碳纤维增强塑料在п梁中的断裂特性分析

针对混凝土梁的断裂和п梁承载特性,分析了拉剪应力作用下,梁中翼型裂纹的成核、起裂、扩展和贯通模式,得到了复合应力条件下应力强度因子解析式。通过室内实验和数值实验表明,碳纤维增强塑料(CFRP)对梁的裂纹扩展具有明显的抑制作用,能减小梁的位移,调整梁的应力分布,增强梁的弹性模量和承载力,同时受荷梁的塑性区也得到了改善,且分布范围逐渐缩小,对混凝土加固工程具有有利影响,进而核验了CFRP加固混凝土梁的实用性。     

预应力CFRP加固简支梁的弹性力学解析解

以预应力CFRP加固简支梁为例,研究梁上表面受荷载作用时CFRP预应力和层数对简支梁应力和位移分布的影响。首先,将简支梁和CFRP沿界面切开各自进行分析,基于二维弹性力学理论,对简支梁进行分析;利用受张力的弦变形理论,对预应力CFRP层进行分析。然后,根据梁和CFRP层间的界面应力和位移连续条件以及梁上表面的载荷条件确定待定系数,最终得到CFRP加固简支梁的应力和位移精确解析解。数值结果与有限元软件ANSYS分析高度一致。研究表明CFRP的预应力和层数对简支梁的应力和位移分布均有影响,预应力越大、层数越多,梁的正应力和竖向位移越小。     

基于数学模拟的碳纤维胶粘板剪切性能研究

采用真空辅助成型方法制备得到碳纤维增强复合材料(CFRP)胶粘板。研究了基于应力的3D-混合失效准则对CFRP胶粘板的损伤失效模型，并对应力、应变和剪切失效时的应力分布进行了数值模拟。结果表明：高温高湿老化胶粘板面内剪切达到峰值前的Mises应力分布与未老化试样的主要受力在中部区域，试样都在板材一侧发生断裂，裂纹近似呈V型。高温高湿老化不会对CFRP胶粘板的失效模式产生影响，未老化CFRP胶粘板试样的峰值荷载和剪切应力相对较大；而经过高温高湿老化处理后，CFRP胶粘板试样的承载能力和剪切应力有所降低，这与荷载-位移曲线结果和应力、应变云图结果吻合。     

基于边界元法求解二维Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂参数

对于平面复合型裂纹,由于不同的断裂模式,1J积分与应力强度因子有关。因此,必须另外分析如何分离应力强度因子。2J积分结合1J积分或应变能释放率(SERR),可以用于有效的离散和计算应力强度因子。本文介绍III?复合型裂纹的1J,2J的计算,展示了两个各向同性和均质材料属性的示例,在不同裂纹形状和荷载条件情况下,得到了应力强度因子和1J,2J的相应积分值。     

湿热条件对多层碳纤维增强基复合材料圆柱壳的宏观力学性能影响研究

针对含有角度层和环向层的多层碳纤维增强基复合材料(CFRP)圆柱壳结构,在工程应用中不可避免会受到湿热环境的影响,以复合材料力学为基础,建立了温湿度与各层湿热应力的关联性方程,获得了各层纤维主方向应力计算解析式,研究了温度和湿度对各层应力的影响规律。研究分析表明：由于碳纤维材料本身和铺层结构的各向异性,温湿度会在CFRP圆柱壳层内产生最大约12.2 MPa的横向应力,同时从宏观力学角度分析,温度对CFRP内应力影响较大。因此,在CFRP结构设计和使用中,要考虑湿热条件对其力学性能的潜在影响,避免材料初始开裂或者分层等损伤的产生。     

单轴压缩下带圆孔的脆性岩板劈裂破坏研究

带圆孔的脆性岩板在单轴压缩荷载的作用下,其破坏过程一般经历弹性阶段,劈裂裂纹的产生与扩展,压剪裂纹的产生及岩板破坏几个阶段.分析了弹性阶段的圆孔四周的应力分布,解释了劈裂裂纹的产生机理,确定了劈裂裂纹产生的位置.通过分析开裂后裂纹尖端应力强度因子的变化规律,发现随着孔径的增大,起裂荷载减小,这个结论与实验结果非常吻合.而对于同一模型随着裂纹的扩展,应力强度因子减小,反映了劈裂裂纹的扩展是稳定的.对于岩石这种内部存在很多微小孔洞或不连续面的材料,通过该模型能从宏观唯像上解释岩石在单轴压缩试验中的劈裂破坏机理.     

CFRP与混凝土界面黏结滑移性能试验研究

对5根钢筋混凝土梁拉区粘贴CFRP,压区粘贴角钢,分析了不同受荷条件及损伤程度对CFRP和混凝土界面黏结滑移性能的影响;并绘制了CFRP荷载-应变曲线及应力-滑移曲线.结果表明:无损加固梁的极限黏结应力较卸荷加固梁分别提高了10.7％、29.3％,较持荷加固梁分别提高了36.0％、42.5％.相同损伤条件下,持荷加固梁较卸荷加固梁的极限黏结应力最大提高22.9％.说明试验梁受损情况及受荷条件对CFRP-混凝土界面黏结滑移性能影响较大,同时结合试验数据提出了基于界面黏结强度和刚度的损伤滑移本构关系,最后与试验值对比分析,二者吻合较好.     

含界面边裂纹压电材料反平面问题的应力强度因子

研究了含界面边裂纹的不同压电介质组成的复合材料在反平面荷载和平面内电场作用下的电弹场,得到了级数形式的基本解和应力强度因子,最后用边界配置法求解了应力强度因子。结果表明,在外加剪切荷载的作用下,应力强度因子与外加电场无关。     

碳纤维含量对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料弯曲性能和失效行为的影响

基于渐进损伤的VUMAT子程序,并引入了Johnson-Cook模型,通过Matlab生成了不同碳纤维占比的碳纤维增强聚醚醚酮(CFRP)复合材料,建立了三点弯曲有限元模型。通过分析应力—应变分布、载荷—位移曲线和吸收能—位移曲线得出以下结论：添加碳纤维有效改善了基体聚醚醚酮(PEEK)内部的应力—应变分布,显著提升了材料的力学性能、刚度和抗断裂性能。CFRP复合材料在三点弯曲过程中表现出更好的性能,能够承受明显的塑性变形,且有效避免裂纹扩展。此外,在相同位移载荷条件下,随着碳纤维含量增加,CFRP复合材料的位移逐渐减小。特别是在碳纤维质量分数为10%和20%的复合材料中,上表面和下表面的最大位移呈现出曲折的特点。结合应力—应变场的分布情况,这表明碳纤维的添加能有效提高材料的刚度和抗弯性能。     

CFRP加固损伤钢板的双轴拉伸性能研究

基于虚拟裂纹闭合法模拟受双轴向载荷的含裂纹塑性钢板断裂过程,利用减小裂纹裂尖处应力强度因子的方法确定了CFRP的加固方案,通过有限元仿真分析了双轴试样加固前后的对比效果,最后结合模型试验验证了加固方案和计算方法。研究表明,虚拟裂纹闭合法可以有效模拟受双轴向载荷裂纹的扩展过程,仿真结果与试验结果吻合较好。对于受双轴向载荷的含裂纹钢结构,CFRP加固后可以基本恢复原结构的承载能力,加固效果十分显著。该方法可以进一步用于复合型裂纹的加固方案确定。