具有大倾斜角的纤维桥联分析

将基体作为纤维在垂直和水平方向的弹性支承,考虑基体剥落与纤维拉出的完全耦合,基于基体的支承刚度和破坏条件,利用杆件非线性弯曲模型和有限元法,分析了具有大倾斜角的层间短纤维的桥联力与层间裂纹张开位移的关系·数值算例表明,桥联纤维的弯曲变形是局部的,主要是拉伸,在基体剥落与纤维拉出的影响下,韧性较好的芳纶短纤维桥联张开位移较大,可以在桥联中产生较大的能量耗散和增韧作用     

层间短纤维的Ⅱ型纤维桥联分析

对于层间加入增韧短纤维的连续纤维增强树脂层板的Ⅱ型层间增韧问题,考虑层间短纤维杂乱分布和几乎与层间裂纹平行的特点,基于基体剥落与纤维拉出耦合,考虑非桥联短纤维对剥离的干扰作用,建立了层间短纤维在Ⅱ型层间裂纹情况下的桥联模型.通过对不同角度桥联纤维拔出过程的分析,得到了桥联力与位移的关系.数值分析表明,除了角度接近90°的纤维外,拉出之前位移均很小,桥联力迅速增加,拉出过程中桥联力下降,位移大幅度增加,能量耗散主要发生在拉出阶段.随角度的增加,桥联力和能量耗散迅速减小.     

短纤维夹层对Ⅰ型层间断裂韧性的影响

考虑短纤维在层间杂乱分布特点,基于基体剥落和纤维拉出耦合,建立了层间短纤维夹层的桥联增韧模型和解法,用于分层韧度增量ΔGIC的预报,讨论了短纤维长度和模量的影响.计算结果表明,当碳纤维/树脂层板在层间加入少量的Kevlar短纤维时,层间裂纹张开位移导致短纤维从基体中剥离,在纤维中引起的张力产生桥联力并使纤维拉出,在纤维间相互干扰下,拉出过程中产生的能量耗散使层间断裂韧性明显提高.算例表明,中等界面摩擦、较长的纤维长度和较高的模量有利于提高ΔGIC.计算结果与Sohn和Hu的实验比较表明,建议的模型是合理有效的.     

短纤维夹层对Ⅰ型层间断裂韧性的影响

考虑短纤维在层间杂乱分布特点,基于基体剥落和纤维拉出耦合,建立了层间短纤维夹层的桥联增韧模型和解法,用于分层韧度增量ΔGIC的预报,讨论了短纤维长度和模量的影响·计算结果表明,当碳纤维/树脂层板在层间加入少量的Kevlar短纤维时,层间裂纹张开位移导致短纤维从基体中剥离,在纤维中引起的张力产生桥联力并使纤维拉出,在纤维间相互干扰下,拉出过程中产生的能量耗散使层间断裂韧性明显提高·算例表明,中等界面摩擦、较长的纤维长度和较高的模量有利于提高ΔGIC·计算结果与Sohn和Hu的实验比较表明,建议的模型是合理有效的·     

待发表文章摘要预报

短纤维夹层对Ⅰ型层间断裂韧性的影响李英梅 ,刘　军 ,黄宝宗考虑短纤维在层间杂乱分布特点 ,基于基体剥落和纤维拉出耦合 ,建立了层间短纤维夹层的桥联增韧模型 ,用于分层韧度增量ΔＧＩＣ的预报 ,讨论了短纤维长度和模量的影响·计算结果表明 ,当碳纤维 /树脂层板在层间加入少量的Ｋｅｖｌａｒ短纤维时 ,层间裂纹张开位移导致短纤维从基体中剥离 ,在纤维中引起的张力产生桥联力并使纤维拉出 ,在纤维间相互干扰下 ,拉出过程中产生的能量耗散使层间断裂韧性明显提高·算例指出 ,中等界面摩擦、较长的纤维长度和较高的模量有利于提高ΔＧＩＣ…     

海岛地区海水混浆短纤维加筋水泥土的试验特性研究

沿海滩涂围垦区软土常通过纤维加筋水泥土进行固化后加以利用。由于海岛地区缺乏淡水,采用海水作为加筋水泥土的水源具有广泛应用前景。通过实验研究和数值模拟方法揭示了纤维加筋机理。首先基于单纤维拉拔试验,获得了不同龄期下和不同纤维埋置长度下纤维拉拔力与位移关系曲线,表明不同纤维埋置长度下单纤维最大拉拔力随龄期的发展逐渐增加,纤维越长,最大拉拔力越大,但超过10 mm时拉拔力增长幅度减低,说明纤维加筋长度存在一个合理长度;然后建立了单纤维与水泥土基体相互作用的三维有限元模型,完成了不同接触条件下单纤维拉拔数值模拟,并与试验结果进行了对比,研究表明粘性界面接触条件对单纤维与水泥土基体相互作用特性有重要影响。     

伴随纤维断裂的界面分离能的研究

考虑到Poisson效应和分离界面上摩擦应力的作用，建立了伴随纤维断裂时分离界面摩擦滑移的弹性应力传递模型，分别获得了纤维和基体界面分离和结合区域内的弹性应力解.基于能量平衡，推导出纤维断裂后界面分离需要克服的界面分离能的表达式.就SiC纤维增强复合材料对影响界面分离能的多种因素作参数化的数值计算，且结果和shear-lag结果作比较.结果表明，Poisson效应、剪切效应和摩擦应力能增大界面分离能值，抑制界面分离；而纤维断裂减小了界面分离能值，加速了界面分离.     

链状纤维增强热塑性聚合物复合材料的界面特性研究

设计制备了一种呈链条链节规则分布的“链状”异形聚酰胺纤维,以聚丙烯为基体,通过单丝拔出实验来研究链状异形纤维的形态对纤维与基体界面性能的影响。与普通的平直纤维相比,埋入不同长度链状纤维的试样的单丝拔出过程出现了一些有趣的现象,其应力-位移曲线上出现了多个峰,而且峰的数目与所埋入纤维的链节数目相对应。通过对单丝拔出实验和拔出功的比较,初步证明了链状纤维可以同时提高弱界面结合的纤维增强树脂基复合材料的强度和韧性。     

22MnB5硼钢裸板热成形中的高温摩擦

采用自制高温摩擦试验机模拟实际热冲压工艺条件下22MnB5裸板的高温摩擦过程,分析初始摩擦温度、滑动速度和法向载荷对其摩擦行为的影响.结果表明:转移过程中试样表面形成氧化层,摩擦时氧化层起到保护和润滑作用,初始摩擦温度对裸板摩擦系数的影响不大;在较低的摩擦速度下,试样表面的氧化物形成厚度不均匀的小堆积块,试样表面凹凸不平并且无法良好支撑摩擦界面,摩擦系数增大;法向载荷较大时,试样表面氧化物被大量剥落,金属基体暴露,摩擦系数增大.     

聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料单纤维拔出细观机理研究

目的 探索聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)高韧性、应变硬化宏观力学行为的细观机理,为其材料特性设计奠定理论基础。方法 基于黏聚力单元和非线性弹簧连接器,建立单PVA纤维/水泥基体的ABAQUS有限元模型,对单PVA纤维拔出水泥基体的全过程进行数值模拟分析。结果 PVA-ECC单纤维拉拔力-拉拔位移曲线可细分为线弹性阶段、连续脱黏阶段、整体滑移阶段、机械咬合硬化阶段和纤维磨损断裂阶段;纤维与水泥基体之间的传力机制包括剪滞切应力和机械咬合力;随着拉拔力的增加,机械咬合力逐渐成为主要传力机制。结论 水泥基体与纤维之间的机械咬合作用以及纤维表面的磨损是导致纤维断裂的根本原因,通过对纤维表面进行适当处理,可以降低水泥基体在机械咬合硬化阶段对纤维表面的磨损,使纤维断裂模式转变为纤维拔出模式,以更好地控制水泥基体的微裂纹失稳扩展,从而进一步提高PVA-ECC的韧性。     

单纤维抽拔理论模型和实验验证

单纤维抽拔的分析模型有两种:基质完全包埋纤维和基质呈点状粘结纤维。针对后者研究的不足,提出了多粘结点的抽拔模型。纤维从多个粘结点中的抽拔力并不是所有粘结点单个作用时抽拔力的加和;纤维上粘结点的增加,抽拔力将增加,但存在一个增长极限,过量的粘结点对抽拔力并没有贡献;由于纤维只具有有限的强力,存在一个临界粘结点数,该值主要与粘结点的粘结长度有关。     

冲击载荷作用下层间短纤维增韧研究

采用基于全量Lagrangian理论的非线性有限元方法研究了冲击载荷作用下含层间短纤维的复合材料层板的分层扩展问题.通过Newmark方法求解动力学方程,以能量释放率作为裂纹扩展准则.用节点双编号和节点分离技术模拟裂纹扩展,用双向弹簧单元模拟层间短纤维作用.通过改变弹簧刚度修正短纤维桥联力,在裂纹表面和冲击接触区设置接触单元,并以罚函数法计算接触力,分析了层间短纤维的桥联作用对裂尖应力场和能量释放率的影响.结果表明:层间短纤维的桥联作用有效地降低了层间应力集中程度和裂尖能量释放率,增韧效果明显.     

混掺高延性纤维混凝土组合十字形短柱抗震性能研究

为改善钢筋混凝土十字形短柱的抗震性能,将高延性纤维混凝土用于十字形短柱底部。通过对混掺高延性纤维混凝土组合十字形短柱（R/ECC）和普通钢筋混凝土十字形对比柱（RC）进行拟静力试验,分析其裂缝开展模式、破坏形态、滞回性能、延性、耗能能力和刚度退化等,研究混掺高延性纤维混凝土对十字形短柱抗震性能的提升作用。结果表明,在十字形短柱底部采用混掺高延性纤维混凝土,可有效控制裂缝的开展,减小裂缝宽度,改善柱底混凝土的压溃剥落状态;短柱的延性和耗能能力明显提高,刚度退化缓慢,承载力有一定提高。相比RC柱,R/ECC柱位移延性系数、峰值点和极限点时累积滞回耗能分别提高7.3%、225.5%和44.6%,受剪承载力提高9.5%。     

单纤维拔出试验表征硼纤维/环氧界面剪切强度研究

设计了一种单根硼纤维拔出试样制备方法,并测试了不同树脂基体的硼纤维/环氧复合材料的界面剪切强度;研究了单根硼纤维拔出界面破坏过程.结果表明:单根硼纤维拔出过程中,首先在纤维包埋起始部位和包埋端部产生裂纹,最后包埋中间部位的树脂基体破坏.摩擦力承担着较大的纤维拔出载荷;加入15%的液体丁腈橡胶硼纤维/环氧复合材料的界面剪切强度为33.69 MPa.     

小跨高比钢纤维高强混凝土连梁延性和耗能研究

基于9根小跨高比(l/h≤2.5)钢纤维高强混凝土连梁和4根高强混凝土对比连梁试验,考察了跨高比、钢纤维体积掺率和配箍率对高强混凝土连梁位移延性和耗能能力的影响.结果表明:随着跨高比、钢纤维体积掺率和配箍率的增大,连梁的位移延性和耗能性能得到明显改善.当配箍率提高到一定程度后,由于剪压区混凝土破碎引起剪切滑移坡坏,箍筋不能完全发挥作用,配箍率对连梁的延性和耗能能力的影响不再明显.而在按非抗震要求配置箍筋的高强混凝土连梁中掺入ρf=1.0%的钢纤维,可使连梁达到与按抗震要求配置箍筋的连梁相当的位移延性系数,而当ρf=1.5%时,试件发生了弯曲破坏,从根本上改变了小跨高比高强混凝土连梁破坏的脆性性质.     

定向井有杆抽油系统井下耗能分析

针对现有抽油系统井下能耗计算公式难以确定杆液、杆管间摩擦耗能的缺陷,提出一种比较精确的分析方法。首先,对杆管间库仑摩擦力以及杆柱各节点的弹性运动速度进行了计算;其次,对抽油系统中库仑摩擦力、粘滞阻尼力以及盘根盒摩擦力在一个抽油周期内的耗能进行了分析,并根据悬点功图计算出一个抽汲周期内井下输入功,进而对井下效率进行了计算;最后给出了计算实例。计算结果表明,杆柱弹性运动速度引起的粘滞阻尼力耗能不能忽略。     

碳纤维水泥基复合材料导电机理的探讨

通过研究水泥基体的导电性能和不同纤维掺量、外力作用下及掺入骨料后的碳纤维水泥基复合材料的导电性能,探讨碳纤维水泥基复合材料的导电机理.研究表明,水泥基体的电阻随水化时间显著增加,其导电机理是强电解质溶液的离子导电;碳纤维水泥基复合材料的电阻率随纤维掺量增加而显著降低,其电导由接触导电、隧道导电和离子导电3种机制共同决定;碳纤维水泥基复合材料在压力作用下,电阻率因界面接触的改善和纤维搭接概率的增加而降低,在拉力作用下,电阻率因纤维的拔出、折断而提高;骨料的引入增加了复合材料的电阻,这是由于骨料增加了纤维分散的难度和折断的概率,同时阻碍了纤维的搭接并提高了隧道势垒.