铜钢板压印-粘接复合连接的静力学性能及失效机理分析

为深入研究铜钢板压印-粘接复合连接的静力学性能和失效机理,本文选取铜合金H62同种组合及与镀锌钢的异种组合进行单搭及T型试件压印-粘接复合连接,借助MTS材料试验机对试件进行拉伸-剪切试验及剥离试验,采用SEM扫描电镜对典型失效断口进行微观分析,分析试件的失效强度及失效模式,测试铜合金压印-粘接复合连接接头的静力学性能,结果表明:铜钢板压印-粘接复合连接的抗剪切强度远优于抗剥离强度,且其接头强度主要由粘接剂决定,失效模式取决于压印结构成型情况.H62-H62压印-粘接复合接头的抗剪切力强度均值为5 021.52 N,抗剥离强度均值为943.05 N,接头为拉脱失效伴随轻微擦伤;H62-镀锌钢压印-粘接复合接头的抗剪切强度为H62-H62接头的1.2倍,失效模式为颈部断裂;抗剥离强度为H62-H62接头的2.3倍,接头为"上板撕裂"失效.     

铝锂合金/FM94胶接接头内聚力模型参数识别

为了正确预测铝锂合金/FM94胶接接头的强度与失效特征,采用ABAQUS软件建立胶接接头的内聚力仿真模型. 针对内聚力模型关键参数的确定问题,利用材料力学和断裂力学相关理论推导I、II型断裂失效形式下断裂能的计算公式;通过实验测定FM94胶接铝锂合金标准双悬臂梁（I型失效）和三点弯曲试样（II型失效）的力-位移曲线,计算并确定不同失效模式下的内聚力模型参数;采用三角形内聚力理论模型和所确定的模型参数进行双悬臂梁标准试样、三点弯曲标准试样及单搭接接头的强度与断裂失效过程的数值仿真. 结果表明：仿真结果与实验数据较一致,在不同加载速率下断裂载荷最大误差为4.4%,断裂位移最大误差为3.8%,验证内聚力模型参数确定方法合理,模型参数正确.     

剪切滞后对受拉角钢强度的影响

为了研究剪切滞后对受拉角钢强度的影响,并对单面连接角钢强度计算公式进行修正.根据Whitmore应力扩散概念,初步确定了应力扩散角,建立了求解剪切滞后强度计算公式,并通过有限元分析软件,对受力模型与理论结果进行对比分析.结果表明:剪切滞后对受拉角钢强度有很大的影响,剪力滞后系数公式可以用于理论计算和工程设计.     

泡沫铜夹层对铝合金压印接头的力学性能影响

泡沫金属由于其良好的缓冲、减震性,近年来在工业领域得到了越来越广泛的应用.为了研究泡沫铜夹层对铝合金压印接头的力学性能影响,本文采用5052铝合金对其进行压印连接试验,并添加不同厚度的泡沫铜夹层作为对比,通过静力学拉伸-剪切试验,对接头的成形质量、接头强度、失效位移、失效模式和能量吸收能力进行研究.结果表明:泡沫铜夹层对压印接头成形质量有一定的削弱作用;泡沫铜夹层可以很好地吸收压印接头所承受的拉伸-剪切力,可以增大板材所能承受的最大拉伸-剪切载荷,并且泡沫铜夹层的厚度越大,这种作用越明显;泡沫铜夹层可以提高压印接头的失效位移均值,且夹层厚度对其无显著影响;泡沫铜夹层对压印接头的能量吸收能力有明显的提升作用,并且泡沫铜夹层的厚度越大,接头能量吸收能力越大.     

铝镁合金单搭接胶接接头应力分布及强度预测

针对铝镁合金单搭接胶接接头,建立了剪滞解析模型,得到接头剪切应力的一般分析方法,利用有限元模型验证了该方法的有效性。在三维弹塑性有限元模型的基础上,分析了铝镁合金单搭接胶接接头剪切应力、Von-Mises等效应力在胶层厚度、宽度方向上的分布规律,结合试验探讨了胶粘剂类型、胶层厚度、胶接搭接长度对胶接结构连接强度的影响。所得结果对胶接工艺金属材料与胶层属性匹配、接头强度预测及胶接接头性能优化具有指导意义。     

高温老化对CFRP/铝合金粘接接头失效的影响

为了揭示碳纤维增强复合材料(CFRP)/铝合金粘接接头在高温环境中的老化失效规律,加工了处于剪应力、拉应力和拉剪组合应力状态的粘接接头,在高温(80℃)环境中分别进行了10、20、30、40、50天的老化测试,分析了失效强度、失效模式的变化规律,建立了失效准则响应面。结果表明:随着拉应力比例的增加,失效强度下降更明显,下降趋势由二次多项式向线性转变,失效模式由内聚失效转变为内聚、纤维撕裂和界面失效的混合失效模式,这主要是由CFRP老化引起的;失效准则响应面平均误差为3.0%,能够对不同应力状态下的接头进行失效预测。因此,在粘接结构中降低拉应力比例能够提高承载能力,同时在失效预测时需要考虑不同应力状态的影响。     

采用块体-界面体系的砌体结构简化细观模型

基于ABAQUS装配式建模构架,提出了一种砌体结构的简化细观模型。该建模方法将块体砂浆界面及砂浆层统一采用块体间的界面来代替。界面属性包括法向和切向的力学参数,用来模拟砌体的剪压及受拉行为。界面的法向受拉采用粘性力学参数赋值,并通过与轴心受拉本构模型的等效,推导得出控制界面损伤演化速率的无量纲指数α的计算方程。剪压复合受力模型基于剪摩理论建立,通过粘性属性和库伦摩擦赋值。当剪压复合受力构件处于高轴压比时,通过块体的非线性属性实现了主压应力为主控的损伤阀值。按照该方法进行剪压相关性和砖墙剪切失效的试验仿真模拟,模拟得出的失效形态及力-位移曲线与试验结果基本相符。     

基于改进内聚力模型的沥青超薄罩面层间失效行为分析

为了准确预测沥青超薄罩面层间失效行为,在考虑层间黏结应力与摩擦效果耦合作用的基础上,引入改进内聚力模型表征界面接触特性,基于沥青超薄罩面直剪试验进行数值模拟,描述沥青超薄罩面层间失效行为演化特征,通过直剪试验验证改进内聚力模型的可靠性.研究结果表明：层间黏结应力和层间摩擦系数由摩尔-库伦理论拟合直剪试验结果得到;沥青超薄罩面界面的切应力与剪切位移的关系分为切应力应变弹性强化、切应力应变软化及残余应力应变阶段;选择临界断裂能作为评价沥青超薄罩面层间失效行为的指标,该指标的数值随正向应力的增大而增加;数值模拟结果与试验结果一致度较高,验证了使用改进内聚力模型进行沥青超薄罩面层间剪切破坏行为研究的可行性.     

铝合金板材压印接头机械内锁滑移的检测分析

该文提出了一种基于数字图像分析技术实现压印接头机械内锁滑移检测分析的方法,构建了接头滑移检测图像采集分析系统,设计并制备了铝合金板材双半剖压印接头试件.力学加载试验过程中利用多台电子显微镜同步观察、采集接头机械内锁区滑移图像序列,采用数字图像灰度匹配算法计算机械内锁区上下板间的滑移错动量,并融合载荷历程试验数据分析接头滑移失效的演变过程.该方法的提出为此类型机械连接接头的力学性能试验以及微观失效分析提供了一条可行途径.     

单双搭接接头经高温老化后的失效对比

为了对比研究单双搭接接头在高温老化后的失效情况,加工制作了一批Al-CFRP单搭接接头和Al-CFRP-Al双搭接接头。选取80°C高温老化周期0、10、20、30d,并在-40、20、80°C环境下进行准静态拉伸试验,建立一元回归与二元回归模型,分析总结搭接接头失效强度与失效形式变化规律,揭示老化机理。结果表明：老化时间的增加和服役温度的升高都会造成接头失效强度显著下降,服役温度比老化时间对失效强度的影响更大、相关性更高;双搭接接头失效强度明显高于单搭接接头,在工程应用中,在一定条件下可以用双搭接连接来代替单搭接连接以获取更大的承载能力。随着老化时间的增加,搭接接头失效形式从内聚失效变为混合失效并伴随纤维撕裂的出现,老化时间越长,纤维撕裂越明显,通过SEM电镜观察到老化后的CFRP树脂明显减少,CFRP基体与树脂间结合力降低,导致其更容易发生纤维撕裂现象。     

不同抗剪连接程度组合梁挠度的研究

以组合梁位移计算理论公式为基础,在不同范围的抗剪连接程度下,得出设计组合梁挠度实用计算公式,包括部分抗剪连接和超抗剪连接,并与试验所得数据以及国内规程进行了对比。公式形式直观,物理概念明确,计算精度满足工程设计要求。同时还得到了一些采用不同连接程度的组合梁设计的有益结论。     

组合受力钢筋混凝土环形截面构件极限承载力研究

基于变角空间桁架理论对钢筋混凝土环形截面构件在拉压弯剪扭组合受力下的极限承载力计算模型进行了研究,具体研究内容包括构件破坏截面几何形式表达和极限承载力计算公式.首先依据变角空间桁架理论推导出在拉压弯剪扭组合受力下的钢筋混凝土环形截面构件的破坏面倾角表达式.据此确定破坏面几何形状,并对破坏面一侧隔离体建立极限平衡方程,获得组合受力的钢筋混凝土环形截面构件承载力计算模型表达式.并将推导的钢筋混凝土环形截面构件承载力计算模型表达式与相应的试验研究结果进行比较.     

主冷却剂泵三维流场数值模拟与分析

为深入理解和分析高温高压工况条件下某主冷却剂泵性能,采用计算流体力学方法(CFD)对其内部复杂的三维流场进行了数值模拟与分析.建立了某主冷却剂泵各部件几何模型,并对其进行网格划分.通过求解RANS方程对主冷却剂泵内部三维流场进行数值求解,湍流流动采用SST模型进行模拟.计算得到该泵在高、低设计转速时的扬程、功率和效率等性能参数.计算结果与试验数据相比较,误差在4%以内.分析表明采用CFD方法模拟结构复杂的主冷却剂泵内部流动是可行的.     

基于黏聚区模型的Z-pin增强复合材料T型接头分层损伤研究

复合材料T型接头Z-pin增强就是将直径非常细的金属或复合材料pin针植入筋条-蒙皮截面,通过Z-pin的桥接牵引提高接头力学性能。采用ABAQUS有限元软件分别建立了T型接头与Zpin增强T型接头的三维数值计算模型。基于黏聚区模型,采用新的简化后Z-pin桥接牵引关系模拟Z-pin增强作用过程。模拟了T型接头的拉伸失效模式,计算了其拉伸强度和总耗散能,对比分析了有无Z-pin增强2种接头的载荷-位移曲线和损伤耗散能-位移曲线。数值计算结果与文献中数据符合较好。结果表明:Z-pin增强T型接头的极限载荷与极限位移相比于无增强T型接头分别提高了66%和304%;2种接头的载荷-位移曲线斜率相同,初始损伤载荷一致;Z-pin增强T型接头在拉伸破坏过程中相比于无增强接头吸收能量多13.74倍。     

光圆钢筋混凝土梁承载力分析的修正变角桁架模型

在古旧混凝土建筑中,光圆钢筋混凝土梁在荷载作用下随着服役时间的增长将由正截面受弯破坏演变为斜截面剪切破坏,但已有光圆钢筋混凝土梁的承载性能分析模型尚不能区别这两种破坏模式。本文以光圆钢筋混凝土梁为研究对象,提出光圆钢筋粘结强度计算公式,深入分析了光圆钢筋粘结强度低对混凝土梁承载力的影响。基于拉压杆模型和标准桁架模型分别对光圆钢筋混凝土梁的承载力进行了计算,理论分析结果表明梁体承载力的试验值与理论计算值之比的平均值分别为1.460和1.309,方差分别为0.858和0.781,上述模型因未能充分考虑箍筋与弯剪段混凝土的抗剪贡献,致使计算结果与试验结果之间误差较大。进一步提出了可辨别光圆钢筋混凝土梁发生多种失效模式的变角桁架计算模型,并通过32根光圆钢筋混凝土梁的试验数据对修正后的变角桁架模型进行验证。对比结果表明：光圆钢筋混凝土梁承载力的试验值与理论值之比的平均值为1.034,方差为0.100,二者吻合较好,且可准确预测光圆钢筋混凝土梁的破坏模式。因此,本文建议的修正变角桁架模型可用于光圆钢筋混凝土梁的承载力计算与破坏模式预测分析。     

新型装配式剪力墙摩擦抗剪机理

为解决典型装配式剪力墙破坏及耗能较差的问题,提出一种“螺栓-U型槽钢”摩擦型水平连接装置,将其与钢筋混凝土剪力墙集成,构成新型装配式剪力墙。在已有新型装配式剪力墙抗震性能试验的基础上,采用有限元软件ANSYS研究该水平连接装置的摩擦抗剪机理。通过参数分析方法,并基于库仑摩擦定律推导建立了摩擦抗剪承载力计算公式。结果表明,“螺栓-U型槽钢”摩擦型水平连接装置的摩擦抗剪机制明确,剪力在水平连接处的传力路径表现为螺杆与U型槽钢弧形螺孔之间的接触与分离状态;所建摩擦抗剪承载力计算公式计算精度良好,计算结果与试验结果最大误差仅为3.04%。     

直剪试验有效剪切面积动态变化的改进计算

目的 研究直剪试验过程中随着剪切面的动态变化的改进计算公式,以使剪切实验的结果更加准确.方法 在试验工程中,针对直剪仪上下盒相对移动,有效剪切面积逐渐减小这一实际,采用数学分析的方法,力求从理论上探寻直剪试验的准确计算公式.结果 推导出了改进后的理论公式,为验证理论分析的正确性,采取了不同土样并保证试验土样条件完全一致情况下,对改进前后通过试验得到的土体抗剪强度指标数值进行对比分析,结果表明改进后的计算方法得到的黏聚力比原方法最大减少了28.3%;内摩擦角比原方法最大减少了26.2%,也就是说改进后的方法更加接近了真实值.结论 改进后的计算公式原理清晰,计算简便,具有一定的实用性.     

新老混凝土界面连接形式对其界面剪切作用特性的影响分析

为了研究新老混凝土界面连接性能的影响因素,文中提出一种新型三维钢筋网垫用于新老混凝土界面的锚固连接,并基于"Z形"连接的混凝土构件试样,针对采用不同界面连接形式的新老混凝土结合体进行剪切试验,对比分析不同连接界面的力学特性。结果表明:通过界面粘接或植筋连接对混凝土进行界面修复时,结构的抗剪强度仅能恢复到未开裂状态下的30%左右,其破坏形式为明显的脆性破坏;而通过三维钢筋网垫进行混凝土界面锚固后,结构的抗剪强度达到了未开裂状态的72.5%,其破坏形式为延性破坏。     

基于统一强度理论的岩石弹塑性损伤模型研究

基于统一强度理论,建立了岩石弹塑性损伤本构模型,该模型不仅考虑了岩石在拉伸和压剪两种情况下其损伤不同,还反映了在动载作用下岩石的应变率效应.采用Fortran语言通过LS-DY-NA的用户自定义材料接口(Umat)对该本构模型进行编程,并把该程序生成求解器以达到对该模型进行应用的目的.采用该模型分别对岩石单轴压缩试验、巴西圆盘劈裂试验和单孔爆破试验进行了数值模拟,同时把数值模拟结果分别与试验数据、经典模型(HJC模型)的数值结果和理论计算结果相对比.结果表明:由该模型所得出的结果与试验数据、经典模型(HJC模型)的数值结果和理论计算结果均比较吻合;该模型能够很好地反映岩石在动载和静载2种情况下的力学行为.     

基于拉-压杆UHTCC节点抗剪承载力分析

针对钢筋混凝土框架节点设计常用的MCFT理论和斜压杆模型存在的不足,在以往试验的基础上,利用能全面反映节点三种传力机理的拉-压杆模型方法,对UHTCC局部增强混凝土框架节点建立基于拉-压杆模型抗剪承载力计算公式。结果表明:基于拉-压杆模型的抗剪承载力计算值与试验值和现行规范计算值吻合良好。在此基础上分析了不同配箍率和试验轴压比对UHTCC局部增强混凝土框架节点抗剪承载力的影响。