复合板材双剪切试验方法与装置

针对复合板材在工程应用中的力学性能分析需求,为测量其平行于试件面板方向的剪切破坏荷载,以能够较准确表征复合板材双剪状态下的应力分布情况,研究了复合板材双剪切试验方法,设计了双剪切试验装置,并对不同芯材和不同厚度的结构保温板进行了双剪切试验,分析了其破坏形态和剪切力学性能。研究结果表明:各试件双剪切破坏面形态合理,应力-应变曲线数据稳定;EPS(聚苯乙烯泡沫)芯材试件抗剪破坏形式为脆性破坏,而岩棉芯材试件受剪开裂后,抗剪强度不会立即丧失,而是逐渐降低;随着试件芯材厚度的增加,EPS芯材试件应力峰值和应变随之减小,两者变化均为非线性,而岩棉芯材试件应力峰值随之减小,应变则无明显相关关系。该方法与装置为进一步研究复合板材的力学性能提供了试验方法。     

SIPs中EPS芯材的力学性能试验

通过对以定向刨花板(OSB)为面板、模塑聚苯乙烯泡沫(EPS)为芯材的不同厚度的结构保温板(Structural Insulated Panels,SIPs)进行抗拉、抗压和双剪切力学试验,得到SIPs中不同厚度EPS芯材的抗拉、抗压和抗剪强度,应力应变曲线和弹性模量。得到以下结论：厚度对SIPs中EPS芯材的抗拉强度影响不显著,厚度的增加对抗压强度有一定加强作用,对抗剪强度有一定减弱作用,不同厚度试件在双剪切破坏时所受弯矩基本相同。     

芯材厚度及胞孔结构对闭孔泡沫铝三明治梁弯曲性能的影响

采用三点弯曲加载方式对闭孔泡沫铝和铝板胶合成的三明治梁力学性能进行了实验研究.通过实验分析不同的芯材厚度、弯曲加载跨距以及胞孔形状对三明治梁极限承载力以及结构失效模式的影响.结果表明:三明治梁的抗弯极限承载能力随着芯材厚度的增加而增加;结构的失效模式与加载跨距及芯材的厚度有关,失效模式主要有压痕、芯材与面板断裂、面板皱褶及脱黏等形式;规则形状的胞孔芯材与不规则形状的胞孔芯材构成的同样尺寸的三明治梁相比:前者的极限承载力更大,能量吸收能力更高.     

硅酸钙板-纤维增强泡沫混凝土复合墙板的受压性能

以硅酸钙板为面板、纤维增强泡沫混凝土为芯材制备了泡沫混凝土复合墙板,研究了聚丙烯纤维掺量和泡沫混凝土容重对复合墙板受压性能的影响;并通过对受压应力应变曲线回归分析,获得了应力应变曲线方程.结果表明:随芯材中纤维掺量的增大(0~2 kg/m~3),复合墙板受压破坏时芯材的裂缝减少,抗压强度提升了76.08%,受压韧性指数提高了30.03%;随芯材容重的增大(400~600 kg/m~3),复合墙板受压破坏时逐渐从单一破坏转变为整体破坏,抗压强度大幅提高,受压韧性指数增幅较小;复合墙板受压应力应变曲线可分为弹性应变、应力硬化、应变软化和破坏4个阶段,峰值应变随纤维掺量的增加而增加,芯材容重对峰值应变的影响较小;复合墙板在受压条件下会出现界面裂缝和分层现象.     

整体中空夹层复合材料剪切强度分析

为研究整体中空夹层复合材料的层间剪切性能,根据材料的芯材几何结构,建立双菱形剪切力学模型,分析了经纬向剪切工况下芯材根部应力状态.采用最大应力理论推导出材料的剪切强度计算式,并预测了相应的失效模式,试验测试结果证实了理论模型的准确性.在此基础上,根据经纬向剪切强度理论计算式,进一步研究了材料织造参数对剪切强度的影响规律.结果表明:整体中空夹层复合材料的经纬向剪切强度随芯材高度的增加而降低,但随绒经纱号数或绒经密度的增加而显著提高;经向剪切强度不随芯材倾角变化而变化,而纬向剪切强度随芯材倾角的增大而增加.     

芯棒参数对超薄壁管数控绕弯成形质量的影响

为提高超薄壁管材的弯曲成形质量,研究了芯球个数、芯球厚度和芯棒支撑角度等芯棒参数对壁厚变化和椭圆度的影响。设计了3种芯球厚度和7种芯球个数,组合得到21种不同的芯棒支撑角度方案,建立了超薄壁不锈钢管材数控绕弯成型有限元分析模型进行仿真计算,并进行了试验验证。结果表明:芯球个数对壁厚减薄的均匀性有一定的影响,芯球个数相同时,芯球厚度越小,最大壁厚减薄率也越小,最大壁厚减薄率随着芯棒支撑角度的增大而变大;随着芯球个数、芯球厚度或芯棒支撑角度的增加或变大,椭圆度都有减小的趋势;同时总结出超薄壁不锈钢管材的合理的芯棒支撑角度范围为θ/3～θ/2。此项研究对指导芯棒参数设计、提高超薄壁管材的成形质量具有重要意义。     

基于Patran/Nastran的大功率风电叶片隔板设计

采用有限元软件MSC Patran/Nastran对某大功率叶片隔板进行了结构分析,计算了3种工况下隔板的受力及变形情况,结果表明,当载荷施加在两隔板之间时位移达到最大6.86mm,隔板芯材应力达到最大0.431MPa;当载荷施加在单个加强筋上时,玻璃纤维达到最大应力19MPa。隔板位移、芯材应力及玻璃纤维应力均达到设计要求,计算结果为隔板的生产和使用提供了依据。     

防屈曲支撑内核单元特性分析与设计理论研究

根据芯材多波屈曲理论并基于边缘屈服准则,考虑芯材初弯曲以及外包钢刚度,通过理论推导出防屈曲支撑间隙值以及边缘屈服极限应力通用计算公式,分别针对"十字型"和"一字型"芯材截面,针对初弯曲大小、屈曲半波数、芯材长度、芯材宽度和芯材厚度进行影响性分析.根据边缘屈服极限应力增加值推导出屈曲半波数估计值并利用约束比概念提出新的外包钢最小约束刚度.结果表明,文章提出的防屈曲支撑设计公式可以合理解释实验和有限元模拟结果,为防屈曲支撑的设计提供理论依据.     

风电叶片轻木芯材含水率超标处理方法研究

轻木芯材是风力发电叶片结构的主要原材料之一,轻木芯材的质量严重影响着叶片的综合性能与寿命,而近年来,随着风力发电抢装潮的到来,风机上游原材料需求显著提高,尤其2020年以来叶片所用轻木芯材供应不足,且国内的轻木芯材严重依赖进口.由于轻木储藏、运输和环境因素等导致芯材含水率≥12％而超标,严重影响了叶片的成型质量,甚至造...     

纤维增强复合材料U型夹层板的弯曲性能

通过泡桐木芯材和纤维增强复合材料(FRP)面板厚度不同的9组复合材料U型夹层板构件的3点弯曲性能试验,分析该类型组合板的弯曲性能、变形性能和破坏模式。研究表明:在截面高度、宽度、翼缘板与腹板夹角相同的情况下,随着芯材厚度和FRP面板厚度的增加,复合材料U型夹层板的抗弯、抗剪能力相应提高。将试验得到的变形值与Timoshenko梁方程计算值对比,发现在弹性范围内U型夹层板弯曲变形值与计算值较为吻合。     

新型竹—木—GFRP夹层梁的受弯性能试验

为研究竹—木—GFRP夹层梁的受弯性能,设计以泡桐木作为芯材,竹、GFRP作为面层的夹层梁试件,对夹层梁试件进行了等芯材厚度和等梁高两组四点弯静载试验,得出各试件的破坏现象、破坏荷载并绘制荷载—位移曲线。研究结果表明:竹材部分替代GFRP作为面层的一部分,可降低成本,防止加载点处局部破坏;设置泡桐木纤维沿梁长度方向有利于提高夹层梁的受弯性能;芯材厚度不变的情况下,竹材加固夹层梁有极高的性价比,而使用GFRP面层则能显著提高夹层梁的弯曲刚度;梁高不变的情况下,夹层梁的弯曲刚度、极限荷载分别随竹材与GFRP厚度的增加而增大。竹—木—GFRP夹层梁跨中截面应变分布基本满足平截面假定。换算截面法可作为竹—木—GFRP夹层梁应力计算依据,使用考虑剪切变形的铁木辛柯梁理论计算竹—木—GFRP夹层梁的跨中挠度有着不错的精度。     

风电叶片用芯材PET的性能研究

为对风电叶片用泡沫芯材PET的性能进行研究,根据行业标准,对国内外PET芯材的表观形貌和力学性能进行对比,测试和分析了2种PET的主要力学性能。结果显示,国外PET和国产PET的各项性能存在差异,2种PET的力学性能均能够满足叶片的设计要求,同时,与常规泡沫PVC相比,PET吸胶量较低,有利于降低树脂的用量,因而有利于大型叶片降本增效。     

风力发电叶片壳体芯材轮廓绘制方法研究

风力发电叶片结构主要为玻璃钢夹芯结构,夹芯主要为Balsa木、PVC、PET等填充材料,这些填充材料在叶片结构上分布面积很大,随着叶片越做越长,型线变化越来越复杂,对填充材料轮廓尺寸的精度要求也越来越高。对风力发电叶片壳体芯材轮廓尺寸的绘制方法进行了研究。     

泡沫铝夹芯板抗侵彻性能的数值研究

应用LS-DYNA 3D有限元软件数值研究了固支泡沫铝夹芯方板的抗侵彻性能。分析了面板厚度、芯层厚度、芯层相对密度及不同子弹形状对夹芯板抗侵彻性能的影响,以及不同撞击速度下夹芯板各组成部分的能量耗散机制。研究结果表明,增加面板厚度、芯层厚度或芯层密度均能有效提高夹芯板的抗侵彻能力;泡沫铝夹芯板抵抗锥形弹侵彻的能力最弱;在研究范围内面板吸收了绝大多数冲击能。研究结果对泡沫金属夹芯结构的工程应用有一定的参考价值。     

芯材拼接对天线罩夹芯板力学性能的影响

为考查芯材拼接对舰船复合材料天线罩夹芯板力学性能的影响,设计系列试验对比研究芯材拼接对夹芯板的极限承载能力、复杂稳定性和破坏模型的影响.结果发现:芯材拼接主要影响结构的破坏模式和破坏载荷;极限承载试验中芯材拼接易诱发分层破坏,进而导致蒙皮拉伸断裂,且使承载极限降低11.5%;复杂稳定性试验的主要破坏模式为贯穿型和局部型蒙皮压缩破坏,芯材拼接对破坏模式的影响表现为破坏位置的差异,且复杂屈曲载荷降低28.6%;工艺的复杂化使夹芯板力学性能的离散性升高.     

纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体轴压力学模型及复合吸能机制

为了从结构力学角度揭示纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体在轴向压缩载荷作用下的复合吸能机制,建立了该结构的轴压力学模型,在考虑静力学平衡条件以及表层和芯材间位移协调条件的基础上,建立了表层侧向约束应力和芯材轴向压缩变形间的关系,重点分析侧向约束应力对结构损伤吸能机制的影响,探讨了表层和芯材设计参数间的影响规律.进一步开展的试验研究和破坏模式分析结果表明,该力学模型有效揭示了纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体的复合吸能机制,指导了该结构的参数化设计.      

锯切参数对圆锯片动态稳定性的影响及优化

利用有限元法和正交试验法相结合研究圆锯片在夹紧比、回转速度、锯片的厚度不同水平下的固有频率和应力状态,以此来研究锯片的动态稳定性.结果表明夹紧比增加可以提高锯片的固有频率,降低锯片的径向最大应力和切向最大应力;锯片基体厚度的增加也可以提高锯片的固有频率,而对锯片的应力影响不大;回转速度增加对锯片的固有频率影响不大,却可以大幅度地提高径向最大应力和切向最大应力.综合切削因素得到锯片的最优锯切参数为：夹紧比0.4,回转速度228rad/s,基体厚度2.2mm,节块厚度2.8mm.     

钎焊后自然时效对3003/6xxx/3003复合铝合金性能和组织的影响

以6xxx系铝合金为芯材,3003铝合金为两侧皮材,经熔炼、铸造、复合、热轧、冷轧及成品退火制备了厚度为1.5 mm的3层复合铝合金。在600 ℃下模拟钎焊,经空冷后进行1、5、10、15、20、25、30 d的自然时效。结果显示：复合铝合金的强度、维氏硬度在自然时效初期快速增加,20 d后上升缓慢,30 d时抗拉强度、屈服强度、芯材维氏硬度达到最大,分别为242.3 MPa、122.9 MPa、84.0;芯材晶粒尺寸钎焊后较钎焊前略微长大,经不同自然时效时间的芯材晶粒平均尺寸大小相当,表明自然时效不改变芯材晶粒的大小;钎焊后以及经自然时效之后芯材中标识出的第二相为不规则的AlFeSiMnCu相。     

微胶囊陈皮软糖的制备和工艺研究微胶囊陈皮软糖的制备和工艺研究

研究了柑橘精油微胶囊化及陈皮软糖的制备,通过显微镜、流变仪、粒度仪等检测柑橘精油的胶囊化效果.选择不同壁材浓度、芯材与壁材比、进风温度对喷雾干燥的柑橘精油微胶囊化的生产工艺进行研究.结果表明,采用质量分数为25%的改性淀粉乳状液,芯材与壁材比为1∶1.5,进风温度为150℃,出口温度为75℃,所得柑橘精油微胶囊效果较好.按配方制备的陈皮软糖口味纯正,贮藏稳定性好.     

泡沫铝-环氧树脂复合夹芯梁动态三点弯曲试验研究

通过三点弯曲冲击试验测试了泡沫铝-环氧树脂复合夹芯梁的动态力学性能,研究了这种复合夹芯梁的破坏形态、荷载-时间曲线和能量-时间曲线。分析了不同冲击速度和芯层厚度对冲击荷载和吸能量的影响,与传统蒙皮夹芯梁和纯泡沫铝梁进行了比较。结果表明,在试验设定的参数范围内,这种复合夹芯梁表现了较好的整体性。冲击速度和芯层厚度对其动态力学性能有明显的影响,随着冲击速度的增加,夹芯梁的冲击承载力逐渐增加,但冲击速度较大时复合夹芯梁会表现出一定脆性破坏,导致吸能能力降低。随着夹芯梁芯层厚度的增加,冲击承载力与吸能能力逐渐增加。与传统夹芯板和纯泡沫铝梁相比,其冲击承载力和吸能能力明显提高,说明这种泡沫铝-环氧树脂复合夹芯梁具有良好的动态力学性能。