复合材料开孔平板剪切稳定性研究

本文对复合材料开孔平板试验件进行剪切载荷下的稳定性分析。对厚度为2mm,铺层为16层的开孔平板进行剪切稳定性试验。采用工程算法对复合材料平板的临界屈曲载荷与剪切屈曲应变进行计算，该方法考虑了铺层与边界条件的影响。通过有限元仿真软件建立剪切平板模型，计算模型的屈曲模态，并将模态作为初始缺陷引入模型，通过有限元弧长法计算复合材料平板模型的非线性屈曲载荷及屈曲应变。对于平板模型，工程算法得到的剪切屈曲载荷、屈曲应变与有限元模型计算的结果基本吻合。对于带孔平板模型，利用有限元弧长法仿真得到剪切载荷作用下的应力分布及非线性屈曲载荷，与试验结果对比较好。通过有限元结果与试验、工程算法结果对比，验证了有限元模型的可靠性。基于验证过的有限元模型进行了参数化研究，评估了不同开孔直径对复合材料平板剪切屈曲稳定性的影响。研究结果表明，开孔会导致结构剪切屈曲载荷显著下降，孔边比为0.3时，为临界屈曲载荷最优的结构模型。开孔直径越大，结构的剪切屈曲载荷越小，孔边应变逐渐增大。     

一种失效准则在面外载荷下含孔层合板的应用

开孔和面外弯曲会引起层合板局部应力过高,导致局部基体开裂、纤维断裂以及层间分层等失效模式。本文采用解析法和有限元法相结合的方法,对开孔无限大层合板的孔边应力进行研究。基于经典层合板理论和复变函数理论对复合材料平板在面外载荷作用下进行孔边应力分析,通过保角变换,解决应力函数在复杂孔形边界上的问题;引入Puck和Yamada-Sun混合强度失效准则,对层合板刚度进行迭代,研究了带孔复合材料平板孔边真实应力应变分布,并与有限元结果进行了对比,吻合较好。本文工作以期能对开孔层合板的失效预测提供指导。     

复合材料开口有限元建模方法研究

复合材料开口会引起应力集中,导致孔边应力梯度较大。在开展数值分析时,有限元网格尺寸对孔边应力计算精度影响较大。为获得高精确性的数值结果,提高计算效率,本文通过开展复合材料开口层压板在单轴和双轴两种载荷状态下孔边应力应变分析,研究在不同载荷状态、开口尺寸及铺层比例下,有限元网格尺寸与数值计算精度的关系,为复合材料开口层合板的有限元建模提供方法依据。     

含复杂孔形复合材料板孔边应力场的数值分析

孔的存在对于结构强度有相当大的影响。对于复杂孔形孔边边界条件的描述在数学上有一定的难度。边界条件建立的不够准确会给后续的计算带来很大误差。本文通过复变函数理论建立复杂孔形精确的边界条件,提高有限元建模的精度。对含机翼检修孔的正交各向异性板在外荷载作用下进行计算,得到孔边应力场的数值解。给出孔边应力分布和板的变形。     

复合材料板孔边应力场的有限元分析

根据复变函数理论引入保角变换,得到描述所研究孔形的参数方程。由此建立精确的边界条件。并在ANSYS中选择相适应的单元建立有限元计算模型,对含圆孔的复合材料板进行分析,得到了孔边应力场的数值解,给出孔边应力分布和板的变形。计算结果表明,板的变形是沿力的方向均匀伸长,且孔口形状在外力作用下由圆变成了类似椭圆的形状。在板的应力结果中,x方向应力集中现象明显,最大拉应力出现在0°和180°的地方,最大压应力出现在90°和270°的地方;y方向应力分布中,孔边有比较明显的应力集中现象,在受载过程中存在危险点;在xy方向应力分布中,孔边偏离轴心处应力集中现象比较明显。为了检验有限元计算结果的正确性,本文用解析方法对上述问题进行比较。     

RC桥墩的FRP延性加固设计方法研究

为了制定经济合理的钢筋混凝土(RC)墩柱的纤维增强复合材料(FRP)抗震延性快速加固方案,提出了基于目标位移延性系数提高指标的FRP抗震延性加固设计方法,并建立了加固墩柱宏观力学性能参数(位移、延性系数)与材料性能参数(FRP约束混凝土极限压应变、FRP配箍率、FRP有效极限抗拉强度、FRP有效极限拉应变)之间的力学计算模型。进一步应用所提出的计算模型,结合有限元数值模拟技术,得到FRP约束圆形和矩形墩柱受力性能的分析结果,并与试验结果进行对比。结果表明,提出的FRP延性加固设计方法可较正确地计算加固RC墩柱的受力性能、FRP片材配箍率或加固厚度,并验证了考虑箍筋和FRP共同约束作用的Seible FRP约束混凝土极限压应变计算模型的合理性。     

FRP的力学性能研究及其在桥梁结构设计中的应用

在简述了我国基础设施建设发展现状的基础上,介绍了基于FRP加固技术的桥梁开裂破坏的主要解决方案,分析了国内外有限元法在玻璃纤维复合材料(FRP)加固桥梁受力和变形中的应用。以公路桥涵中较为常用的空心板结构为例,设计了FRP板材的加固方式和主要参数,提出了有限元软件在空心板力学性能分析的预处理过程,对比了FRP板材加固前后空心板力学性能的变化,分析了FRP材料的弹性模量和板材厚度对空心板力学性能的影响。     

钢筋混凝土矩形空心墩柱的FRP约束效应研究

为了正确评价纤维增强复合材料(FRP)约束效应对钢筋混凝土(RC)空心墩柱受力性能的影响,首先采用有限元数值模拟方法,对FRP类型、厚度、幅宽和间距参数影响下约束RC矩形空心柱的轴压荷载、约束混凝土压应变、箍筋和FRP拉应变的变化规律进行研究。基于模拟结果,提出一种考虑FRP布环箍和箍筋共同约束效应的侧向约束压力计算公式,进而建立FRP约束混凝土压应力-应变模型。进一步应用提出的FRP约束混凝土模型评价FRP加固矩形空心桥墩的受力性能,并与试验结果对比,两者吻合较好。     

钢板-GFRP组合桥面板受弯性能试验与理论分析

基于玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer,简称"GFRP")具有轻质高强、耐腐蚀等优点,提出一种新型组合桥面板,即在钢板表面粘贴GFRP板,作为正交异性钢桥面板的防水和防腐蚀层,兼有增强钢板刚度的作用。在对组成材料材性测试的基础上,对组合桥面板试件在正弯矩和负弯矩作用下进行四点弯曲试验,测出各试件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线;通过换算截面理论推导出钢板-GFRP组合桥面板的刚度、跨中挠度和应力计算公式,并与试验值对比;在四种铺装模型下运用有限元软件分别对正交异性钢板进位移和应力分析。研究结果表明:钢板表面粘贴GFRP板可以有效提高钢板的屈服承载能力和刚度,降低钢板表面应力和开裂风险;钢板-GFRP组合桥面板弯曲性能的理论计算值与试验值吻合性较好。     

约束钢筋混凝土矩形空心墩的FRP布拉应变试验研究

为了确定影响约束钢筋混凝土(RC)空心墩的纤维增强复合材料(FRP)有效拉应变的参数,建立其正确的计算模型,对10个FRP约束RC矩形空心墩进行了恒轴压、水平单向反复荷载作用下的拟静力试验。分析了不同约束试验空心墩的FRP拉应变实测值,结果表明:影响FRP布拉应变的参数包括约束区损伤位置、FRP类型和配箍率、剪跨比和约束墩的破坏模式。与不同FRP有效拉应变计算值进行对比,验证了弯曲破坏下约束矩形空心墩的FRP实测值与剥离破坏下FRP应变计算结果较接近,而与环向包裹粘贴或FRP拉断破坏模式下的FRP计算值相差较大。     

变角度牵引铺缝复合材料开孔拉伸性能研究

对碳纤维TFP预制件增强复合材料的开孔拉伸强度进行了研究,对比了TFP预制件和平纹机织物两种不同增强形式对层压板开孔拉伸强度的影响.利用有限元软件Abaqus实体建模,分析两种开孔层压板在承受拉伸载荷条件下的应变分布.结果表明:TFP碳纤维预制件相对于平纹机织物,孔边的最大应变减小62.8％,有效缓解了孔边的应力集中;...     

FRP型材拼装箱梁的受力性能研究

FRP型材拼装箱梁是由FRP拉挤型材空心板通过三向连接件、骨状挂钩等销接构件拼装而成的箱梁,具有重量轻、耐腐蚀性能好、施工速度快等突出优点,适用于小跨径公路桥及人行桥.本文采用层合材料壳体单元建立了FRP型材拼装箱梁的有限元模型,对单调静力荷载下箱梁的变形和应力等受力性能进行了研究,并与试验结果进行了对比.在此基础上,开展了11片箱梁的有限元参数分析,重点考察了FRP纤维铺层、箱梁顶、底板宽度以及型材板高度等因素对箱梁跨中挠度和应力的影响.研究表明,FRP型材拼装箱的截面尺寸主要由刚度控制,箱梁具有较大的强度储备;箱梁的顶、底板宽度、型材板壁厚和纵隔板、壁板高度等因素对箱梁的刚度或应力的影响较大,而纤维铺层对箱梁结构刚度的影响较小.     

拉挤成型GFRP桥面中间管组力学等效研究

对于新型GFRP组合梁桥结构,其设计主要由刚度控制。借鉴传统弹性等效原理,将材料和结构两个层次上均为正交异性的GFRP组合桥面等效为工程上通用的正交异性板,从而达到利用已有成熟计算方法进行计算的目的。本文对拉挤成型GFRP桥面系统中间纤维管组的弹性等效进行了分析,建立了将拉挤成型GFRP桥面中间管组等效为几何尺寸完全相同的正交各向异性板的等效模式,并通过有限元计算对提出的等效方法进行验证。结果表明,本文所述方法对拉挤成型GFRP组合桥面系统的中间管组进行等效是有效可靠的。     

板翅式换热器夹层结构等效模型研究及数值分析

依据薄板小挠度弯曲变形理论和正交各向异性夹层板弯曲变形理论,对板翅式换热器这种特定的金属夹层结构进行等效模型研究,通过建立有限元等效模型的方法研究板翅式换热器的力学参数。使用有限元前处理软件Patran对换热器夹层结构进行几何简化并独立成具有代表性的胞元,在多种边界条件下,提取胞元的应变分量和弯曲内力。结合夹层板应力与应变的本构关系计算刚度矩阵,从而求出宏观等效弹性常数。通过该方法可以将板翅式换热器夹层板等效成连续材料的单层板单元,最后将等效计算模型的力学参数用于板翅式换热器的模态分析,并与模态实验分析结果进行对比,验证等效分析方法的合理性和有效性。     

FRP板橡胶支座与钢板橡胶支座压缩性能数值模拟比较分析

FRP橡胶支座是采用纤维复合材料板(FRP)代替传统橡胶支座中的层叠钢板,除了可满足支座的受力要求外,还具有重量轻、造价低、易于制作和剪裁等优点,是近年来逐渐得到应用的一种新型橡胶隔震支座。为进一步了解FRP橡胶支座在竖向荷载作用下的力学性能,本文采用ANSYS有限元分析软件,对FRP橡胶支座和层叠钢板橡胶支座进行了竖向力作用下的数值模拟,分析讨论了竖向压力作用下FRP板面应力分布情况,支座变形情况和竖向力之间的关系,并和传统钢板夹层橡胶支座对比分析。计算所得应力情况和支座的刚度分析结果表明,使用FRP板替代钢板的隔震支座,在受力性能方面是有效和可靠的。     

基于ANSYS的DLB1800×10000平板硫化机框架有限元分析

利用ANSYS软件进行建立DLB1800×10000平板硫化机框架有限元模型,对框板进行有限元应力分析,并对比传统的框板强度计算方法与有限元分析方法,为此类机械产品的计算分析提供了一种可行的解决方案。     

仿真设计在FRP特种航空集装箱研制中的应用

运用有限元分析(FEA)方法对特种航空集装箱以FRP为主的底板、顶板、侧板及端板进行仿真优化设计，预先评价各板强度，分析其变形情况。     

平板硫化机锁模板有限元分析及结构改进

对橡胶平板硫化机锁模板进行有限元分析,建模过程中考虑硫化机立柱的影响,在锁模板的立柱孔位置保留一部分立柱,使应力和应变分布更符合实际,并据此对锁模板进行了改进。改进后锁模板有限元计算的应力分布与实际测量结果符合良好。与原设计相比,改进后锁模板质量减小,生产成本降低。     

预应力FRP筋混凝土梁的非线性有限元分析

FRP作为一种新型高性能的结构材料,具有轻质、高强和抗腐蚀等特点,在土木工程中是一种具有发展前景的新型预应力筋用材.本文详细介绍了有限元软件ANSYS对预应力FRP筋混凝土梁的建模过程,并且将分析结果与体内有粘结和体内无粘结预应力FRP筋混凝土试验梁的试验结果进行了比较,验证了模型的可靠性.     

多因素影响下FRP约束混凝土柱FRP有效极限拉应变研究进展

FRP侧向约束作用使混凝土柱处于三向受压状态,可提高混凝土柱的抗压强度和延性。FRP有效极限拉应变是确定FRP侧向约束力的关键参数,对FRP约束混凝土轴压峰值应力和峰值应变计算模型、应力-应变模型的建立至关重要,其影响因素众多。目前国内外研究者在FRP有效极限拉应变取值方面取得了一些有价值的研究成果,但得到的FRP有效应变系数离散性较大,考虑的影响因素不全面。基于现有研究成果,对FRP有效极限拉应变的影响因素进行了系统分析,指出了当前FRP有效极限拉应变研究存在的不足和未来需深入研究的方向。