复合材料T型接头拉伸断裂行为的数值模拟

针对碳纤维复合材料T型接头在拉伸载荷下的断裂行为及其失效强度进行了数值预测,并将预测结果与试验数据进行了对比分析.在该数值模型中,分别使用增强有限单元法和内聚力模型考虑了T型接头三角区填充材料裂纹和层间界面分层的萌生与传播过程.结果表明,数值计算结果与试验结果对比较好,三角填充区域是T型接头结构中裂纹最先萌生的位置;填充材料的断裂行为并不影响T型接头最终失效载荷;加强筋层合板与蒙皮层合板间的分层行为是T型接头拉伸失效的根本原因.     

蒙皮刚度对复合材料T型接头拉脱失效行为的影响

通过试验和数值分析的方法,研究了4组不同蒙皮凸缘厚度比的碳纤维复合材料T型接头拉脱失效行为。评估了蒙皮刚度对接头承载能力、损伤起始位置、失效模式的影响。结果表明:接头承载能力随着蒙皮刚度增加而提高,但两者并不线性相关。随着蒙皮刚度的增加,损伤起始位置逐渐由凸缘前端移至填充区;起始失效模式由凸缘前端与蒙皮的剥离转变为填充区的局部开裂,腹板两子层脱粘,以及填充区与腹板及蒙皮间的剥离等。     

碳/玻璃纤维混编复合材料和钢板的单搭接接头的力学性能分析与预测

对碳/玻璃纤维混编纤维增强复合材料(FRP)和金属的粘接接头、铆接接头及粘铆混合连接接头的力学性能进行了系统的仿真和试验研究。分别使用内聚区损伤模型、金属失效准则和Hashin失效准则有效地模拟试验中胶层的脱粘失效、铆钉的断裂和FRP板的损伤。结合3种失效准则建立粘铆混合连接的有限元模型,并对其混合连接接头的拉伸力学性能进行预测。结果表明有限元模型准确地预测了混合连接试验的最大载荷、失效位移、失效形式和复杂失效过程的各个阶段。混编FRP在有胶层的接头的失效模式上表现出了特殊性,作为编织纱的玻璃纤维被撕脱。此外,基于以上模型研究了胶层厚度对混合连接接头力学性能的影响规律。随着胶层厚度增加,接头的最大载荷先增大后减小,FRP板铆钉孔周围的失效范围逐渐增大。     

胶接、胶焊与点焊接头剪切拉伸疲劳行为

通过剪切拉伸疲劳试验测定车用结构胶接接头、胶焊接头和点焊接头在不同应力水平下的疲劳寿命.基于载荷-寿命曲线在单对数坐标下为指数曲线段这一假设,利用疲劳试验数据拟合出载荷-寿命曲线,以此表征三种接头的疲劳性能.同时,对胶接接头、胶焊接头和点焊接头的疲劳行为进行对比分析.研究表明:三种连接方式的疲劳试验数据具有较好的规律性;拟合结果证实了三种接头载荷-寿命曲线在单对数坐标下为指数曲线段这一假设的正确性;胶接接头的疲劳强度最高,而点焊接头最低;胶焊接头的疲劳断裂行为比胶接接头更为安全;通过胶焊工艺可以有效提高车身接头的疲劳寿命等.研究结论为车用结构胶胶接技术的应用提供了参考依据.     

金属薄膜──陶瓷基组件热载屈曲失效

以康铜、镍不同厚度的薄膜，陶瓷Ａｌ２Ｏ３基组成微电子组件模型，在热载作用下，通过试验观察到薄膜在界面处的分层和屈曲失效。测量了分层和屈曲高度随载荷变化规律、过屈曲初始裂纹扩展。用屈曲理论和分界面能量释放率等理论进行了分析。     

铝钢电阻单元焊接头力学性能模拟

电阻单元焊接头综合了熔化焊和机械连接的效果,其力学性能由2种连接方式共同决定,而三维有限元模型是研究铝钢电阻单元焊接头力学性能的有效手段.通过金相试验接头宏观形貌,结合硬度实验和经验公式确定接头各区域材料的力学性能,以此作为模型输入.通过该模型,对试验过程中接头断面的几何形貌演化规律以及应力分布特征进行了分析,并结合试验结果研究了接头的失效模式,为揭示接头失效机理提供了借鉴.     

CFRP/Al胶接接头形貌特征对连接性能影响

为解决汽车轻量化设计与制造中的异质材料间的连接问题,基于内聚力模型模型,对碳纤维增强复合材料（CFRP）/铝合金单搭接胶接接头,建立了接头有限元分析模型,并对有限元模型的有效性进行了试验验证.构建了3种具有不同形貌特征的CFRP/Al胶接接头结构方案,以单向拉伸载荷下的极限破坏载荷和破坏吸能量作为性能指标.结果表明:相对于普通单搭接接头,弧形接头破坏载荷和吸能量分别降低11.3%和9.88%;矩形槽接头失效载荷虽有所降低,但由于能更有效地发挥胶层中部区域的作用,在接头吸能特性方面有较大提升,接头抗冲击性能提升了91.63%.      

碳纤维复合材料胶铆接头静态拉伸和循环拉伸失效行为

对碳纤维复合材料(CFRP)的胶接、铆接、胶铆混合接头进行静态拉伸和循环拉伸疲劳实验,对3类接头的连接强度及失效行为进行分析,预测该接头达到106循环次数时的载荷水平。对胶铆接头中胶接和铆接的贡献进行讨论,分析拉-拉疲劳失效过程中CFRP层合板、胶层、铆钉的相互作用。对3类接头在静态拉伸和循环拉伸下的失效机制进行了总结,提出3种改善铆接强度的方案。结果表明：胶接对胶铆混合接头强度起决定性作用,铆接对接头起到“二次保护”的作用;所研究的CFRP胶铆混合接头,在80%、65%、55%、45%静态最大载荷水平下的疲劳寿命分别为8 174、22 568、95 014、331 916次。在37.1%的载荷水平下该接头的拉-拉疲劳寿命可达10⁶次;铆钉孔的开裂是CFRP铆接及胶铆混合接头的主要失效形式,在铆出侧增加垫片与在铆钉孔表面涂敷结构胶2种方法可提高铆接强度30%左右。     

异种材料单搭接接头力学性能

为研究异种材料在不同连接方式下的失效特点并促进胶铆接头在工程中的应用普及,以碳纤维/铝合金单搭接接头为研究对象,对胶接、铆接和胶铆混合连接接头的静态拉伸力学性能开展了试验研究。以胶黏剂材料和铆钉材料为研究变量,讨论了单搭接胶接接头和铆接接头的拉伸力学行为,并从中分别选择了两种胶黏剂和铆钉材料进行组合,重点研究了胶铆接头的交互作用,同时也探讨了铆接方向对接头的影响。研究结果表明,从载荷-位移曲线上看,胶接接头呈现脆性的断裂特点,铆接接头呈现韧性的断裂特点,胶铆接头综合了胶接和铆接的断裂特点,且胶黏剂先断裂失效。另外,铆接方向对铆接和胶铆接头的力学性能有重要影响;当铆钉从碳板侧插入时,其力学性能会优于铆钉从铝板侧插入制备的连接接头。强胶弱铆组合制备的胶铆接头表现出最强的正交互作用,因此其材料的利用率最高。该研究为工程实际中复合材料与金属材料间的连接提供了设计依据和指导方法。     

L型碳纤维增强复合材料连接件承载力的渐进损伤分析

从试验与计算两个方面,对比研究了L型碳纤维增强复合材料连接件(carbon fiber reinforced composite connector,CFRCC)的失效形式和极限承载力.结果表明:①在拉伸载荷工况下,复合材料L型CFRCC失效形式主要为圆角处的分层和开孔周边基体破坏;②对比两种失效准则和两种退化准则的不...     

L形T形柱节点承载力影响因素分析

L形T形柱节点为非对称结构,且核心区混凝土体积较小,钢筋密集,节点处受力情况复杂,作为异形柱结构最薄弱又非常重要的环节目前对此研究较少。通过对13个L形和T形柱节点进行非线性有限元分析,研究了在单调荷载作用下,节点核心区箍筋、混凝土强度等级、梁柱纵筋配筋率、梁柱配箍率对L形、T形节点破坏荷载的影响。计算表明,同样条件下,L形节点的破坏荷载仅有T形节点的60%左右。节点核心区箍筋成为影响异形柱节点破坏荷载大小的最主要因素,节点核心区箍筋的数量、面积、以及箍筋强度等级的提高都可以提高节点的破坏荷载,而节点箍筋的数量起主导作用。提高混凝土的强度等级,增加梁柱纵筋配筋率,增加梁柱的配箍率在一定程度上都可以提高节点的破坏荷载,但对不同类型节点的影响程度不同。     

传统风格建筑钢-混凝土组合梁-柱节点动力循环荷载试验研究

通过采用快速动力加载方式,对2个传统风格建筑钢-混凝土组合梁-柱节点进行试验研究,获得了该类型节点的恢复力特征曲线、骨架曲线等抗震性能指标及加载全过程破坏特征。研究结果表明:采用钢-混凝土组合结构的传统风格建筑具有优良的抗震性能;相对比单梁-柱节点,双梁-柱节点的承载力刚度较高,滞回曲线更饱满,但其延性性能略低于单梁-柱节点;位于外围檐柱的双梁-柱构造形式具有与圈梁相类似的可加强结构整体性能的作用。研究结果可为传统风格建筑在实际工程中的应用提供有益的参考。     

不同破坏模式的钢筋混凝土框架节点动力性能比较

实际震害及大量的节点实验均表明,钢筋混凝土框架节点在地震等水平荷载作用下有多种破坏模式,且多数节点破坏为脆性破坏.为深入了解节点不同破坏模式的抗震性能差异,以Tsonos实验模型及一工程震害实例为基础,采用ANSYS软件中的civilFEM模块模拟4个不同破坏模式的边柱节点在低周往复荷载下的破坏过程,比较分析不同破坏模式下的节点强度、变形及耗能能力的差异.结果表明：发生不同破坏模式的节点的耗能能力差别很大,节点耗能能力与强度无关联;节点延性设计目标或节点失效模式控制可以通过控制节点破坏模式分化参数来实现.     

世构体系框架中节点抗震性能试验研究

通过对3个不同键槽长度的世构体系(预制预应力混凝土装配整体式框架结构)梁柱节点的低周反复荷载试验,研究世构体系框架节点的破坏形态、滞回性能、节点延性、耗能能力和刚度强度退化等抗震性能指标,对世构体系的抗震性能得出一个大致的评价.试验结果表明:世构体系的滞回曲线丰满,具有良好的耗能能力:世构体系的配筋设计可以参照现行的混凝土结构设计规范进行:经过良好的设计施工,世构体系的抗震性能完全能够满足预期的要求:目前采用的键槽长度能够满足抗震的需要.     

方钢管混凝土柱与钢梁连接节点的非线性有限元研究

针对方钢管混凝土柱与钢梁连接方式问题,研究隔板贯穿式翼缘加楔形板刚接节点变形性能,建立3D有限元模型,钢材采用Von-Mises屈服条件和三线性随动强化本构,混凝土采用弹塑性本构,基于非线性有限元模拟研究低周反复荷载作用下模型节点的滞回耗能性能,对节点抗震性能基本指标进行比较分析,节点有限元分析结果可为设计提供一些参考.     

采用闭合预应力钢丝绳-聚合物砂浆加固RC框架节点技术研究

首先评述目前国内外有关RC框架节点加固技术研究现状,指出现有节点加固方法存在的问题.在前期研究成果的基础上,提出采用闭合预应力钢丝绳加固RC框架节点的新技术,对该技术的基本思想、施工过程和技术优势进行详细阐述.为验证该加固方法的有效性,开展闭合预应力钢丝绳加固RC框架节点抗震性能试验,试验结果表明预应力钢丝绳加固RC框架节点可有效提高梁柱节点核心区受剪承载力,加固试件由对比试件的节点剪切破坏转变为梁端弯曲破坏.     

基于三维重构的原岩硬性结构面抗剪强度

节理面形貌特征是影响岩石节理面剪切破坏的重要因素。具有相同形貌特征的岩石节理面,沿不同剪切方向其力学行为存在差异性。结合三维激光扫描和3D打印技术,针对天然节理岩石的表面形貌进行逆向处理,将其制备为不同剪切方向的人工节理试样,并进行5种法向应力条件下的直剪试验。依据室内试验结果与理论分析,提出了定量计算节理面三维粗糙度与沿剪切方向接触面积有效系数值的方法,建立了不同剪切方向下含有三维形貌参数的抗剪强度模型。结果表明,影响剪胀角的因素与节理面的粗糙度系数和沿剪切方向接触面积有效系数值有关;沿不同的剪切方向会得到不同的剪胀角。基于剪切破坏的爬升和摩擦效应理论,并利用非线性拟合方法,得到峰值剪胀角的变化规律。最后,与已有的Barton抗剪强度公式进行对比分析,进而验证了该方法的合理性。     

T型、N型圆管相贯节点滞回性能实验

对T型、N型圆管平面相贯节点进行循环加载的拟静力实验,以研究两种节点的抗震性能,对象为单个足尺寸的相贯节点。在支管循环加载的过程中对主管施加固定轴向荷载。在主管壁产生局部屈曲后,背向加载支管一侧的主管壁上产生了斜向条纹。节点最终的破坏是主管只管交界处的焊缝根部的裂纹发展直至断裂。实验得到节点滞回特性曲线。能量分析表明,T型节点在受压半周的耗能能力与受拉半周相近,N型节点受压半周的耗能能力强于受拉半周。2个实验节点在循环荷载作用下均具有良好的塑性变形能力。     

圆钢管KK型搭接节点内隐藏焊缝焊接与否有限元分析

以实际工程中的圆钢管KK型搭接节点为基础，利用ANSYS非线性有限元法建立分析模型并分析了该节点隐藏焊缝在焊与不焊2种不同焊接方式下的破坏模式，及搭接节点的支主管管径比β、径厚比γ，支主管厚度比τ等参数变化对节点极限承载力的影响．分析了在低周往复荷载作用下，搭接节点隐藏焊缝在焊与不焊2种不同焊接方式下的滞回性能，并给出了滞回曲线．搭接节点的ANSYS有限元分析结果表明，搭接节点的隐藏焊缝焊与不焊对节点最终破坏模式影响不大，对节点承载能力的影响也不是十分显著，隐藏焊缝不焊接节点的滞回性能优于隐藏焊缝焊接节点．为了使节点构造简单并便于施工，建议实际工程中的隐藏焊缝可以不焊接，此结论在后续的实验研究中还需要进一步的验证，以拓展该节点的反问题研究．