含孔二维机织复合材料层合板强度预测方法研究

将基于单层板理论的逐渐累积损伤强度预测方法推广用于含孔二维机织复合材料层合板的强度预测,建立了含孔二维机织复合材料层合板的逐渐累积损伤强度预测方法.并在ANSYS软件平台上开发了相应的参数化二维机织复合材料含孔层合板逐渐累积损伤强度预测程序,对两种孔径两种铺层的含孔二维机织复合材料层合板的强度进行预测,并对其损伤扩展规律进行了分析.经与试验结果对比表明本文所建立的强度预测方法效果良好.     

含孔复合材料层合板失效准则研究

基于最大应力准则、Hashin准则、Hill-蔡强度理论、Ye-分层准则、Chang F K准则等失效准则,提出了一个新的预测含孔层合板的失效准则-混合准则。基于该准则和Hashin三维失效准则及相应的材料性能退化模型,建立适用于含孔复合材料层合板的强度分析方法。采用该方法分别对T300/BMP316和T300/KH-304两种材料的含孔层合板拉伸强度进行预测,与试验结果对比表明：T300/BMP316含孔层合板和T300/KH-304含孔层合板静强度的预测值与试验值的最大误差分别为6.28%和2.32%,初步证明了该方法的有效性与合理性,及混合失效准则的优越性。     

风力发电机叶片根部的有限元建模研究

研究了建立复杂层合结构有限元模型的方法.考虑到复合材料叶片根部结构具有重复铺层的特点,用子层刚度方法计算了其等效材料性能;采用ANSYS有限元软件按单一材料建立了根部的有限元模型,并讨论了载荷对边界条件和螺母-孔接触状态的影响.计算的[0°/±45°]三向层合板等效模量E1与实验值吻合良好;分别按等效模型和层合单元模型进行数值模拟所得到的位移误差很小,表明该方法具有较高的精度.所建立的模型可用于根部结构的受力分析.     

含孔隙碳纤维/环氧树脂层合板力学性能模拟

为了探究孔隙率对织物碳纤维/环氧树脂复合材料层合板拉伸强度和压缩强度的影响规律,分别测量了孔隙率为0.33%、0.71%及1.50%的复合材料层合板的拉伸强度及压缩强度并进行有限元模拟.试验结果表明:随着孔隙率的增加,复合材料层合板的拉伸强度和压缩强度均呈下降趋势.建立了适用于织物纤维增强复合材料的静态力学强度的失效准则,结合刚度突然退化模型,通过引入不同孔隙率复合材料的基本强度参数,使用ABAQUS软件建立有限元模型,对不同孔隙率的织物碳纤维/环氧树脂复合材料层合板的拉伸强度及压缩强度进行了较为准确的预测.     

胶接修补复合材料层合板的渐进损伤分析方法

建立了一种预测胶接修补复合材料层合板损伤演变与剩余强度的渐进损伤分析模型。该有限元方法应用三维渐进损伤模型和内聚力模型分别模拟复合材料层合板和修补胶层的失效过程。引入与材料损伤模式相对应的损伤变量表征材料的损伤状态,材料的刚度矩阵按损伤变量退化。计算得到了复合材料含孔板和相应的复合材料层合板胶接修补结构的极限强度。计算结果和试验数据吻合良好,验证了渐进损伤分析方法的有效性。     

复合材料层合板低速冲击后剩余压缩强度研究

应用有限元显式算法计算层合板冲击后压缩强度(CAI值)。建立实体单元与cohesive界面单元相结合的层合板有限元分析模型。首先进行层合板受离面低速冲击中损伤过程的数值模拟,再以该步分析结果(损伤状态)作为初始损伤,进行面内压缩下层合板破坏过程数值模拟。从而实现了层合板从冲击损伤到冲击后压缩破坏的全过程分析。模型应用面内和层间损伤逐渐累积的算法。通过不同加载速率下的分析,考察了显式算法在准静态CAI计算中的可用性。冲击损伤特征、冲击后压缩破坏特征及CAI的计算值与试验结果有良好的一致性,表明文中所采用的模型、算法与损伤处理方法是合理的。     

温湿场交变环境下外加载荷对不同孔隙率CFRP弯曲力学性能影响

为探究不同孔隙率碳纤维/环氧树脂层合板在仿超音速飞行的高低温湿热老化环境及外加载荷作用对弯曲力学性能的影响规律,基于材料服役期间的吸湿状态和内应力状态,对T700CF/3234EP进行模拟超音速飞机服役环境的高低温交变加速湿热循环试验.通过控制模压压力,制备3种孔隙率分别为0.04、0.08和0.11的层合板,将3种孔隙率的层合板进行加载,加载载荷为层合板最大弯曲载荷的0、30%、40%和60%,然后将其置于高低温环境模拟试验箱中,分别测量不同循环周期复合材料层合板的弯曲强度变化,并采用ABAQUS软件对其弯曲力学性能进行有限元模拟.试验结果表明:温湿场交变环境下,外加载荷和孔隙率加速层合板弯曲强度的下降,在高低温湿热循环4~6周期时,随着载荷的增大,二次固化现象越明显,层合板的弯曲强度变化比较平缓.使用ABAQUS软件建立有限元模型,计算得到的弯曲力学强度变化趋势与试验结果相一致,说明高低温湿热老化环境和外加载荷对复合材料弯曲性能的影响,对不同孔隙率的碳纤维/环氧树脂层合板弯曲性能进行较为准确的预测.     

层合板螺栓连接结构性能影响因素与测试夹具

为提高复合材料层合板螺栓连接结构的可靠性和承载能力,基于ABAQUS软件及其提供的用户子程序,建立了结合改进的通用单胞模型(即GMC模型)的宏-细观多尺度数值分析方法。从细观组分材料分析层合板螺栓连接结构力学性能的影响因素。结果表明:准各向同性层合板螺栓连接结构的失效模式为挤压失效且该结构的挤压强度较高;此外,相同边径比E/D的连接结构,其挤压强度随宽径比W/D的增大而增大;当螺栓预紧力为4.2 N·m时,结构的承载能力趋于稳定值;适当的干涉配合能提高结构的承载能力;测试夹具的厚度应不小于3 mm,夹具内侧凸台的直径应为层合板开孔直径的2倍。     

复合材料层合板低速冲击损伤阻抗性能影响因素研究

基于复合材料层合板的结构特点及典型损伤和破坏模式,建立了基于ABAQUS有限元软件的复合材料层合板低速冲击模型.与实验数据对比结果表明,该模型可以准确地模拟复合材料层合板低速冲击损伤阻抗特性.采用该有限元模型,研究复合材料层合板的铺层材料面内性能和铺层角度等参数对其在低速冲击作用下损伤阻抗性能的影响规律.分析结果表明,提高铺层纤维方向拉伸模量可明显提升其抗冲击损伤能力,在复合材料层合板中增加±45°铺层数量能明显提升其抗分层能力,而提高其它方向弹性模量对复合材料层合板低速冲击损伤阻抗性能的影响不明显.     

含孔边套筒的厚截面复合材料接头耳片强度分析

为研究含孔边防护套筒的厚截面复合材料层合板耳片连接件孔边层间应力分布规律及接头强度,提出了采用层合板子层和界面胶层相结合的有限元建模方法,在验证了建模方法对厚截面层合板应力求解的有效性的基础上,分析了承受轴向载荷的厚层合板耳片连接件孔边三维应力分布及接头失效情况。结果表明:套筒胶层的破坏应力和破坏位置主要集中在孔轴非接触区;当套筒胶层发生断裂时,厚截面层合板并未发生失效,限制了厚板接头耳片整体强度性能的提高。     

含圆孔偏轴拉伸板强度分析

本文改进了Whitney的点应力准则,在距孔边一特征长度的圆周上应用Tsai-Wu张量准则.改进后的准则可应用于非对称铺层含孔板,并且除了可以确定含孔板的破坏强度,也可以确定孔边开裂位置,应用这一方法对含圆孔的偏轴板拉伸进行了分析,并与实验作了比较,二者吻合较好.     

单角钢螺栓连接节点板拉剪性能研究

对某角钢塔典型节点进行足尺试验研究和有限元参数分析,考察单角钢连接节点板受拉剪时的工作性能和破坏模式.结果表明,单角钢连接节点板受拉剪时可能发生块状拉剪撕裂和受拉断裂两种破坏模式;垂直于受力方向的螺栓孔间距、顺受力方向的螺栓孔间距和节点板形状对单角钢连接节点板的极限承载力有显著的影响;偏心作用只会降低节点板的屈服破坏承载力,对其极限承载力影响甚小.通过可靠度分析,评价现有节点板设计方法用于单角钢连接节点板的适用性.     

铝合金板加固钢筋混凝土梁的剥离破坏机理试验研究

剥离破坏是铝合金板加固钢筋混凝土（RC）梁常见的早期破坏形式,为了避免剥离破坏的出现,对铝合金板加固RC梁的剥离破坏机理开展试验研究。制作了24根RC梁,利用结构胶将铝合金板粘贴在RC梁底部。为了研究附加锚固对剥离破坏的影响,部分试验梁在铝合金板特定位置设置了化学螺栓或U形箍。通过铝合金板加固RC梁的简支梁三分点对称单调加载试验,得到铝合金板加固RC梁的4种破坏模式：适筋破坏、超筋破坏、板端剥离破坏和中部裂缝剥离破坏。剥离破坏的原因是界面剪应力过大。利用铝合金板应变片的试验数据,得到了铝合金板的粘贴界面剪应力分布曲线,分析了界面剪应力分布规律：在板端取得最大值后迅速下降至零值,RC梁裂缝处界面剪应力发生突变。板端剥离破坏发生的机理：铝合金板端界面剪应力达到铝合金板与混凝土的粘贴强度后,界面剪应力导致保护层内混凝土剥离;中部裂缝剥离破坏发生的机理：界面剪应力在混凝土齿状块体端部产生的正应力大于混凝土受拉强度,导致混凝土齿状块体从梁体剥离。在此基础上,得到了两种剥离破坏的判别式,并结合试验数据验证了判别式的准确性。     

不变刚阵法在复合材料层压结构失效分析中的应用

采用不主刚阵法计算复合材料层压结构的失效模式，即将结构的刚度变化问题转化为力的变化问题，用施加等效附加力的办法替代破坏单元的刚度削弱效应，从而保证结构刚度矩阵不变，使得只进行一次原结构总赐分解就可求得层压结构的各种失效模式。     

高强钢板组合螺栓抗拉性能有限元分析

高强钢板钻孔攻丝后替代螺母,与高强螺杆组合成一种新的单边螺栓连接副,可用于钢管柱框架节点.为研究钢板组合螺栓抗拉承载力和破坏机理,在本组试验研究的基础上对4类钢板组合螺栓共64个试件进行单调拉伸数值模拟,以板厚和螺杆直径为研究变量,包括Q345B、45号钢、Q460C和Q690D四种钢材和10.9级M16、M20、M24、M27和M30五种规格高强螺栓.结果表明:Q345B、Q460C和Q690D均可作为45号钢的替代材料;钢板组合螺栓在锚固可靠的条件下,可按螺杆螺纹极限抗拉荷载的70%作为其抗拉设计值;钢板较薄时,发生钢板螺纹滑牙破坏,螺栓拔出,螺杆最大应力位于锚固区,钢板向外凸起,凸起量大于支点间距的1/200;钢板较厚时,发生螺杆拉断破坏,螺杆最大应力位于构造区,两种破坏模式中钢板的最大应力均位于钢板螺纹第一扣处.为保证钢板组合螺栓不发生钢板螺纹滑牙破坏,建议Q345B钢板厚度不宜低于1.15d;Q460C钢板厚度不宜低于1.10d;Q690D钢板厚度不宜低于0.95d,根据弹性力学和螺纹传力机理推导高强钢板组合螺栓抗拉承载力公式,公式计算结果与有限元结果吻合良好,研究成果可为钢板组合螺栓的设计提供参考.     

椭圆型螺栓孔网架支座节点受力性能研究

在平板网架支座节点中,通常在支座底板开设椭圆型螺栓孔使节点有一定的侧移.虽然在网架设计中这类支座经常被采用,但有关此类支座节点受力性能的研究还很缺乏.椭圆型螺栓孔能提供多大程度的侧移,此类螺栓孔如何影响节点的承载力以及抗侧刚度等问题都有必要进一步深入研究.以一类常用的网架支座节点为例进行研究,利用大型通用有限元软件ABAQUS隐式求解器的接触功能,模拟螺栓杆和孔壁、螺栓帽和节点底板、节点底板和垫板之间的接触关系,分析在不同荷载模式下椭圆型开孔对网架支座节点受力性能的影响,确定此类节点的抗侧刚度,为工程设计提供理论依据.     

单向逐级加载劣化诱导三圆孔模型的力学响应

由于施工扰动会导致洞室群的围岩劣化，对洞室群失稳产生诱导效应。为模拟洞室拉破坏和剪破坏两种典型的破坏特征，分别设计了水平和对角倾斜间隔三圆孔平板水泥砂浆模型，分别为洞室间隔矩形空孔、石蜡填充空孔和石膏填充空孔，模拟围岩由强到弱损伤的诱导效应，并定义其劣化指标。利用数字散斑系统MatchID-2D研究单轴逐级加卸载循环下无填充、石蜡填充和石膏填充空孔条件下的变形破坏特征，发现诱导程度越强，模型破坏荷载越小；同样，诱导条件下对角倾斜间隔三圆孔较平孔的破坏荷载小，平孔模型以拉破坏为主，斜孔模型以剪破坏为主。利用FLAC3D数值模拟软件进行加卸载试验，对洞室周围进行变形监测与MatchID-2D的引伸计功能进行对比，分析诱导对通过平孔模型的圆孔中心和诱导平孔中部竖直方向收敛的影响规律，发现平孔诱导空孔填充材料能明显降低中间圆孔和诱导平孔收敛，斜孔模型中间圆孔收敛呈类似特征。     

Experimental investigation on strength and deformation of plain high-strength concrete under multiaxial stress state

To investigate the strength and deformation behavior of plain high-strength concrete (HSC) under multiaxial stress states,a large static-dynamic true triaxial machine was employed,and multiaxial tests were performed on 100 mm×100 mm×100 mm cubes concrete specimens.Friction-reducing pads were three-layer plastic membranes with glycerine in-between for the compressive loading plane.The tensile loading plane of concrete samples was processed by attrition machine,and then the samples were glued up with the loading plate with structural glue.Failure modes of specimens were described.The principal static compressive strengths,strains at the peak stress and stress-strain curves were measured,and the influence of stress ratios on them was analyzed as well.Experimental results show that the ratio of the compressive strength σ3f over the uniaxial compressive strength fc depends on brittleness-stiffness of concrete besides stress state and stress ratios.The formula of Kupfer-Gerstle’s and Ottosen’s failure criterion for plain HSC under biaxial compression and multiaxial stress state is proposed respectively.     

外露式钢柱脚节点的抗剪性能

参考实际工程中使用的外露式钢柱脚节点,以柱脚底板孔径、柱脚底板厚度、锚栓直径和锚栓强度为主要参数,设计7组共19个大直径锚栓的钢柱脚试件,开展抗剪性能试验研究. 试验表明,锚栓连接具有可观的抗剪能力,节点的最终破坏模式有3种：当基础混凝土配筋足够时为锚栓剪断,配筋不够时为混凝土冲切破坏,介于两者之间的锚栓剪断同时存在混凝土冲切裂缝;锚栓连接的荷载-相对位移曲线呈现2种类型,主要区别在于是否存在滑移段. 对于锚栓连接的抗剪承载力设计值,将 3个已有理论模型与试验结果对比,给出推荐的简化公式. 对于锚栓连接的极限抗剪承载力,提出考虑锚栓截面拉力、剪力和弯矩影响的计算模型.     

不同孔型平板气膜冷却特性的数值模拟

为研究不同射流孔型对气膜冷却效率的影响,基于SIMPLEC算法,采用RNGκ-ε湍流模型,对射流倾斜角为35°的圆柱孔、扩散孔和横向扩散孔的平板气膜冷却模型进行了数值模拟。得到了不同吹风比M下的3种孔型的绝热气膜冷却效率曲线、速度矢量图和壁面温度分布。结果表明：横向扩散孔的气膜冷却效果优于圆柱孔和扩散孔,其产生的反向涡旋对的尺度最小,孔间的气膜冷却效果也较好。