负泊松比三明治结构填充泡沫混凝土的面内压缩性能

为改善负泊松比三明治结构的受压破坏模式且提高其缓冲吸能能力,提出一种填充泡沫混凝土的新型复合三明治结构。在负泊松比结构中填充不同密度(409 kg/m3、575 kg/m3、848 kg/m3、1 014 kg/m3)的泡沫混凝土得到负泊松比填充结构,并对无填充负泊松比结构、负泊松比填充结构和泡沫混凝土对照试块在准静态压缩下的破坏模式和吸能特性进行比较。根据荷载-位移关系和破坏模式得到以下结论:当填充物密度较小时,负泊松比填充结构能够将填充物的泊松比限制在较小的数值,胞元表现出内凹的变形模式,结构发生逐渐被压实的压缩破坏;当填充物密度较大时,结构发生“X”型剪切破坏,塑性铰区域和剪切带附近的胞壁发生断裂破坏;泡沫混凝土填充物的密度越大,填充结构的压实应变越小,吸收的能量越多,但当填充物密度超过一定值后,填充物密度的增加对负泊松比填充结构能量吸收能力的提升作用不再明显,结构的比吸能降低。      

玄武岩纤维增强泡沫混凝土响应面多目标优化

为改善传统泡沫混凝土的力学性能,制备了以玄武岩纤维为微加筋材料的玄武岩纤维增强泡沫混凝土(BFFC)。采用响应面法设计试验并建立回归模型,研究泡沫和纤维掺量对BFFC表观密度、抗压强度和抗压韧性指数的影响;同时结合渴求函数对BFFC综合性能实现多目标优化,并对纤维作用机理进行了SEM分析。结果表明,制备单位体积BFFC成品的最优泡沫掺量与纤维掺量分别为0. 617 875 m~3与2. 384 66 kg,该配比可以制备出表观密度仅为641. 06 kg/m~3而抗压强度高达13. 60 MPa、抗压韧性指数高达0. 887的BFFC。SEM分析表明,适量玄武岩纤维通过桥联作用下的多裂缝稳定扩展实现了对泡沫混凝土的增强及增韧。     

颗粒增强铝合金基泡沫铝材料压缩性能的研究

利用熔体发泡法制备了颗粒增强铝合金基闭孔泡沫铝,进行了准静态压缩和动态压缩实验,并且与铝合金基泡沫铝的相关性能进行了比较.研究了不同相对密度的泡沫铝准静态压缩和动态压缩性能.添加颗粒能增强基体合金性能,改善泡沫压缩效果.结果表明,在动态压缩和准静态压缩中,随着密度增加,颗粒增强基泡沫铝的平台应力和弹性模量逐渐增大;动态情形下的能量吸收能力要高于准静态情形下的能量吸收能力.向熔体中添加适当比例的粉煤灰颗粒可产生显著的基体增强效果,有效提高泡沫铝的压缩性能.     

玄武岩纤维增强木塑复合材料的拉伸和熔融性能

探讨了用3mm的短切玄武岩纤维(BF)增强木塑(WPC)复合材料(BF-WPC)时,BF含量与BF-WPC拉伸性能及熔体流动性能之间的关系。结果表明,通过控制BF含量可有效改善BF-WPC的相关性能:与WPC相比,BF的含量为15%~25%区间时,BF-WPC的拉伸强度提高了近30%、但断裂伸长率略有下降;熔体流动性能随着BF含量的增加呈下降趋势,在BF含量达到15%之前下降较快,之后变化缓慢。     

纤维编织网增强混凝土的拉伸力学模型

通过单束纤维与纤维编织网增强混凝土(TRC)薄板的单轴拉伸试验, 研究了环氧树脂浸渍后纤维束的应力-应变关系。试验结果发现, 即使经环氧树脂浸渍, 也不能完全发挥碳纤维束的抗拉强度; 单轴拉伸碳纤维束获得的应力-应变曲线几乎是完全线性的, 在达到其极限强度80%左右出现一定的非线性特征。假定细粒混凝土开裂后只有纤维编织网承担荷载, 从而由TRC薄板试件单轴拉伸的荷载-变形关系获得的碳纤维束的应力-应变关系可合理简化为双线性的形式, 并针对本文中研究的纤维编织网给出了其相应控制参数点的取值。基于受弯构件计算理论, 采用本文纤维束拉伸模型得到的两种系列受弯构件的计算值与试验值吻合较好。     

GFRP约束微珠泡沫柱准静态受压性能

本研究对2根微珠泡沫柱及5根玻璃纤维复合材料(GFRP)约束微珠泡沫组合柱开展准静态轴压试验,探讨了GFRP层数、横向纤维与纵向纤维比例、泡沫密度等参数对组合柱极限承载力和吸能效应的影响,并与静态试验结果进行对比,研究不同加载速率对构件受压性能的影响规律.结果表明:准静态压缩作用下GFRP层数和泡沫密度的增加均提高了构...     

胞元结构准静态压缩力学行为及吸能特性研究

为探究结构构型和规格参数对胞元结构综合力学特性的影响,设计了7种体积相等、结构构型不同的胞元结构,开展了准静态压缩试验,得到了各胞元结构的变形破坏过程和应力应变关系,分析了胞元构型和壁厚变化对结构承载能力及能量吸收性能的影响,结果表明：内凹鼓形、内凹六边形、内凹弧形胞元结构均呈现出宏观负泊松比特性,外凸六边形、外凸鼓形、正方形胞元结构呈现出宏观正泊松比特性,外凸弧形胞元结构呈现出近似零泊松比特性;胞元结构的直立壁面和曲面(折线面)共同承担压缩载荷,直立壁面主要发生失稳变形,曲面(折线面)主要发生弯曲外张变形或弯曲回缩变形,直立壁面的失稳临界载荷和屈曲模式对结构承载力和平台应力起主导作用;在各个宏观正泊松比胞元中,外凸六边形胞元的结构承载能力较强,外凸鼓形胞元的结构吸能特性较好,在各个宏观负泊松比胞元中,内凹弧形胞元的结构承载能力和结构吸能特性均较好。     

波纹腹板增强泡沫夹芯复合材料结构准静态压缩吸能特性

随着车船运输量与日俱增,由此引发的车船撞击结构物的事故频发,造成严重的生命财产损失与结构破坏,亟需为桥梁等结构物设置防护吸能装置。该文提出了一种新型波纹腹板增强泡沫夹芯复合材料吸能结构。该复合结构以聚氨酯泡沫为芯材,玻璃纤维增强复合材料(Glass fiber reinforced polymer,简称GFRP)为面板,在波纹型泡沫的间隙铺设双轴向玻璃纤维布,利用真空导入工艺成型。通过波纹腹板增强泡沫夹芯复合材料结构的准静态压缩试验,研究了波纹腹板与面板壁厚以及波长对夹芯结构破坏模式、承载能力以及吸能特性的影响。试验结果表明：腹板壁厚较大、波长较短的试件吸能效果最优。此外,对试验工况进行了有限元数值模拟,分析了腹板壁厚与泡沫密度因素对试件承载力的影响,为其在防撞领域的应用提供一定依据。     

玄武岩纤维粉煤灰增强陶粒混凝土力学性能试验研究

为研究玄武岩纤维（BF）、陶粒（C）和粉煤灰(FA)对玄武岩陶粒粉煤灰混凝土（BCFC）力学性能的影响,应用正交试验法开展9组BCFC抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度试验并进行极差和方差分析。结果表明：当玄武岩纤维体积率为0.3%,陶粒代石子率为8%,粉煤灰代水泥率为5%时,BCFC强度综合表现最佳;玄武岩纤维掺入混凝土中能显著提高BCFC的强度,三因素对BCFC抗折强度的增强效应最大,玄武岩纤维、陶粒和粉煤灰对BCFC抗折强度的最大提升幅度分别为34.9%、5.08%和1.94%;玄武岩纤维体积率是影响BCFC强度的特别显著性因素。对玄武岩纤维增韧BCFC机理进行分析,最后建立BCFC强度回归方程且精确度较高。     

钢纤维混凝土动态抗拉强度的实验研究

基于线弹性和一维应力波假定,采用Φ75mmSHPB对钢纤维体积率Vf分别为0、0.75%和1.50%的三种混凝土材料进行了一维杆层裂实验,考虑了应力波在混凝土材料内传播时的波形弥散效应和应力幅值衰减,通过计算应变片记录的应力信号确定了材料的动态抗拉强度。结果表明,钢纤维混凝土的动态抗拉强度受应变率和钢纤维体积率的影响,本文为测试脆性材料的动态抗拉强度提供了一种有效方法。基于微观扫描技术,对钢纤维增强机理进行了分析。     

玄武岩纤维布增强树脂基复合材料约束高温损伤混凝土轴压力学性能

对36个玄武岩纤维布增强树脂基复合材料（BFRP）约束加固的高温损伤混凝土圆柱体和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,BFRP侧向约束能显著改变混凝土圆柱体的破坏形态,提高混凝土圆柱体的轴压强度和变形能力。其中二层BFRP包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土圆柱体的轴压强度分别提高了56%、82%、234%和250%,轴向变形分别提高了328%、198%、232%和136%。采用典型的纤维增强复合材料约束常温未损伤混凝土轴压强度和变形计算模型预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土轴压极限强度和极限变形时存在较大的偏差。基于本文试验数据,确定了BFRP约束高温损伤混凝土极限应力和极限应变计算模型中与温度相关的参量,建议了适用于预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土的极限应力计算模型和极限应变计算模型。     

连续石墨纤维增强铝基复合材料准静态拉伸损伤演化与断裂力学行为

针对连续石墨纤维增强铝基(CF/Al)复合材料,采用三种纤维排布方式的代表体积单元(RVE)建立了其细观力学有限元模型,采用准静态拉伸试验与数值模拟结合的方法,研究了其在轴向拉伸载荷下的渐进损伤与断裂力学行为。结果表明,采用基体合金和纤维原位力学性能建立的细观力学有限元模型,对轴向拉伸弹性模量和极限强度的计算结果与实验结果吻合良好,而断裂应变计算值较实验结果偏低。轴向拉伸变形中首先出现界面和基体合金损伤现象,随应变增加界面发生失效并诱发基体合金的局部失效,最后复合材料因纤维发生失效而破坏,从而出现界面脱粘后纤维拔出与基体合金撕裂共存的微观形貌。细观力学有限元分析结果表明,在复合材料制备后纤维性能衰减而强度较低条件下,改变界面强度和刚度对复合材料轴向拉伸弹塑性力学行为的影响较小,复合材料中纤维强度水平是决定该复合材料轴向拉伸力学性能的主要因素。     

玄武岩纤维增韧混凝土冲击性能

采用三点弯曲冲击试验装置, 结合超声波测试技术, 研究了玄武岩纤维质量分数为0%～0.60%时, 玄武岩纤维增韧混凝土（Basalt Fiber Reinforced Concrete, BFRC）的冲击性能及其损伤演化规律, 研究了混凝土冲击破坏过程中基于超声波波速的损伤演化过程, 并应用体视显微镜观测了冲击过程中试件表面裂纹的发展, 分析了玄武岩纤维提高混凝土冲击韧性的机制。结果表明: 玄武岩纤维对混凝土的抗压强度无明显改善, 但可以显著提高混凝土的冲击韧性, 当纤维质量比为0.36%时冲击韧性提高了2.2倍。各玄武岩纤维掺量下混凝土的冲击破坏均表现出脆性特征, 但玄武岩纤维的加入有效提高了混凝土对冲击能量的吸收, 其临近破坏时损伤变量较素混凝土提高了40%～83%; 玄武岩纤维混凝土冲击破坏过程表现出多缝开裂的特征, 在最终破坏时主裂缝附近有明显的副裂缝出现。      

玄武岩纤维增强木塑复合材料的力学性能

研究了用短切玄武岩纤维(BF)增强木塑(WPC)复合材料(BF/WPC)体系中, BF的含量与BF/WPC力学性能之间的关系, 定性探讨了纤维增强机制。结果表明, 与WPC相比, 除断裂伸长率有所下降之外, BF/WPC的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度均有明显提高, 且这些性能取得最大值时BF的质量分数分别为15%~30%、15%~25%、20%~30%, 提高的幅度约为30%。提出了"弱端面"的定性假说, 由此解释了BF/WPC各项强度指标与增强纤维含量之间存在着最大值现象的原因。      

圆钢管玄武岩纤维再生混凝土短柱轴压力学性能

为研究圆钢管玄武岩纤维再生混凝土(BFRRC)短柱的轴压力学性能,以再生粗骨料取代率和玄武岩纤维掺量为变化参数,设计并完成了15根圆钢管BFRRC短柱试件的轴压试验。观察了试件的受力全过程及破坏形态,获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线,分析了变化参数对圆钢管BFRRC短柱轴压性能的影响,建立了可行的组合截面应力-应变全过程曲线方程。研究表明:试件均发生鼓曲破坏,但核心混凝土在钢管约束下处于碎而不散状态;随着再生粗骨料取代率的增大,试件的耗能性能、延性系数逐渐增大,耗能因子、延性系数提升幅度最高可达1.84%和10.36%,承载力逐渐降低,降低幅度最大达5.03%;随着玄武岩纤维掺量的增大,试件的耗能性能、延性系数逐渐增大,增加幅度最高可达2.97%和4.93%,承载力提高幅度不大;不同的玄武岩纤维掺量下,试件实测的荷载-位移曲线饱满,且具有较长的变形流幅,延性较好。      

Mechanical behavior of reinforced concrete subjected to impact loading

Understanding the behavior of concrete and reinforced concrete at high strain rates is of critical importance in a range of application. The behavior of concrete and reinforced concrete at strain rates of the order of 10⁴/s and pressure up to 1.5 GPa are studied experimentally. The concrete analyzed has the same composition and processing conditions as the matrix phase in the reinforced concrete. The dynamic compression experiments of reinforced concrete are carried out by one-stage light gas gun apparatus which subjects the reinforced concrete to deformation at strain rates of the order of 10⁴/s with confining pressures of 1–1.5 GPa. The voltage–time signals are recorded by the manganin pressure gauges embedded in the target. The stress–strain curves of reinforced concrete with different impact velocities are obtained using Lagrangian analysis, from which the distribution regulations of other mechanical parameters such as specific internal energy and specific volume in the flow field are acquired. Experimental results indicate that the load-carrying capacities of concrete and reinforced concrete increase significantly with strain rate. The concrete and reinforced concrete are non-linear, rate-sensitive and pressure-dependent.     

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的高应变率力学行为

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)系统研究了玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(BFRGC)的高应变率力学行为,包括抗压强度、变形及能量吸收特性的应变率效应问题。结果表明：地质聚合物混凝土材料的高应变率力学性能呈现出显著的应变率相关性;BFRGC的强度特性相对于地质聚合物混凝土(GC)无明显改善,而变形及能量吸收能力较 GC有明显提高。     

Mechanical characterization of short fiber reinforced phenolic foam

The mechanical performance of fiber-reinforced phenolic foam is characterized and compared with unreinforced foam in terms of friability, compression and shear properties, and flexural behavior of simple sandwich beams. Compared with conventional phenolic foam, foam reinforced with aramid fibers exhibits significantly lower friability, higher resistance to cracking, and more isotropic behavior, while glass fiber-reinforced foam is significantly stiffer and stronger. Sandwich structures with reinforced phenolic foam cores show unique failure behavior, in which catastrophic collapse of the structure is not only delayed, but avoided altogether. The findings in this paper, coupled with earlier results, demonstrate the potential of reinforced phenolic foam as a fire-resistant, tough and low-cost engineering material.