复合材料防撞护舷结构设计与应用

以复合材料防撞护舷为研究对象,采用有限元法对不同船艏形状的船桥碰撞动力学特性进行研究,为桥梁防撞护舷结构的合理设计提供理论依据。首先通过对防撞护舷试样的碰撞试验与有限元计算结果进行对比,来完善防撞护舷的有限元模型;然后设计了D型和L型防撞护舷,并在ANSYS/LS-DYNA软件平台上对1000 t楔形船艏船、3000 t球鼻形船艏船与两种结构型式防撞护舷的碰撞特性进行仿真模拟,获得了碰撞过程中碰撞力、变形能及撞深等时域响应特性。通过比较两种护舷结构型式对船艏形状不同的适应性,发现D型护舷对楔形船艏船防护效果较好,对球鼻形船艏船防护不起作用;L型护舷对两种形状船艏船消能效果均较好,起到了保护桥梁和船舶的作用。在实际工程中需考虑多种因素的影响,综合比较后选用最为合理的防撞护舷结构型式。目前L型防撞护舷已应用于港珠澳大桥桥墩的防护工程中,有效地解决了船桥碰撞带来的破坏风险,为复合材料防撞护舷的推广使用提供了重要的指导作用。     

港珠澳大桥FRP桥梁防撞护舷船碰撞数值模拟及结构设计

针对港珠澳大桥建设项目,对大桥防撞护舷系统技术指标进行了验证,并进行船舶碰撞有限元数值模拟,旨在对防撞护舷系统的安全性及结构设计的合理性进行评估,通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对船只碰撞防撞护舷进行非线性模拟仿真,得到计算工况下的碰撞能量和碰撞力时程曲线,同时对复合材料防撞护舷的结构设计和材料选用也进行了分析工作。     

润扬长江公路大桥船撞数值模拟与复合材料防撞系统设计

准确预测船撞作用下的桥墩受力值,对评估船桥碰撞后桥梁的安全性及进行合理防撞结构设计具有重要意义。由于船舶与桥梁均具有复杂的结构形式和受力行为,因此船撞力的准确计算目前主要借助于有限元数值模拟。本文围绕润扬长江大桥北叉斜拉桥展开防撞设计,首先应用经验公式预估船撞力,然后通过ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件模拟了3000t级船舶满载正撞、满载正桥向20°和满载侧桥向20°撞击北汊桥的下塔柱,归纳在各种工况下的碰撞能量和碰撞力时程曲线,进而与经验公式值进行对比;在此基础上,进行了桥梁防船撞系统的结构设计,并利用有限元软件分析对比桥墩是否设置防撞系统两种工况下所受的撞击力值。研究结果表明,各国经验公式计算结果相差较大,必须结合有限元仿真模拟计算船撞力;同时本文设计的自浮式D350型圆形截面复合材料防船撞系统具有大变形能力与良好的缓冲吸能效果,可以同时减轻桥墩与船舶的受损程度;有限元分析表明桥墩设置防撞系统后,所受的撞击力可下降34%。     

从能量吸收评价玻纤复合材料桥梁防船撞装置

玻璃纤维增强塑料比重轻,比强度高,耐腐蚀,历来被推荐用于冷却器叶片和壳体、船体等场合;高强纤维增强的复合材料用于飞机构件和风力发电机的大叶片等场合。由于纤维增强树脂复合材料变形过程中弹性极限到断裂的阶段很狭小,变形耗能很少,因此不适合应用于依靠消耗能量起作用的桥梁防船撞装置。     

盐侵蚀环境下防船撞设施套箱外壳用GFRP材料老化性能研究

设计了一种套箱结构防船撞设施,并对套箱所用玻璃纤维增强复合材料(GFRP)进行了不同盐侵蚀环境下的加速老化试验。结果表明：高温（65℃）盐水环境对GFRP的老化性能影响最大,其次为盐雾环境,最小的为低温（35℃）盐水环境,温度是影响GFRP材料老化性能的最重要因素;中值老化公式模型对于老化寿命的预测精度明显高于老化动力学模型,35℃和65℃盐水浸泡环境下GFRP材料的使用寿命分别为138年和0.25年,在高温盐水环境下GFRP的使用寿命明显降低;通过加速老化试验,获得了GFRP在不同温度下的寿命转化方程,可对不同环境温度服役下的套箱使用寿命进行预测。     

新型复合材料桥梁防撞设施在新孟滆大桥上成功示范应用

历时一个多月的精心施工,常溧线航道桥梁防撞保护示范工程——新孟滆大桥防撞保护设施安装已基本完工。这标志着新型复合材料桥梁防撞设施在内河桥梁上成功示范应用。该项目由常州航道处(武进航道处)、南京工业大学、上海博泓低碳节能科技股份有限公司、江苏省     

风电叶片用单向复合材料厚度变化研究与分析

风电叶片主梁帽通常采用单向经编织物,通过真空导入成型复合材料。由于真空导入工艺的特点以及织物参数的影响,都会对叶片设计带来一定的困难。选用国内外四种常用单行玻纤织物,研究了复合材料成型工艺和织物参数对复合材料厚度的影响。研究发现单向复合材料厚度与层数存在线性关系,而工艺参数对厚度影响不明显,织物参数对复合材料厚度有明显的影响。研究将为风电叶片设计提供一定支持,并为玻纤企业生产工艺参数调整提供了一定的借鉴意义。     

10kV复合材料输电杆塔有限元结构设计及工程应用研究

为解决复合材料在输电杆塔中的应用问题,本文以10k V送电线路实际工程为背景,从输电杆塔的各种工况荷载计算入手,建立有限元分析模型,对复合材料输电杆塔进行结构设计。通过ANSYS软件分别建立了杆身及横担力学模型,对杆塔实际运行中各种工况进行力学计算,通过杆塔力学真型实验验证了复合材料用于10k V输电杆塔制备的可行性,并已成功应用于多处输电线路上。     

复合材料结构耐撞性能的数值模拟研究

本文研究了复合材料结构耐撞性能数值模拟的策略和方法,包括接触-碰撞有限元理论、复合材料层板缓冲吸能模型和薄弱单元,并在DYNA3D(研究版)软件中加入了复合材料板缓冲吸能模块.采用改进后的程序对波纹梁盒段的坠毁过程进行了数值模拟,并将正面坠毁的数值模拟结果与试验结果进行了比较.结果表明本文采用的理论和有限元模型是合理可行的,同时还对波纹梁盒段斜碰撞的情况进行了数值模拟.本文所提出的方法为复合材料结构的耐撞性设计分析提供了一种有效的工具.     

结构用复合材料的回顾与前瞻——拉挤复合材料在桥梁上的应用

<正> 4.1.2 Aberfeldy复合材料斜拉桥(步行桥) 在文献[3]中提到,在英国Surrey大学对格式箱形梁作的试验,其目的是验证复合材料公路桥的结构设计和长期性能。这些梁全部用ACCS体系制造,完全胶接,未用机械紧固件。这些梁在全部设计荷载下8个多月的运行良好,其后对其中之一将试验荷载加到破坏为止。同时,对层板及胶接还做了加速老化试验。这项试验规划部分地由英国交通部资助,是包括Maunsell Structural Plastics公司、Vetrotex(英国)公司、Ciba Geigy Plastics、DSM Resin及CU Bridges的一个欧洲工业大协作。这个试验规划使Maunsell公司明确一点,即它们有把握     

应用于桥梁的纤维增强聚合物复合材料及其工艺综述

本文介绍了桥梁设计和建造的未来趋势,以及目前全球纤维增强聚合物复合材料应用于桥梁的主要实例及其相关的材料与工艺。     

复合材料增强纤维渗透率测量及VARI成型工艺仿真计算研究

针对纤维增强树脂基复合材料真空辅助成型( VARI)工艺仿真计算,根据Darcy定律推导出了增强纤维渗透率的常用计算公式,并根据该公式完成了渗透率值的测量,在此基础上,针对某复杂结构模型的VARI工艺分别完成了仿真计算和验证试验,最后对计算结果与验证试验结果进行了比较,结果表明二者基本吻合,验证了工艺仿真计算的有效性.     

长纤维增强聚合物注塑纤维长度分布三维数值模拟

基于Phelps-Tucker纤维断裂模型,以中心浇口圆盘为研究对象,采用Moldflow对长纤维增强聚合物注塑流动过程进行三维数值模拟,研究流动速率、熔体温度、模具温度和保压压力对纤维长度分布的影响规律,并探讨其产生的机理。结果表明,浇口附近是最长纤维和最短纤维的共存区;近壁面处纤维长度较中心层长;随着流动速率、模具温度和保压压力的增加,纤维长度均减小;随着熔体温度的增加,纤维长度先减小后增大;在近壁面处保压压力对纤维长度的影响不大。以上结果与文献对比总体吻合较好。     

大型碳纤维结构件用真空导入环氧树脂的对比分析

应用真空导入成型技术制作大型碳纤维复合材料结构件是大型化风电叶片制造技术的一个重要发展方向。由于碳纤维预成型体的可渗透性远远低于玻纤预成型体,因此具有特殊性能的环氧树脂是这一技术成功的关键。本文系统分析了三种专用环氧树脂体系的适用期、固化行为和力学性能,并与普通玻纤用环氧树脂进行了对比。分析结果表明,三种专用树脂的适用期长短不一,但都大于普通树脂;环氧酸酐体系固化过程中性能建立慢的特点,使其在大型结构件的应用中存在风险;预成型体预热有助于获得高纤维体积含量和力学性能更佳的碳纤维复合材料。     

增强纤维约束混凝土柱承载力计算方法对比

在增强纤维复合材料(FRP)约束钢筋混凝土柱理论与试验研究的基础上,探讨了混凝土强度、截面形式、倒角半径、FRP环向约束体积比、FRP有效拉应变等因素对FRP约束效应的影响。评述了国内外有关FRP约束钢筋混凝土柱承载力的计算方法。在此基础上计算305根FRP约束钢筋混凝土柱的承载力,与试验结果进行对比分析,结果表明,各公式均能在一定程度上预测FRP约束柱的承载力,但各公式计算精度存在一定差异,其中经验公式精度较低,偏不安全,而规范推荐公式计算值偏于保守,各公式仍需要进一步改进。     

轻质碳纤维复合材料帆船桅杆的设计与制备

碳纤维复合材料与金属相比,具有重量轻、可设计性强等优点.本文目的是设计并制备轻质碳纤维复合材料桅杆.基于等刚度准则,对具有等壁厚、异型截面的中空碳纤维复合材料桅杆进行设计,并运用数值模拟技术对结构铺层进行优化.采用纤维铺放和缠绕工艺制备出长度为16m的大尺寸碳纤维复合材料帆船桅杆,与铝合金桅杆相比减重43.4%.在设计工况下,桅杆变形试验值与数值模拟结果相近.     

纤维增强复合材料的制备及防护性能研究

采用真空辅助成型工艺制备了EWR600玻纤织物、高强2号玻璃纤维、高强4号玻璃纤维、碳纤维增强树脂基复合材料.以复合材料为爆炸反应装甲的面、背板材料,考察了爆炸反应装甲对破甲弹的防护性能.结果表明,在所考察的范围内,碳纤维增强树脂基复合材料对200型破甲弹的防护系数可达到19,对破甲弹射流的损耗达到90%以上;与合金钢作为爆炸反应装甲的面、背板相比,纤维增强树脂基复合材料在实现30%以上减重的同时,可彻底消除爆炸反应装甲的二次杀伤效应,具有广阔的应用前景.     

RC桥墩的FRP延性加固设计方法研究

为了制定经济合理的钢筋混凝土(RC)墩柱的纤维增强复合材料(FRP)抗震延性快速加固方案,提出了基于目标位移延性系数提高指标的FRP抗震延性加固设计方法,并建立了加固墩柱宏观力学性能参数(位移、延性系数)与材料性能参数(FRP约束混凝土极限压应变、FRP配箍率、FRP有效极限抗拉强度、FRP有效极限拉应变)之间的力学计算模型。进一步应用所提出的计算模型,结合有限元数值模拟技术,得到FRP约束圆形和矩形墩柱受力性能的分析结果,并与试验结果进行对比。结果表明,提出的FRP延性加固设计方法可较正确地计算加固RC墩柱的受力性能、FRP片材配箍率或加固厚度,并验证了考虑箍筋和FRP共同约束作用的Seible FRP约束混凝土极限压应变计算模型的合理性。     

高性能钢纤维增强混凝土的抗侵彻行为及数值模拟(英文)

采用大掺量超细工业废渣取代水泥,并掺加了天然河砂以及高弹、高强的玄武岩石子,制备了不同强度等级的高性能钢纤维增强混凝土材料。采用φ25mm弹道炮开展了初速度为500～850m/s的正侵彻实验,获得了弹丸着靶速度、最大侵彻深度、弹坑直径以及靶体破坏形态等实验参数,采用经典公式对侵彻深度进行了分析,同时采用非线性有限元方法对侵彻全过程进行了数值模拟。结果表明:侵彻深度随着材料强度等级的提高略有降低,粗集料的掺加有利于提高靶体的抗侵彻能力,随着纤维掺量的降低以及侵彻速度的提高,材料破坏程度明显加剧,数值模拟结果同试验结果吻合较好,侵彻深度的模拟结果与试验值的误差均在5%以内。