BFRP布加固钢筋混凝土梁抗弯性能的分形特征研究

为了通过表面裂缝的演化过程和分布形态研究玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)加固钢筋混凝土梁的抗弯性能,采用4点弯曲加载方法对6根不同加固方式下的钢筋混凝土梁开展抗弯试验,并运用分形理论对梁侧表面裂缝进行分形分析.验证了梁表面裂缝在加载过程中和极限状态下均具备分形特征,其分形维数在0. 90～1. 24;探讨了荷载等级、极限承载力、跨中挠度、延性系数与分形维数之间的关系.结果表明,荷载等级、跨中挠度与分形维数之间均呈对数关系,随着荷载的增大,对数曲线的曲率总体呈增大趋势;极限荷载、延性系数与分形维数在同种加固形式下呈线性关系,而在不同加固形式下,它们之间的关系具有明显差异.     

双重分形多孔介质孔隙率的研究

根据双重分形多孔介质孔隙分布分形维数D与孔隙迂曲分形维数DT的定义和计算公式,推导了多孔介质孔隙率的计算公式.通过孔隙率计算公式的函数图像分析了双重分形维数D和DT的变化对孔隙率的影响,分析结果表明孔隙率随多孔介质双重分形维数D和DT的增加而增大;多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率增加的就越慢;当D DT＜3时,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率就越大,但当D DT＞3时则相反,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率反而越小,D DT=3是特殊点,令D DT→3时的孔隙率极限值为它的孔隙率.     

纤维多孔金属的流阻率分形模型研究

为了揭示纤维多孔金属吸声材料的流阻率与其孔隙率、孔直径以及孔的弯曲度等主要几何参数之间的变化规律,给纤维多孔金属吸声材料的结构设计提供基本的理论指导,提出了一种流阻率分形模型。通过对纤维多孔金属的孔隙结构进行分形处理,结合材料内部空气流体学分析,首先获得了流经纤维多孔金属材料截面总的空气流量Q的表达式,该表达式是最大平均孔径λmax、曲线分形维数DT和孔面积分形维数Df的函数,其次结合纤维多孔金属吸声材料流阻率的公式,获得了流阻率分形模型。模型理论计算值与实验测试值的最大偏差为13.9%,最小偏差为7.6%,平均偏差为10.6%,验证了该理论模型的可靠性。分析结果表明:随着孔隙率Φ的增大,纤维多孔金属吸声材料的流阻率减小;Φ和DT一定时,流阻率随着Df的增大而减小;Φ和Df一定时,流阻率随着DT的增大而增大。与通过实验确定流阻率的经验公式相比,文中所建流阻率分形模型能够反映材料的几何参数与流阻率之间的变化规律,为纤维多孔金属吸声材料的微观结构设计提供了一定的依据。     

B-P混杂纤维沙漠砂混凝土深梁受剪分形特征

以沙漠砂替代率、纤维掺量以及纤维混杂比为变量,制作9根尺寸为1800 mm×200 mm×500 mm的深梁,以位移控制加载进行受剪试验.运用分形理论对深梁加载全过程中表面裂缝发展进行定量分析,探讨了深梁表面裂缝分形维数与分级荷载、极限荷载、跨中挠度以及损伤变量之间的关系.研究结果表明:纤维的掺入有效抑制了深梁表面裂缝的发展.无论是在加载过程中还是在极限荷载状态下,深梁表面裂缝均具有良好的分形特征,极限荷载作用下的分形维数在1.3附近.分形维数与分级荷载、跨中挠度呈对数关系,拟合系数均在0.94以上.随着荷载的增大,深梁表面裂缝的复杂程度与其内部的损伤程度同步增大,两者拟合程度较高且成指数关系.     

微结构分维与孔隙率及抗压强度的关系

以交河故城崖体土为研究对象,借助扫描电镜(SEM)手段和分形几何方法,研究了土的微结构分形(包括平面分形和粒度分形).研究表明:崖体土的平面分形维数为1.592～1.793,平均值为1.731;粒度分形维数为1.915～2.655,平均值为2.340.根据最小二乘法,研究了分形维数与土的孔隙率及抗压强度之间的关系.结果表明:交河崖体土的平面分彤维数与其孔隙率及抗压强度呈线性相关,而粒度分形维数与孔隙率及抗压强度旱幂指数关系.该研究成果为通过微结构分形表征土的孔隙性及抗压强度提供了依据.     

考虑三维结合部形貌的静摩擦因数非线性分形模型

考虑三维结合部形貌的W-M函数,推导了结合部静摩擦因数非线性分形理论模型.数值模拟了考虑三维形貌的结合部静摩擦因数与法向载荷P、分形维数D、分形尺度系数G的关系,以及在二维分形和三维分形模型中的差异.结果表明:结合部静摩擦因数与法向载荷成单调递增关系,与分形尺度系数成单调递减关系.当D小于2.5时,静摩擦因数随分形维数的增大而增大;当D大于2.5时,静摩擦因数随分形维数的增大而减小;三维分形下的静摩擦因数小于二维分形下的静摩擦因数.     

基于光学法的纤维增强RPC力学性能及微观结构分形特征研究

为探究纤维增强活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)的宏观力学性能与微观孔隙结构特征之间的关系,测试了不同水胶比、不同河砂替代率的RPC抗压、抗折强度,并基于光学法测定了其微观孔结构参数;建立了基于气泡分布的分形模型并计算出了RPC的气泡分布分形维数;最后通过试验数据拟合,分析了气泡分形维数与孔结构参数及RPC力学性能之间的关系.结果表明:RPC基体的气泡分布具有明显的分形特征,气泡分布分形维数在2.1～2.3之间;分形维数越大,基体孔隙结构的空间分布形态越复杂;RPC基体的含气量不具备分形理论的特征,而气泡平均弦长、气泡比表面积与气泡分布分形维数呈现明显的指数相关性;RPC抗压强度、抗折强度随分形维数增大,呈明显指数增大关系.     

混凝土中孔结构的分形维数研究

建立了分形模型来模拟水泥浆体的空间结构,在此基础上推导出了孔体积分形维数D和孔隙率P、孔径分布的关系式;根据所得公式预测混凝土的孔体积分形维数D在0到3之间,并且D值随孔隙率减小和孔径分布范围变宽而增大.同时运用压汞法(M IP)测定普通硅酸盐混凝土的孔结构,进行孔体积分形维数计算,发现孔体积分形维数与强度之间有比较好的相关性.     

Bingham流体在低渗透多孔介质中球向渗流的分形模型

基于分形理论及广义达西定律研究了非牛顿流体Bingham流体在各向同性多孔介质中球向渗流问题,推导了Bingham流体球向渗透率和启动压力梯度的解析表达式.研究结果表明球向渗透率随径向距离和迂曲度分形维数的增大而减小,随孔隙率的增大而增大;启动压力梯度随径向距离、屈服应力和迂曲度分形维数的增大而增大,同时也随毛细管最大直径的增大而减小.     

采用表面分形维数评价Ni-P化学镀层的耐蚀性

采用化学镀Ni-P镀层改善RB400钢的耐蚀性,并对镀层进行不同温度的热处理。通过Matlab计算其分形维数,并研究其表面分形维数与耐蚀性的对应关系。结果表明:随着Ni-P合金层热处理温度的升高,分形维数先增大后减小,350℃热处理镀层的表面分形维数最大。而镀层的耐蚀性能在400℃较好,分形维数的变化与镀层的耐蚀性能呈现一定的正相关关系,通过镀层表面形貌分形维数的变化可以较好地预测其耐蚀性。