梁受弯性能,得到不同腹板间距、厚度对夹层梁弯曲破坏模式、刚度、极限承载力及延性性能的影响规律。结果表明:横向腹板能改变夹层梁的破坏模式,无腹板增强夹层梁破坏模式为芯材剪切破坏,横向腹板增强夹层梁破坏模式为多区格渐进破坏模式;相对于无腹板增强夹层梁,横向腹板能显著增强复合材料夹层梁的延性特性,最高达229%,腹板间距越小,夹层梁延性性能越好。     

CFRP层合板力学性能影响因素研究

碳纤维增强复合材料是一种轻量化材料,在汽车工业具有广泛的应用前景。CFRP层合板作为碳纤维增强复合材料的一种常用形式,其力学性能与铺层设计息息相关。采用有限元仿真与物理实验相结合的方法,研究了碳纤维蒙皮与芯材对CFRP层合板力学性能的影响规律。结果表明,有限元仿真与三点弯曲实验结果吻合度较高;蒙皮对层合板性能的影响主要表现为:增加蒙皮厚度可减小层合板受载时的变形量,采用非对称铺层方式可提升层合板的承载能力;芯材对层合板性能的影响主要表现为,选用竖直方向上压缩强度高的铝蜂窝,并在一定范围内增加芯材厚度,可提高层合板的刚度。     

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。     

风电叶片尾缘结构稳定性研究

最大弦长附近的尾缘局部屈曲是风电叶片的主要失效模式之一。为研究该问题,采用有限元方法模拟了不同相对厚度的翼段尾缘屈曲模式及增强措施。分别选择19%、24%和35%相对厚度翼段,探讨增加铺层、填充泡沫或填充轻木3种方式对尾缘抗屈曲能力的影响。通过有限元特征值屈曲分析表明:增加叶片尾缘铺层厚度可以有效抑制尾缘位移并提高尾缘抗屈曲能力,同时随着翼型相对厚度的减小,增强效果呈增长趋势,但叶片质量明显增加;轻木芯材与泡沫芯材相比密度大且价格昂贵,并没有展现出明显优于泡沫芯材的抗屈曲能力;在叶片尾缘处弦向填充适当长度泡沫对叶片质量影响非常小并可以显著提高尾缘抗屈曲能力,是一种高效提高尾缘稳定性的方案。     

某型无人机机翼复合材料大梁迭代设计方法与有限元强度验证

根据工字梁腹板及缘条受力特点,计算了某型无人机机翼大梁在均布升力作用下腹板和缘条的内力。基于经典层合板理论和最大应力强度准则,采用Matlab软件编程,运用迭代法设计了机翼工字形层合结构大梁的铺层结构。建立了复合材料层合结构大梁的有限元模型,基于最大应力强度准则对大梁结构进行有限元强度校核,给出了各层的安全裕度。分析结果表明,基于经典层合板理论的迭代设计方法能够在有限次迭代后设计出符合要求的复合材料层合结构翼梁,层合结构翼梁各铺层安全裕度均大于0.5,该工字梁结构强度符合设计要求。     

共聚酯无纺布定型-增韧碳纤维复合材料的制备及力学性能

针对真空辅助树脂灌注工艺(VARI)成型纤维增强复合材料纤维体积含量较低、厚度难以控制、层间韧性较差的问题,将共聚酯无纺布引入碳纤维织物预成型体中,对其进行真空袋热压定型预处理,最后采用VARI工艺制得了碳纤维/环氧树脂基复合材料层合板。对比研究了共聚酯无纺布改性前后复合材料的厚度变化规律、Ⅰ型层间断裂韧性、短梁剪切性能和三点弯曲性能。结果表明,经共聚酯无纺布改性后层合板的厚度降低,纤维体积含量由改性前的57.9%提高至62.2%,其Ⅰ型层间断裂韧性G_(ⅠC)值提高了144.7%,短梁剪切强度和弯曲性能基本持平。Ⅰ型层间断裂韧性提升的主要机制:一是层间断裂面之间的纤维桥联作用;二是层间界面处弥散分布的热塑性颗粒阻碍了裂纹的扩展;三是层间的界面相因发生剪切塑性变形而需耗散额外的断裂能量。     

混杂纤维增强复合材料梁挠度计算理论研究

本文针对目前土木工程中最新出现的混杂纤维树脂基复合材料梁,以3组不同碳纤维含量的混杂纤维拉挤型材薄壁梁构件作为研究对象,通过模型试验、有限元数值分析和理论分析进行对比。研究表明,与相同截面玻璃钢相比,上下翼缘采用碳纤维增强的混杂纤维拉挤型材抗弯刚度有明显提高,但是抗剪切变形能力提高有限。在进行混杂纤维树脂基复合材料梁的挠度计算时须采用考虑横向剪切变形对挠度影响的铁木辛柯梁理论。     

聚丙烯纤维混凝土-沥青混凝土复合切口梁弯曲韧性研究

对旧沥青路面进行铣刨处理后,加铺的白色罩面层多采用纤维混凝土,为了研究聚丙烯纤维和沥青层表面凿毛处理对复合切口梁弯曲韧性的影响,采用掺加聚丙烯纤维和对沥青层表面凿毛处理的高性能混凝土-沥青混凝土(AC-13)复合切口梁进行三分点加载试验,得到了荷载与挠度、裂缝张开距离之间的关系曲线,并对复合梁的抗折强度、能量吸收值、等效抗弯拉强度进行了计算.结果表明,聚丙烯纤维与凿毛处理均能提高复合切口梁的弯曲性能,聚丙烯纤维的掺加提高了复合梁的抗折强度,每当聚丙烯纤维掺量的增加0.45时,feq1、feq2大约增加0.035 MPa,混凝土的能量吸收值也增加8%左右;凿毛处理大幅度提升了等效弯拉强度,等效弯拉强度feq1、feq2分别提升了0.05 MPa、0.03 MPa,凿毛处理对feq1的提升效果比feq2更明显,使得复合梁的能量吸收值平均提升了20%.     

双向格构腹板增强泡沫夹层复合材料梁弯曲性能试验

复合材料夹层结构具有比强度高、比刚度高、可设计性强、耐腐蚀等特点,以聚氨酯泡沫为芯材,以玻璃纤维增强复合材料为面板和格构腹板,采用真空导入成型工艺,制备双向格构腹板增强泡沫夹层复合材料梁。对无格构泡沫夹芯复合材料梁,不同腹板高度、腹板间距双向格构增强泡沫夹层复合材料梁进行三点弯曲试验,研究其破坏模式和机理。基于泡沫填充矩形蜂窝芯材的等效十字模型,预估试件的抗弯刚度和挠度,计算值与试验值吻合较好。     

蜂窝夹层复合材料四点弯曲性能和失效模式的研究

对共固化成型的蜂窝夹层复合材料四点弯曲进行了宏观力学和失效方式分析,研究了预浸布种类、夹层板滚筒剥离强度以及蜂窝芯厚度对四点弯曲破坏模式的影响以及破坏模式和四点弯曲性能的关系,为蜂窝夹层复合材料原材料合理选用提供了依据。研究结果显示：蜂窝芯厚度对四点弯曲性能影响显著,蜂窝芯厚度不同会出现三种不同类型的破坏方式;胶膜面密度对四点弯曲450 N载荷的挠度值影响较小,对四点弯曲强度影响较大;蜂窝芯厚度一定时,不同胶膜面密度样品出现两种破坏方式;蜂窝芯厚度和胶膜面密度一定时,面板性能增加,会出现两种不同的破坏方式。     

玉米木质素废料改性沥青流变性能试验研究

为了研究玉米木质素工业废料在沥青改性中应用的可行性,本文首先采用针入度、软化点、测力延度等试验,考察了玉米木质素改性沥青的基本性能,然后利用高温动态剪切流变仪（DSR）温度扫描试验、低温弯曲梁流变仪（BBR）试验、多重应力蠕变恢复（MSCR）试验,针对玉米木质素改性沥青的流变性能进行综合分析。结果表明：木质素掺入后降低了沥青针入度、增大了软化点与测力延度峰值;流变试验表明,木质素可提升沥青老化前抗车辙性能、蠕变条件下应力恢复性能,但木质素对沥青老化后抗车辙性能以及低温抗裂性能具有一定不利影响。     

轻质组合桥面板采用增强混凝土材料提升力学性能研究

钢桥面板的刚度不足常常会导致其产生疲劳破坏和铺装层开裂破坏，从而严重影响结构和行车安全。为了增强钢桥面板的刚度和减少水泥用量，采用碱激发超高性能混凝土作为加铺层，研究了保护层厚度和配筋率等参数对组合板的破坏模式、抗弯性能、抗剪性能和抗疲劳性能影响规律。结果表明：正弯矩和负弯矩作用下组合桥面板分别呈现挤压破坏和弯曲破坏模式，保护层厚度主要影响组合板的开裂荷载，配筋率主要影响组合板的极限承载力，工程上可适当减小保护层厚度和增加配筋率以提升组合板的承载能力和抗疲劳性能，增加栓钉的直径能显著提升组合板的抗剪性能和抗疲劳性能。     

不同增强方式下泡沫夹芯复合材料三点弯曲性能研究

研究了缝合及加强筋增强方式下泡沫夹芯复合材料的三点弯曲性能.采用万能试验机分别进行了缝合与未缝合碳纤维、玻璃纤维、玻碳混杂纤维泡沫夹芯复合材料的三点弯曲实验,分别得出各自的载荷-挠度曲线,再引入加强筋的方式进一步研究缝合碳纤维泡沫夹芯复合材料的弯曲性能.结果表明,玻碳混杂纤维泡沫夹芯复合材料较玻璃纤维泡沫夹心复合材料性...     

PBO纤维和碳纤维混杂增强混凝土抗弯曲性能研究

采用PBO纤维与碳纤维混杂复合材料片材增强加固混凝土,设计了3种混杂比的复合材料片材对混凝土进行增强实验,采用3点抗弯曲试验测试纤维片材对混凝土抗弯曲性能增强效果。结果表明,掺有纤维片材的混凝土抗弯曲强度比素混凝土明显提高,两种纤维层间混杂增强后抗弯曲强度呈现出正的混杂效应,破坏形式由素混凝土的脆性断裂转变纤维混凝土的层间韧性断裂。     

界面相对碳纤维增韧碳化硅复合材料性能的影响

利用减压ＣＶＩ技术制备了三维碳纤维增韧碳化硅复合材料,研究了热解碳界面相对复合材料性能的影响。结果表明：适当选择界面相厚度,可获得弯曲强度和断裂韧性较高的碳纤维增韧碳化硅复合材料。     

方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点非线性有限元分析

对方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析模型,模拟分析了单调加载下节点的受力性能,较为精确地分析了节点区应力分布.结果表明:由有限元模型所得的位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线相符,由有限元模型所得的应变分布和发展规律与试验结果一致;竖向加劲肋式节点的梁端弯矩一部分通过竖向加劲肋传递给柱钢管腹板和核心混凝土,另一部分梁端弯矩由梁端翼缘直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土;节点的破坏模式为梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰,最终梁受压翼缘出现严重的局部屈曲,而柱钢管和竖向加劲肋均在弹性范围内工作,很好地实现了强柱弱梁、强节点弱构件的抗震原则;节点核心区混凝土性能符合斜压杆受力机制.     

ECC修复既有RC梁界面粘结与受弯性能试验研究

基于ECC修复既有混凝土梁的弯曲试验,主要分析了界面粗糙度、ECC层厚度与既有混凝土梁损伤参数对修复梁界面粘结和受弯性能的影响.研究结果表明:界面粗糙度和既有混凝土梁损伤参数对界面粘结性能的影响较为显著,而ECC厚度的影响则不太明显.与RC梁相比,修复梁的裂缝形态有明显改善,截面刚度得到提高,各特征荷载值均有不同水平的增长,由于ECC层的承拉与阻裂作用,修复梁开裂荷载的提高幅度最大,且适当增大界面粗糙度、ECC层厚度及减小损伤参数的修复梁,其受弯性能改善的就越明显.