CFRP构件垫圈/衬套铆接损伤及拉剪性能试验研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)易发生铆接损伤,通过试验方法开展垫圈/衬套铆接损伤行为及其拉剪性能研究,研究结果表明：镦头不均匀膨胀及下压会导致净铆接和衬套铆接出现不同程度、多损伤模式铆接损伤,而垫圈/衬套铆接后并未出现明显损伤。净铆接试件与垫圈/衬套铆接试件的拉剪力-位移响应呈现出明显的线性、渐进损伤和失效破坏的特征,而衬套铆接由于减小了镦头与层板的有效紧固面积,衬套铆接试件拉剪力-位移响应仅包含线性和失效破坏阶段,其拉剪峰值载荷亦最低。净铆接试件和垫圈/衬套铆接试件的拉伸失效模式均为层板剪切与铆钉拉脱耦合失效,拉脱失效模式为层板铺层断裂和分层,且伴有层板弯曲变形;衬套铆接试件拉剪过程中均发生铆钉直接拉脱破坏。     

CFRP/Al复合构件无头铆钉压铆力建模与仿真分析

压铆力作为影响CFRP/Al复合构件铆接质量的重要参数,其大小往往根据经验给出,缺乏理论依据。文章针对CFRP/Al复合构件的无头铆钉压铆过程从理论建模和有限元模拟两方面研究了压铆力。首先建立CFRP/Al复合构件无头铆钉压铆的物理模型与条件假设,并将该压铆过程划分为6个阶段;其次针对铆钉和铆接件分阶段进行受力和变形分析,并采用主应力法建立压铆过程所需的压铆力的理论公式;最后采用ABAQUS有限元软件对压铆过程进行仿真分析,对压铆力的计算和仿真结果进行对比分析,表明求解压铆力的理论公式有效性良好。     

无头铆钉压铆力数学建模与仿真分析

无头铆钉压铆连接是航空薄壁件的主要连接方式,作为影响铆接质量的主要工艺参数,压铆力的大小通常只能根据经验给出,缺乏理论依据。文章首先分析无头铆钉压铆过程,将其划分为4个阶段,其中铆钉镦头的真实应变由钉杆均匀敦粗阶段与镦头形成阶段的应变构成。基于以上分析,针对无头铆钉压铆力计算提出采用幂指数硬化理论建立计算压铆力的物理公式,从而确定压铆力关于镦头高度的数学函数;其次根据无头铆钉压铆过程特点,采用轴对称模型对其进行有限元仿真;最后用上述方法对直径相同而镦头高度不同的一组无头铆钉压铆力进行计算并对计算结果进行对比分析,对比分析结果表明文中建立的求解压铆力的物理公式有效性良好。     

钢铝异质自冲铆接头剥离失效仿真

为了研究钢铝自冲铆接头剥离失效行为,对5754铝合金和Q235钢异质自冲铆接头进行了剥离试验及仿真研究。建立了基于MMC失效准则的T型自冲铆接头有限元模型,对两种接头在剥离工况下的拉伸失效过程进行仿真,对比试验结果验证了有限元模型的可靠性,并对接头的剥离失效行为进行了分析。研究结果表明:建立的有限元模型能表征接头在剥离工况下的失效形式及力学性能;铝-钢接头因上板与铆钉分离失效,剥离过程中加载侧钉脚和钉头区域易产生应力集中,上板加载侧铆孔区域最先发生失效;钢-铝接头失效形式为铆钉与下板分离,剥离过程中加载侧钉头边缘及钉脚内壁区域易出现应力集中,下板铆扣区域发生脱层损伤,脱层损伤区域向非加载侧铆扣区域扩展。     

正交复合材料层板冲击拉伸力学性能研究

以CFRP和GFRP 2种复合材料为例,研究正交复合材料在冲击载荷作用下的拉伸力学性能。首先,介绍了Hopk inson杆冲击拉伸实验设备以及实验技术,对实验中涉及的试件连接技术问题进行了分析讨论,并提出了相应对策。推导了应力、应变的计算公式。对CFRP、GFRP层合板进行了冲击拉伸实验研究,得到不同加载率下2种层板的应力-应变(σ-ε)曲线,以及断裂强度、拉伸模量、断裂应变随加载速率的变化规律,以期对复合材料层板在冲击拉伸情况下动态力学行为和变形、破坏机理获得初步认识。     

基于剪切破坏的剪力墙构件地震损伤

基于性能的抗震设计特点是使结构抗震设计从宏观定性目标转化为具体量化指标的多重结构性能目标。《建筑抗震设计规范》（GB 50011）给出的是针对整体结构弹性及弹塑性变形的变形指标量,对构件没有量化的损伤指标,为此,进行了5片配置HRB600级钢筋T型截面剪力墙试件的低周反复加载抗震抗剪性能试验,研究配置高强钢筋与普通钢筋剪力墙之间的抗震性能差异;收集剪力墙抗剪试验数据对Park-Ang双参数地震损伤模型进行参数修正,得到适用于剪切破坏下剪力墙构件的损伤模型。利用修正的损伤模型来评估发生剪切破坏的剪力墙各个受力阶段的损伤程度,结合剪力墙的变形状态进行损伤评估,给出不同性能状态下与剪力墙构件位移角的量化关系限值。     

CFRP环向约束方钢管混凝土压弯构件滞回性能

目的研究CFRP增强方钢管混凝土压弯构件在往复荷载作用下的力学性能．方法以4个CFRP环向约束方钢管混凝土压弯构件的滞回性能试验为基础,对其跨中荷载-挠度（P-△）曲线、跨中弯矩-曲率（M-φ）曲线、跨中挠度-轴向变形（△-d）曲线、应变以及挠度曲线形状进行分析．结果所有试件的挠度曲线均近似为正弦半波曲线;钢管和CFRP管可以协同工作;同一点的纵向应变和环向应变异号．结论CFRP对方钢管混凝土有很好的环向约束作用,钢管的局部屈曲得到了延缓．所有试件的跨中荷载-挠度滞回曲线均较为饱满,基本没有捏缩现象,表现出很好的滞回性能．所有试件的弯矩-曲率滞回曲线均较为饱满,在加载初期,试件的变形为弹性变形,进入位移控制后,产生不太明显的“包兴格”效应．     

具有荷载作用历史的CFRP-钢界面粘结性能试验

为研究荷载作用历史对碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢结构界面粘结性能的影响,开展4种界面剪应力水平、6种持载时间的CFRP-钢双剪试件长期加载试验,对达到规定加载时间的试件进行静力拉伸破坏.根据CFRP轴向应变数据,给出了界面剪应力分布及粘结滑移曲线,考虑到界面蠕变损伤对粘结滑移本构关系的影响,在双线性模型中引入系数β、η、γ,回归分析得到了这3个系数的表达式.结果表明:胶黏剂的蠕变变形会引起界面应力重分布,随着时间的增加CFRP应变增大,界面剪应力峰值减小;加载90 d后,在12.5 mm处B组、C组、D组、E组试件界面剪应力分别减小了26.6%、59.2%、73.8%、85.4%;当界面剪应力水平较高时,应考虑界面蠕变损伤对粘结滑移曲线的影响,界面剪应力水平越高持续时间越长,蠕变损伤越显著;当CFRP粘贴长度大于有效粘结长度时,界面蠕变损伤对极限承载力没有明显影响.     

考虑剪切变形的轴心受压GFRP圆管临界荷载

为了考虑剪切变形对玻璃纤维增强复合材料（GFRP）构件屈曲荷载的影响,利用Engesser剪切变形理论,推导考虑剪切变形和初弯曲的临界荷载. 应用于GFRP圆管时,考虑材料各向异性特征对剪切系数及强度的影响. 对4根具有不同长细比的GFRP圆管试件进行轴压试验. 结果表明,GFRP圆管在截面强度估算时应综合考虑轴向纤维压缩破坏和环向基体拉伸破坏. 所推导的临界荷载计算式的结果和试验结果吻合良好.     

钢管约束钢筋混凝土受压构件力学性能试验研究

以钢管径厚比(55、110)、试件长细比(12、24)和加载偏心率(0、0.23、0.46)为主要参数,完成了12个钢管约束钢筋混凝土构件的受压试验.研究了试件的破坏形态、承载力和荷载-挠度曲线,并分析了各试验参数对试件力学性能的影响规律.试验结果表明:径厚比对该类试件破坏形态和承载力的影响不大;试件长细比和加载偏心率对试件破坏形态和承载力影响显著.轴压构件的典型破坏形态为试件中部钢管外凸或撕裂,核心混凝土出现明显的斜向剪切破碎带;偏压构件破坏位置主要集中在切缝处,该处受拉侧混凝土被拉裂,受压侧混凝土被局部压溃.试验数据可为钢管约束混凝土柱在实际工程中的应用提供参考.     

球墨铸铁管道新型抗震接口力学性能试验及数值模拟

有效的管线接口抗震措施是优化城市供水管网抗震性能和震后功能恢复能力的关键。为此,基于机械自锚设计和自变形补偿等思想,提出一种球墨铸铁管道新型自锚式抗震接口。开展普通承插式接口和新型抗震接口的轴向拉伸拟静力试验及抗震接口精细化三维有限元数值模拟,研究新型管道接口的抗拉承载能力、初始抗拉刚度、抗变形能力和极限破坏状态等力学特性。结果表明:0.2 MPa以内的水压变幅对普通承插式接口的轴向力学性能和破坏方式的影响不大,接口初始漏水至功能失效状态的过渡变形约为2.5 mm;新型自锚式抗震接口具备良好的承载能力和抵抗大变形能力,其抗拉力学性能曲线分为3个阶段,即胶圈受力阶段、卡环受力阶段和卡环失效破坏,其中,在卡环变形量为9 mm左右时,达到峰值承载力330 kN左右。     

毛竹内嵌杉木的螺栓连接抗拉力学性能

在竹结构中,柱脚一般会出现受拉荷载,针对该现象提出一种内嵌杉木的毛竹螺栓连接形式,设计15个内嵌杉木的毛竹螺栓连接试件并进行轴向拉伸试验。根据Karacabeyli-Ceccotti建议的50%极限荷载法确定试件的屈服荷载和屈服位移,阐述了荷载-位移曲线中不同变形阶段的特征,分析了螺栓直径和螺孔端距对连接试件的承载力和破坏模式的影响。结果表明：该连接具有一定的承载力和变形能力,连接承载力随着螺杆直径增大而增大;受拉时连接的荷载-位移曲线具有两个弹性段,且第二弹性阶段刚度下降;连接的3种破坏模式为螺杆弯坏、竹壁剪出和竹壁开裂,失效模式由螺孔端距和螺杆直径控制;基于简化力学模型推导的公式能近似地预测连接承载力。     

高模量碳纤维复合材料的电磁铆接工艺研究

研究了高模量碳纤维复合材料结构的电磁铆接工艺。通过实验确定了铆钉外伸量、钉孔间隙等工艺参数，给出了复合材料结构铆接用垫圈的几何尺寸，提出了合理的镦头尺寸，强度实验和损伤检测表明电磁铆接可以代替螺栓连接，成功地铆接高模量碳纤维复合材料。     

HRB600钢筋钢纤维混凝土梁柱边节点抗震性能试验研究

为减小配置HRB600钢筋梁柱边节点的梁筋粘结退化,设计钢纤维整体增强或局部增强的梁柱边节点,进行两个配置HRB600/HRB400钢筋混凝土梁柱边节点和2个配置HRB600高强钢筋的钢纤维整体增强或局部增强的混凝土梁柱边节点的低周往复荷载试验,得到试件的破坏形态和滞回曲线,对比分析边节点的耗能能力、延性性能、核心区剪切变形和梁筋粘结退化。结果表明：往复荷载下HRB600钢筋混凝土节点具有较高的承载能力、耗能能力和延性性能,但HRB600钢筋与普通混凝土粘结退化过快;钢纤维整体增强或局部增强混凝土的措施可以减缓HRB600梁筋粘结退化,改善边节点的破坏形态,减小核心区的剪切变形,提高耗能能力;钢纤维整体增强的梁柱边节点具有更高的延性性能和耗能能力,其HRB600梁筋粘结退化更为缓慢。     

考虑铆钉位置不确定性的异种轻质金属铆接接头疲劳寿命优化

针对铆钉位置坐标对铆接接头疲劳寿命的影响问题,采用单行替换法来实现了铆接接头的寿命优化。首先,对铝合金自冲铆接接头进行单调拉伸和疲劳试验研究,通过试验数据拟合获得S-N曲线。然后,建立自冲铆接结构的有限元模型,通过Abaqus进行循环载荷作用下的铆接接头力学分析,研究了铆接点位置对铆接接头力学性能的影响。最后,将铆接点的坐标作为设计变量,铆接结构疲劳寿命为优化目标,基于单行替换法进行全局寻优,获得了铆接接头最大疲劳寿命时的位置坐标,为技术人员开展铆接接头设计提供了参考依据。     

碳纤维复合材料（CFRP）粘贴层数对开孔钢板的疲劳寿命影响的试验研究

摘 要:疲劳损伤是钢结构失效的重要原因,传统的修复加固钢结构的方法包括钢板焊接、铆接,螺栓连接等,这些加固方法容易产生应力集中现象。CFRP具有比强度和比刚度高的特点,在加固钢结构方面效果良好。通过对3组粘贴有不同层数CFRP的开孔钢板进行疲劳实验,描述了不同类型钢板的破坏形态,并绘制了疲劳寿命曲线和变形曲线,比较了三组钢板在疲劳寿命,裂纹扩展情况,断裂时碳纤维布与钢板之间的协同工作情况的差异和共性。研究结果表明,粘贴碳纤维能够提高钢板的屈服荷载,弥补钢板表面缺陷,减缓钢板疲劳裂纹的扩展速率,增加钢板的延性,从而有效地提高钢板的疲劳寿命,并且随着粘贴层数的增加,疲劳寿命提高效果明显,发现粘贴一层碳纤维布使其平均疲劳寿命提高4.7%,粘贴三层碳纤维布,其疲劳寿命提高77.80%。粘贴碳纤维布能够有效地缩小不同应力作用下钢板变形能力之间的差异,CFRP层数越多,这种差异就越小。同时,CFRP的粘贴层数越多,钢板破坏时的极限变形越大,粘贴三层碳纤维布的钢板的极限变形在0.9mm以上。     

不同加载速率下铆钉材料变形研究

对LY10、TB     

铆接冲击力对飞机蒙皮的影响

飞机蒙皮铆接的冲击力对飞机蒙皮损伤较大。通过铆接过程中铆锤对作用于铆钉冲击力的分析,讨论了在满足铆钉钉杆形成墩头的条件下,各种铆钉选用参数和铆接参数对铆接冲击力的影响,提出了在飞机设计和铆接工艺上的改进措施。     

配筋UHPC柱的抗震性能及影响因素分析

为研究配筋超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)柱抗震性能及影响因素,以碳纤维增强树脂(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布缠绕、钢筋强度和剪跨比为参变量,对1根普通钢筋UHPC柱、1根CFRP布缠绕的普通钢筋UHPC柱和3根高...