胶层厚度对胶连接接头承载力的影响机理与控制

为了明晰胶层厚度对胶连接接头承载力的影响机理,采用试验、数值模拟和理论分析相结合的方法研究了胶连接接头承载力与胶层厚度的关系,据此提出了控制技术,并通过试验证明了该技术的有效性。试验发现,随着胶层厚度的增加,初期承载力增加,但是进一步增加胶层厚度,接头破坏模式由剪切破坏变为剥离破坏,承载力明显下降。研究表明,当胶层较薄时,剪应力是接头破坏的控制因素,胶层厚度增加会降低剪应力集中,故承载力提高;而当胶层厚度增加到一定程度时,剥离应力成为接头破坏的控制因素,剥离应力明显增加,故承载力下降。     

表面处理对胶粘剂/金属界面疲劳性能的影响

对碳钢表面分别进行硅烷和磷化处理,然后用环氧树脂胶粘剂粘接. 研究了不同表面处理的胶接接头力学性能,分析了金属表面处理方法对胶粘剂/金属界面疲劳性能的影响. 在胶接接头施加疲劳载荷,测量了胶接接头疲劳前后的强度-位移曲线. 对比疲劳前后界面剪切强度的变化,采用断裂力学理论分析了界面裂纹扩展过程. 结果表明:表面经硅烷处理后,界面粘接强度最大,耐疲劳性能最好. 胶接接头的失效通常在界面发生,能量可以通过裂尖扩展释放,也可以通过粘接层的塑性变形释放.     

基于响应面模型的胶接接头拉剪强度影响因素分析

通过建立胶接接头拉剪强度的有限元模型,预测接头拉剪过程中的胶层内部最大应力,基于胶层和钢板的材料特性、几何因素与胶层内部最大应力的响应面模型,分析了不同因素对胶接接头强度的影响规律.结果表明:胶层内部最大应力与钢板厚度呈负相关关系;胶层厚度和钢板屈服强度均存在使胶层内部应力最小的临界值;胶层内部最大应力与胶层屈服强度呈负相关线性关系,其斜率受到胶层厚度及钢板的厚度和屈服强度的共同影响.     

胶层厚度对CFRP-混凝土界面性能影响的数值分析

纤维增强复合材料(FRP)-混凝土界面性能是分析FRP加固混凝土结构的受力状态的基础。其中,胶层厚度是影响界面本构关系的关键因素,需要深入而有效的研究。通过运用有限元程序,针对界面本构模型的差异性进行了分析,研究了胶层厚度对FRP-混凝土界面性能的影响,得到了胶层厚度对FRP-混凝土界面极限承载力、界面本构模型3个重要参数和有效粘结长度的影响规律。结果表明,界面极限承载力随着胶层厚度的增加先增后降,在胶层厚度为2 mm时达到最大,界面的剪切刚度和最大剪应力随着胶层厚度的增加而降低,有效粘结长度和界面破坏能则随之增大。     

不均匀胶层对CFRP板加固梁的界面应力影响

采用数值试验研究了CFRP板加固钢筋混凝土梁中不均匀胶层的应力及加固界面应力.被加固梁界面上设置缺口改变胶层的局部厚度,根据缺口的深度、宽度、位置建立6种分析工况.研究表明,缺口距离CFRP板端部较近时,界面峰值应力会高于无缺口工况,缺口远离CFRP板端部位置时,峰值界面应力几乎不受影响;缺口距离CFRP板端部为CFRP板长的0.83%和1.25%时,峰值界面剪应力和正应力分别达到最大值;当缺口的长度或深度增大时,峰值界面剪应力和界面正应力均增大,界面应力对于缺口深度更敏感;在远离CFRP板端部区域,胶层中的应力沿其厚度方向均匀分布;当缺口出现在CFRP板端部附近时,CFRP板端部胶层中的应力沿厚度方向变化更大且应力在缺口区域内分布更加不均匀.     

多层陶瓷涂层厚度配比应力场有限元分析

钢基铝层经等离子体电解氧化技术陶瓷化后,可在钢表面形成多层体系结构的陶瓷涂层.采用有限元方法,对不同厚度配比的复合涂层在均布接触载荷作用下的应力分布进行了研究.结果表明:铝层的存在可明显缓解界面处的剪应力.同时,铝层厚度增加,也使表面拉应力增大;Al2O3层决定着涂层内最大剪应力距离表面的距离,增强了涂层表面支撑能力,可减缓表面拉应力值.特别,当Al2O3层与Al层的厚度相等时,Al2O3/Al界面处的剪应力最小;FeAl层对表面应力和界面应力影响较小.因此,当选择较厚陶瓷层和较薄铝层时,涂层内将具有较优的表面和界面应力分布状态,从而可提高涂层力学性能.     

预制板式无砟轨道界面脱层失效的数值模拟

将温度荷载简化为轨道板内的剪切荷载,分析了无砟轨道结构的层间界面破坏形式与粘结机理;基于黏聚力本构模型与水泥乳化沥青砂浆界面粘结力实验结果,建立预制板式无砟轨道结构界面有限元模型,研究剪切荷载作用下无砟轨道界面应力、界面粘结承载力、界面相对位移以及界面裂缝的演化规律.结果表明:界面剪应力与正应力纵向分布不均匀,在轨道板端部最大,且界面正应力使轨道板在端部竖向受拉;剪切荷载作用下,界面剪应力超过最大粘结强度,造成界面逐段破坏,界面最大粘结承载力为264.8 k N;轨道板相对于砂浆充填层的纵向位移随剪切荷载的增大而持续增大,最终界面出现纵向裂缝,而其竖向张开位移在界面纵向裂缝出现后反而逐渐闭合,界面发生剪切破坏导致无砟轨道结构脱层失效.     

考虑胶接层效应的对称正交层压板的层间应力

本文研究了对称铺层的正交层压板在单向拉伸情况下的层间应力问题,文中采用纤维层之间存在胶接层的力学模型,纤维层简化为横观各向同性体,胶接层则为各向同性体。对各个单层按三维弹性理论建立其基本方程式及相应的边界条件,用分离变量法得到以 Fourier 函数和双曲函数两个无穷级数表达的位移和应力解,并对[0°/90°/90°/0°]铺层的层压板进行了实例计算,精确地确定了胶接层中的法向正应力和剪应力分布规律,比林毅在[1]中假定胶接层只承受沿厚度均布的横向剪应力有了改进。计算结果表明胶接层中的剪应力与正应力沿厚度方向在第二层中达最大值,层间应力在第二层与第三层的交界面上为最大,而沿宽度方向仍有明显的自由边缘效应,这与过去已有的结果是一致的。另外,文中还分析了胶接层厚度对层间应力的影响。     

拉剪组合荷载下FRP-钢胶接连接力学性能

为明确FRP桥面板与钢梁之间胶接连接的力学性能，针对不同拉剪组合荷载下胶接连接的力学性能进行了系列试验研究，包括极限破坏荷载、破坏模式、刚度以及强度破坏准则. 针对胶接连接的受力特点，通过特制的圆盘加载试验装置，实现了6种不同比例的拉伸和剪切荷载组合 . 结果表明，在纯剪切荷载下，胶接连接在靠近钢梁位置的胶黏层内发生破坏 .在拉伸荷载和四种拉剪组合荷载下，节点的破坏模式为FRP层间破坏与FRP夹心板和胶黏层之间界面破坏的组合 . 荷载-位移曲线表明，胶黏层内胶体材料分布具有不均匀性，在试验过程中引起了胶接连接的偏心受力及应力重分布 . 根据矢量分离后的拉应力和剪应力，得到胶接连接的拉剪强度破坏准则.     

胶层对内贴CFRP加固圆形隧洞受力特性的影响

基于CFRP加固圆形隧洞的小比例尺模型试验,采用实体单元模拟胶层和衬砌混凝土,采用弹簧单元以及双线性界面黏结滑移关系模拟胶层和衬砌混凝土的弧形接触界面的黏结滑移行为,建立了"实体-弹簧-实体"三维有限元模型,并将有限元模型的计算结果与模型试验的实测结果以及界面应力理论计算结果进行了对比,验证了三维有限元模型的有效性.基于该有限元模型,着重分析了胶层厚度以及弹性模量的变化对混凝土应力、CFRP应力、胶层应力以及弧形接触界面复杂应力状态的影响.计算分析结果表明:胶层厚度以及弹性模量对隧洞衬砌混凝土的应力水平无明显影响,改变胶层的厚度以及弹性模量并不能明显地改善衬砌混凝土的受力状态;胶层的厚度以及弹性模量对弧形接触界面应力的影响十分显著,选择弹性模量较小的胶层,在施工过程中适当地减薄胶层的涂刷厚度,可以显著降低界面应力,从而减小内贴CFRP加固圆形隧洞结构发生剥离破坏的风险.