孔口缝合补强对含孔层板应变集中影响的实验研究

对复合材料开口缝合补强结构进行了实验研究。测试了不同缝合参数(针距、行距、边距、单重和双重缝合) 补强的含孔复合材料层板的拉伸强度, 研究了孔边应力集中、应变集中对强度、刚度等力学性能参数的影响, 分析讨论了孔边及邻近区域应变集中及应变分布的规律, 得到不同缝合参数、孔边不同位置以及不同载荷条件下的应变集中系数。结合实验结果和分析讨论, 给出了含孔复合材料层板缝合补强的缝合设计参数。      

含孔层合板孔口缝合补强的数值模拟

提出一种缝合线计算模型, 通过数值模拟计算和实验结果比较, 得到缝合线计算模型中相关的弹性参数。对复合材料开口缝合补强结构进行了有限元模拟计算, 分析讨论了孔边及邻近区域应变的分布规律, 并计算出应变集中因子。研究了不同缝合参数(针距、 行距、 边距、 缝合线直径、 缝合线模量)对孔边应变集中的影响, 给出了合理的孔口缝合参数设计方法。      

复合材料开口缝合补强试验及模拟

缝纫能够明显改善层合板的层间力学性能,但缝纫的引入造成了层合板面内的损伤,导致了面内性能的下降.开口的损伤也主要是由孔边的层间失效引发的,开口缝合补强的引入,可以改善孔边的层间力学性能.本文对缝合补强前后开口层合板的静力学拉伸性能进行了试验和有限元的模拟,发现补强后层合板的面内力学性能并没有明显的降低.     

开口层板孔口缝合补强的有限元研究

为了研究复合材料开口缝合补强结构的不同缝合参数(针距、行距、边距、缝合线模量等)对孔边应力、应变分布的影响, 提出了一种缝合线计算模型。通过有限元模拟计算, 并结合实验结果, 分析讨论了孔边及邻近区域应力、应变的分布规律, 给出了孔口缝合参数合理的设计方法及相关结论。研究表明, 不同缝合参数对于孔边附近应力及应变集中有明显的影响。     

考虑纤维损伤的大孔口层合板缝合补强等效力学模型

针对含大孔口层合板（层合板宽度D与开孔半径R的比例D/R<6）缝合补强,考虑缝合线对面内纤维造成弯曲、断裂及针脚处夹杂和富树脂区的影响,利用有限元软件建立了大孔口层合板缝合补强模型。在拉伸载荷作用下,计算了不同缝合参数（针距、行距、边距、缝合线直径、缝合线张力）对层合板力学性能的影响。并将不同缝合参数对面内纤维造成的损伤等效为孔径的扩展,建立其等效开孔无边缘效应层合板有限元模型,得出了缝合补强时不同缝合参数对层合板整体承载能力的影响规律。针距越小,层合板承载能力越低;当针距小于3.14 mm时,随着边距的增大,层合板承载能力单调减小;当针距介于3.14 mm与6 mm之间时,随着边距的增大,层合板承载能力呈现出类似于正弦函数的变化形式,且整体趋势增大;当针距大于6 mm时,随着边距的增大,层合板承载能力单调增大;当中心圆孔的0°与90°位置存在针脚缺陷时,易造成层合板提前破坏。      

孔口缝合补强复合材料层合板渐进损伤分析

针对孔口缝合补强复合材料层合板,通过有限元软件建立了含孔口缝合补强复合材料的渐进损伤模型。利用该模型预测了不同缝合参数情况下的破坏载荷,数值结果和实验吻合较好,证明了模型的有效性。在拉伸载荷情况下,模拟不同缝合参数下不同铺层的孔边损伤情况,发现不同缝合参数对层合板纤维损伤的影响与铺层角度密切相关。结果显示缝合补强后,层合板的损伤过程有明显的推迟,特别是双缝合情形下推迟的程度尤为显著。     

缝合复合材料层板低速冲击及冲击后压缩实验研究

通过对缝合复合材料层板进行低速冲击和冲击后压缩实验, 研究了不同类型的缝合复合材料层板的冲击损伤特性及冲击后压缩的剩余强度。实验研究表明: 基体损伤和分层是缝合层板与未缝合层板低速冲击的主要损伤模式, 缝合层板具有更好的抗冲击性能, 更高的冲击后压缩强度。缝合密度越大的层板其抗冲击性能越好, 冲击后压缩强度越高。缝合方向为0°的缝合层板较缝合方向为90°的缝合层板具有更好的抗冲击性能和更高的冲击后压缩强度。增加0°方向铺层, 减少45°、-45°方向铺层, 可以提高缝合层板的抗冲击性能和冲击后压缩强度。     

缝合复合材料层板的面内拉伸强度预报

建立了缝合复合材料层板的面内拉伸强度模型,该模型考虑了缝合线对缝合层板拉伸强度的影响,将缝合线等效为椭圆形夹杂,应用含椭圆形夹杂的杂交应力单元建立了该模型的细节应力分析方法,通过引入特征长度的概念,采用点应力准则和最大应力判据实现了缝合层板的拉伸强度预报.试验数据和预报结果吻合较好,证明了该模型的有效性.同时系统讨论缝合参数对拉伸强度的影响规律,得到了一些重要结论.     

纤维补强微晶玻璃复合材料性能设计

在 Li_2O-Al_2O_3-SiO_2和 Li_2O-MgO-CaO-Al_2O_3-SiO_2系统中,对具有不同热膨胀系数(α)的烧结微晶玻璃基体作了研究。一些微晶玻璃基体能够同补强纤维结合得很好,适用于制备成碳纤维或 SiC纤维补强微晶玻璃复合材料。当微晶玻璃基体的α调节到比加入纤维的α稍低的范围内,复合材料的抗折强度和断裂韧性可达到满意的水平,F_b 为584MPa,K_(1c)为16.5MPa·m~(1/2)。实验结果作为纤维补强微晶玻璃复合材料性能设计原则,在上述系统中得到了验证。文中对微晶玻璃这类多相复合体热膨胀系数设计的理论依据作了讨论。     

缝合参数对复合材料板面内刚度和强度影响研究

通过数值计算和对37组18个试件的实验测试与分析,研究了四种缝合参数对缝合复合材料板面内刚度和强度的影响.结果表明:1) 缝合密度越大,缝合所产生的损伤就越大,对面内刚度的影响也就越大.几种常用缝合密度下的面内刚度差最大为纵向6%,横向11%,剪切9%;2) 缝合密度和缝合工艺水平对面内拉伸强度和剪切强度有很大影响,缝合引起的拉伸强度和剪切强度降低分别达14%和17%,而对面内压缩强度的影响很小,最大强度降不到4%.3) 当缝线方向与测试方向垂直时,可以得到较高的面内刚度值和较低的面内强度值.反之,当缝线方向与测试方向平行时,可以得到较低的面内刚度值和较高的面内强度值.最大变化幅值分别为21%和18%.     

正交各向异性孔板的材料参数识别

结合优化技术和边界元分析,针对正交各向异性孔板进行了材料参数的识别.材料参数识别的问题转化为极小化目标函数的问题,其中目标函数定义为测量位移与边界元计算相应的位移之差的平方和.采用Levenberg-Marquardt方法解极小化目标函数的问题,其中灵敏度的计算是基于离散的边界元代数矩阵方程对识别材料参数的求导.数值算例中,首先把边界元计算正交各向异性圆孔方板位移的结果与解析解进行比较,两者符合良好;然后采用本文提出的方法识别正交各向异性圆孔方板的材料参数.数值算例表明本文提出的方法是有效的.     

正交各向异性复合材料孔板性能参数识别测点的最优布置

基于静态位移的测量和边界元分析,性能参数识别的问题转化为极小化目标函数的问题,其中目标函数定义为测量位移与边界元计算的位移之差的平方和。求解此优化问题采用Levenberg-Marquardt算法。通过该算法适定性的分析,提出了考虑诸多因素综合影响的优化测点布置的方法。该方法的有效性得到了数值算例的验证,算例结果表明测点布置对正交各向异性复合材料孔板性能参数识别的结果有较大的影响。提出的方法可以找出测点的最优布置,得到令人满意的识别结果。     

带栓钉波形钢板混凝土组合构件粘结滑移性能与承载力试验研究

通过11个带栓钉的波形钢板混凝土组合构件在单调荷载下的推出试验和1个自然粘结构件的对比试验,研究带栓钉波形钢板混凝土组合构件的破坏形态、裂缝模式、荷载-滑移特性、波形钢板应变分布和承载力等。结果表明：带栓钉波形钢板混凝土组合试件的破坏形态以混凝土劈裂为主。试件的荷载-滑移曲线由上升阶段、下降阶段、残余阶段三个部分组成。由于混凝土和栓钉的组合作用,波形钢板自由端存在受拉区,产生过零点现象。带栓钉波形钢板混凝土组合试件的抗剪承载力随栓钉直径、数量的增长呈线性增长,而在一定条件下,栓钉长度、钢板厚度对抗剪承载力影响不大,另外在200 mm范围内适当增大栓钉间距对抗剪承载力也有提高。基于试验结果和力的扩散原则,分别提出了考虑栓钉影响的波形钢板混凝土界面粘结滑移本构模型以及带栓钉的波形钢板混凝土推出试件的承载力计算公式,所提模型与试验结果吻合良好,承载力公式计算结果与试验结果总体相符且偏于安全。     

基于细观力学的大开孔层合板缝合补强力学性能计算的新方法基于细观力学的大开孔层合板缝合补强力学性能计算的新方法

从细观力学的角度出发,考虑了面内纤维弯曲及富树脂缺陷,建立了大开孔层合板缝合补强孔边针脚损伤的单胞模型。建立了纤维弯曲函数,推导了纤维弯曲区域的纤维体积分数及纤维弯曲角度。基于复合材料力学分析方法,计算得出了单胞的材料弹性常数。研究表明:缝合导致单胞面内纤维最大弯曲角不超过20°,单层板纵向杨氏模量减小,横向杨氏模量、剪切模量及泊松比均增大,变化幅度均在-8%~20%之间;且对于大开孔层合板缝合补强而言,针距变化引起的材料性能变化相对边距大许多。由上述计算结果,建立了一种缝合补强大开孔层合板力学性能计算的新方法,同时引入针孔模拟针脚处的应力集中现象,结果表明:缝合会造成层合板面内力学性能降低,并且对面内的压缩性能影响大于对面内拉伸性能的影响。      

孔边有加强环的轴对称球壳圆孔的应力集中

本文讨论孔边有加强环的球壳圆孔应力集中的轴对称问题。导出了径向弯矩、环向轴力、径向轴力的内力集中系数公式。文中对各种几何参数（孔洞尺寸，环梁截面尺寸，环梁与壳面的偏心距）下的内力分布作了详尽的讨论。就泊松比ν＝０，壳面作用有法向面荷载ｑ和孔边作用有线荷载ｐ的情况，分别作了径向弯矩，环向轴力，径向轴力的内力集中系数表格。对于加强环内的弯矩，也给出了计算公式和表格。这些表格可供设计单位直接应用。①②③     

受火后叠合板组合梁受力性能试验研究

为研究受火后叠合板组合梁的受力性能,分别对五个火灾后叠合板组合梁和一个常温下叠合板组合梁进行静力加载试验,研究了后浇层厚度、栓钉间距、预制底板在钢梁上翼缘的搁置长度、预制底板接缝形式、是否受火等因素对叠合板组合梁的破坏形态、承载能力和抗弯刚度的影响。结果表明:火灾后整体式叠合板组合梁的极限承载力较分离式叠合板组合梁提高9%;后浇层厚度和栓钉间距是影响火灾后整体式叠合板组合梁初始抗弯刚度的主要因素;火灾前后整体式叠合板组合梁在荷载作用下均发生受弯破坏,且破坏形态基本相同,但经历火灾高温作用后,整体式叠合板组合梁出现裂缝的时间提前,其抗弯承载力和延性均有不同程度的降低,本次试验中火灾后整体式叠合板组合梁在荷载作用下的抗弯承载力和延性较常温下分别降低23.3%和55.4%;分离式叠合板组合梁中预制底板接缝的存在,破坏了预制底板的连续性,造成试件发生粘结破坏,但在远离接缝处,叠合板的协同工作性能良好;提出火灾后叠合板组合梁剩余承载力和抗弯刚度的计算方法,该方法具有良好的精度。     

不同孔口形状对含孔复合材料板孔边应力状态影响的研究

对复合材料结构而言,孔口边界条件的建立和处理比金属材料要复杂得多。针对含不同孔形的复合材料板,根据非均质各向异性弹性理论和复变函数理论,通过保角映射方法建立精确的边界条件,解决了某些复杂孔形的边值问题。得到了含圆、矩形和六边形孔复合材料板孔边应力的解析解。并针对不同孔形在受外荷载作用的情况下的应力状态,以及它们对孔边应力集中系数的影响进行了探讨。     

圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱轴压试验研究

CFRP材料具有强度高、质量轻、耐腐蚀和耐久性好等特点,但在新建建筑中应用CFRP管混凝土柱施工复杂,成本高昂,而采用在薄壁钢管外缠绕CFRP布,用钢管作为CFRP布的施工模板,可大大简化施工过程,且能满足对柱子截面形状的要求,应用前景广阔。该文通过对圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱的轴压静力性能进行试验研究,对比并建议了圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱的轴压承载力计算方法,可供实际工程设计参考。