基于细观仿真建模的CFRP细观破坏

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在细观上呈现纤维、树脂及界面组成的混合态,其切削加工过程的实质为刀具作用下材料细观层面的破坏至切屑宏观形成的演化过程。为了揭示CFRP切削加工过程中材料的细观破坏,建立了CFRP切削的细观有限元模型。该模型在几何上包含了纤维、基体及界面等组成相,而不是使用传统的等效均质建模方法。各组成相不仅考虑了各自不同的材料本构,而且为了能够模拟材料破坏,还将各组成相材料的失效及演化准则考虑其中。该模型可从细观层面更真实地模拟不同纤维角度CFRP单向板切削过程中纤维/基体断裂、界面开裂及演化的过程。仿真结果表明:不同纤维角度下CFRP细观破坏不同,切削0℃FRP时以界面开裂和纤维弯断为主;切削45°/90℃FRP时主要是刀具侵入工件,纤维基体被压断;切削135℃FRP时则以纤维弯曲断裂为主,断裂面往往在加工面以下。通过实验显微在线观测手段验证了模拟结果的正确性。      

基于SAFE的层状结构导波传播特性研究

针对传统SAFE算法在计算层状结构导波频散特性的缺点,提出了一种融合了Lamb波和SH波的力学特性的SAFE方法。该方法在SAFE基本原理基础上,结合Lamb波和SH波的力学表达式的特殊性,分别建立了Lamb波和SH波的SAFE模型。和先前的SAFE模型相比,实现了Lamb波和SH波的区分,降低了矩阵的阶次,提高了计算效率。利用建立的SAFE模型,计算了45#钢板各模态Lamb波和SH波的截止频率并和解析方法的结果进行对比,检验了SAFE模型的计算精度。分析了铝钛钢复合板和粘接铝复合板中Lamb波和SH波传播的算例,算例的计算结果对于研究层状结构中Lamb波和SH波的传播有借鉴意义。     

基于消声室的材料反射系数测定方法研究

正城市汽车数量的迅猛增长和高架桥的搭建对居民的生活有着严重的影响,居民家中隔声装置以及高架桥声屏障的安装,能够有效降低这一影响。合理利用声学计量及相应测试技术能够更好地帮助居民及工程安装企业评估材料的声学性能,从而做出更科学、更准确的判断,体现作为法定计量检定机构的重要技术支撑作用,更好地服务当地经济的发展。一、材料声反射系数噪声的特性一般可以用其频谱、声压级随时间的变化以及声场的特性来描述,因此通过在噪声源     

层状岩体滤波特性研究

用振幅、相位透射、反射系数描述应力波在结构面的波形变化,充分考虑应力波在层间、层内多重透射、反射条件下建立层状岩体中透射、反射系数计算模型;分别计算的层状岩体透射系数及波形与已有研究结果吻合,表明该模型计算结果合理。讨论结构面刚度、岩层厚度及结构面数量对层状岩体滤波特性影响。结果表明,结构面刚度及岩层厚度是影响弹性层状岩体滤波特性的主要因素,层状岩体具有多尺度梳状滤波器特性,随岩层厚度与波长之比γ增加,振幅透、反射系数成两种尺度周期性变化,由层内多重透、反射形成大尺度周期γ=0.5,并存在一个带通、一个带阻,在带通内又存在多个小尺度周期,由层间多重透、反射形成;层状岩体具有多带通滤波特性,结构面刚度增加,岩体带通上、下限频率同时增加,且上限频率增加幅度较下限大,随频率增加,带通宽度近似成负指数减小;所有岩层厚度相同时带通中心频率约为岩层一阶固有频率的整数倍,各岩层厚度不相等时层状岩体仅在各岩层共同谐振频率处表现为带通。     

层状结构水下声学特性研究

研究了钢板与橡胶共同组成的多层结构,在水、空气多重介质中斜入射时的声学特性,用传递矩阵法推导了多层结构的反射、透射系数的计算公式,并用数值方法进行求解.计算结果表明,增加消声橡胶层可以有效的降低多层结构的声反射能力,较好的达到降低目标声反射强度的目的.     

CFRP筋的自感知特性试验研究

CFRP筋的高强、轻质、耐腐蚀等特性使其具有作为结构材料的优良性能,同时它又具有功能材料的自感知特性.本文对我们研制开发的3种不同纤维含量的CFRP(碳纤维的含量分别为54%、60%、65%)筋进行了常温拉伸比较试验.电阻信号采集采用基于ADAM-4018的智能采集模块,这种采集模块具有更高的精确度,可以得到更加准确的测试结果.结果表明CFRP筋的材料性能服从虎克定律,材料不发生塑性变形,是一种脆性材料;CFRP筋在拉伸荷载下的电阻变化很明显,具有很好的自感知性能,电阻基本上呈线性增加,变化率可以达到100%～150%,随着纤维含量的增加,CFRP筋的电阻变化率呈下降趋势.     

三质体声共振混合机的动力学特性及其性能分析

为研究三质体声共振混合机的动力学特性,建立了三质体声共振混合机的动力学模型,进而分析了系统物理参数对动力学特性的影响,阐明了物料质量和阻尼变化对声共振混合机动力学响应的影响规律,提出了系统在共振频率附近工作的振幅控制策略。进一步分析了典型声共振混合机在额定载荷下的对地动载荷和所需激振力,并与额定载荷所需的最大推力进行了比较。结果表明,通过选择合理的系统物理参数,三质体声共振混合机在三阶共振频率附近工作,其振幅变化较平缓、负载质体和激振质体的运动相位相反,系统能够兼具能量转换率高、对地动载荷小且激振力小等优点。所得结论有助于进一步提高声共振混合机的工作性能和设计水平。     

Ti/CFRP超混杂复合材料残余应力研究

由于组成Ｔｉ／ＣＦＲＰ超混杂复合材料层板的炭纤维、钛合金薄板及树脂的热膨胀系数的差异,以及树脂固化过程的收缩,在层间有残余应力形成,残余应力的存在会对材料的力学性能及加工性能产生影响。因此采用应变片包埋法和非对称层板法对该Ｔｉ／ＣＦＲＰ的残余应力进行了研究,推导出计算层板残余应力的计算公式,经修正后的计算结果与测试结果基本吻合。     

冰水界面反射系数的研究

本文主要讨论了人造淡水冰、水库天然冰和海冰三种冰水界面的反射系数,从上述三种界面的比较分析中得出,冰水界面的反射系数不仅与两种介质的声阻抗ρ c有关,而且与发射信号的频率和界面的粗糙度有关.反射系数随着发射信号频率的增大而减小,随着界面粗糙度的增大而减小.     

钢和CFRP拉索的振型阻尼特性研究

应用非正交粘性阻尼理论和应变能比例阻尼理论,讨论了斜拉索振型阻尼比分布特征,通过与钢索实测值的对比,验证了粘性阻尼理论的适用性。在此基础上进一步比较了钢和CFRP拉索的振型阻尼比以及粘性减振器的阻尼效果。结果表明,由于初张力产生较大的势能,按应变能比例阻尼理论计算得到的拉索面外振型阻尼比不合理,且面内振型的阻尼比分布规律与实测值也不一致。根据实测结果推断得到的钢索粘性阻尼系数大约为10-4kN·s/m―10-3kN·s/m。拉索的垂度比对振型阻尼比影响显著,而倾角的影响不大。CFRP拉索的振型阻尼比大于钢索,且粘性阻尼器的附加阻尼效果较好。     

CFRP拉索阻尼特性实验研究和理论分析

为了掌握CFRP拉索的阻尼特性以及建立相应的评价方法,用自由衰减振动试验方法测试了CFRP索、钢索以及CFRP丝、钢丝的阻尼特性,并用能量耗散原理以及振动理论探讨了拉索的结构阻尼和空气阻尼计算方法。结果表明:钢索的阻尼变化与应变能的比例关系明显,实测阻尼值与应变耗能理论计算结果一致,而CFRP拉索的阻尼实测值与理论结果之间存在一定的差异。长度1.8m的单丝阻尼与对应的应变大小相关性不大,应变耗能理论不能评价其阻尼特性,支点产生的阻尼效果不可忽视。     

层状板岩动力破坏特性数值试验研究

为研究层理面数和冲击载荷对层状板岩动力破坏特性影响,利用LS-DYNA有限元软件模拟了层状板岩试件在不同冲击速度下的SHPB实验,再现了SHPB实验过程中的加载波形和层状板岩试件的破坏过程,模拟结果与实验结果吻合度较好。研究结果表明:层状板岩试件的耗散能量随层理面数的增加而增加,双层、三层和四层板岩试件相比单层板岩试件耗散能量的增长分别为0.2%、0.4%和1.87%;试件破坏开始于端面周边,滞后于应力峰值,当冲击速度为6.5 m/s时,层状岩石试件以轴向劈裂破坏为主,冲击速度为12 m/s和20 m/s时试件的破坏模式为轴向劈裂破坏、径向剪破坏和端面拉压破坏的混合破坏。     

层状周期结构动力衰减域特性研究

从数学物理方程角度出发,研究层状周期结构的动力衰减域特性。分析衰减域三个控制因素及影响因素。对有限层状周期结构,进行动力谐响应及瞬态响应分析;振动台隔震性能试验表明,层状周期结构对外部激励具有隔离或减弱作用。该研究为层状周期结构用于工程结构隔震、减振奠定了基础。     

基于土体振动能量吸收特性的层状路基缩尺模型尺寸效应研究

针对缩尺模型试验的尺寸效应问题,以车辆荷载作用下的上硬下软型双层路基为研究对象,从揭示动应力衰减规律角度出发,选取土体能量吸收系数作为表征尺寸效应的参量;基于不同比例计算模型的数值模拟结果,给出动应力代表值沿深度的衰减公式,并依据均质土体能量吸收系数与模型比例的拟合关系,构建出硬、软土层内的尺寸效应响应方程;根据动应力界面传递系数与模型比例的函数关系,并引入无量纲土层界面能量吸收系数,推导得出土层界面过渡段的尺寸效应响应方程;借助现场监测数据和室内模型试验,验证了尺寸效应响应方程的可靠性。研究表明:在振动频率取1~5 Hz前提条件下,运用缩尺模型试验结果和尺寸效应演化规律能够反演原型试验的工况,相关成果对工程实际有一定的指导意义。     

预应力CFRP布加固RC梁动力特性的试验研究

进行了预应力CFRP布加固完好RC梁的动力特性试验,结果表明:预应力加固梁的固有频率随着预张力的增加而增加。同时,考虑了相关的影响因素,从理论上推导了预张力与加固梁固有频率之间的定量关系,再利用一阶频率的试验值对公式进行拟合,得到频率影响系数。而后将二阶频率的试验值与理论值进行比较,发现理论值基本能反映频率随预张力的变化趋势,两者最大误差为0.173(在预张力为0kN时),试验值与理论值吻合较好。     

预应力CFRP布加固损伤RC梁的动力特性研究

从理论上推导了预张力与损伤RC梁固有频率之间的定量关系。同时进行了预应力CFRP布加固RC梁的动力特性试验,测定不同预张力条件下,完好梁与损伤梁的一阶频率值。而后利用ANSYS软件建立钢筋混凝土完好梁的有限元模型,根据损伤梁的动力测试结果,运用优化分析的方法得到损伤梁混凝土刚度折减系数;利用一阶频率的试验值对公式进行线性拟合,得到频率影响因素及损伤梁频率计算公式。最后将加固损伤梁一阶频率的理论值与试验值进行比较,发现在低预应力作用下,理论计算结果基本能反映出试验值随预张力变化的趋势,试验值与理论值吻合较好。     

埋入CFRP的FBG光纤传感器界面传递特性实验研究

埋入碳纤维复合材料（CFRP）的光纤布拉格光栅（FBG）传感器应变测量值与基体实际应变存在误差,用光纤、保护层、粘贴层和基体材料的界面传递特性来表征应变测量值可提高精度．根据弹性力学和边界条件,得出FBG应变测量值与基体材料实际应变值的关系方程,通过裸光栅直埋基体材料界面传递的特征系数,可表征和计算FBG检测应变与测点实际应变的误差及修正系数．试验结果表明：对埋入裸光栅的碳纤维复合材料同时进行电阻应变与FBG—IS波长解调试验对比,试验测量FBG应变传感灵敏系数与理论值十分接近;对埋入CFRP的FBG裸光栅,由于不存在粘贴层界面传递的影响,其应变测量值可无需修正．     

层状板中Lamb波的频散特性研究

利用矩阵递推方法，建立了层状板中Ｌａｍｂ波的特征方程以及相应的位移和应力分布计算公式，由此分析了双层板、软夹层板和硬夹层板中Ｌａｍｂ波的频散特性，特别指出软夹层的存在对Ｌａｍｂ波的频散特性有显著影响。该结论对工程测试分析有一定指导意义。     

聚合物-层状硅酸盐纳米复合材料的流变特性研究

聚合物-层状硅酸盐纳米复合材料与常规颗粒填充体系具有相似的流变特性,通常表现出模量升高、频率依赖性的改变等与纯聚合物明显不同的流变行为,且储能模量在低频区会表现出似固体的平台发展,而频率依赖性会表现出非末端行为.对流变行为和粘弹特性的测定是研究该纳米复合材料体系介观结构以及聚合物基体与纳米颗粒间的相互作用强度的有力工具.综述了聚合物-层状硅酸盐纳米复合材料的流变特性、粘弹机理以及硅酸盐片层的流动取向方面的研究进展.     

基于时频分析的CFRP分层缺陷识别研究

为了实现碳纤维复合材料(CFRP)构件分层缺陷的检测,提出了时频定量分析方法.利用短时傅里叶变换(STFT)、魏格纳变换(WVD)和平滑伪魏格纳变换(SPWVD)3种时频分析方法对超声回波信号进行分析和对比,从信号时频表示中的各种特性,如时频聚集性、主体能量、交叉干扰项等,选出了对超声回波信号比较适合的时频分析方法—SPWVD,随后对其时频谱进行降维特征提取.结果表明,采用SPWVD时频分析方法有效降低了干扰对识别准确性的影响,对CFRP构件分层缺陷检测具有可行性.