层合复合材料自由角附近的层间应力场--一个半解析解

对层合复合材料自由角附近的层间高应力问题提出了一个计算应力场的半解析解,它适合于[90°/0°]s,对称铺层的层合复合材料变温问题.对文中给出的[90°/0°]s.对称铺层碳纤维增强塑料和Ni/Al层合复合材料的两个算例,解析解所得结果与用三维有限元计算的结果符合得较好.还就应力场和层间破坏之间的关系进行了讨论,发现层间剥离应力,即正应力可能是层间破坏的主要因素.     

复合材料扁壳的层间应力分析

给出了复合材料层合板壳变曲变形的高阶位移模式,利用连续条件,导出了层间应力修正公式,并推导了相应的有限元方程,算例计算了多种铺设方式和多种材料组合的剪应力分布,分析了壳体曲率对层间应力的影响,结果表明,纤维铺设方向和不同材料组合对层间应力沿厚度的分布有较大影响,曲率的变化对层间应力的大小有一定影响,而对应力沿厚度的分布影响较小。     

层合板单搭胶接接头应力的三维有限元分析

应用ANSYS有限元分析软件,用APDL语言开发了相应的程序,研究T700/TDE86复合材料层合板单搭胶接接头在单向拉伸载荷作用下的胶层中面及界面应力,分析了接头界面最大剪切/剥离应力值随胶层厚度尺寸变化的规律,模拟了接头在胶层厚度中间面上的三维应力分布情况.结果表明,明显的剪切/剥离应力集中均发生在接头搭接区端部,影响接头强度的主要因素是剪应力;伴随胶层厚度的增加,接头界面最大剪应力值先减小再增大,而最大剥离应力值则逐渐增大,接头界面剪应力最小值发生在胶层厚度为0. 25 mm的接头,即为胶接接头胶层厚度的较优值.     

层合复合材料的自由角效应--三维有限差分解

针对层合复合材料的自由角附近的层间高应力问题,提出了一个三维有限差分法的方案,计算层合复合材料在变温下的自由角效应问题,同时与以前的解进行了比较.研究表明,所提出的有限差分方案所得的解是稳定的、收敛的,对[90°/0°]s对称铺层碳纤维增强塑料和Ni/Al层合复合材料算例来说,比以前的半解析解更接近于用三维有限元计算的结果.还讨论了层间应力的应力场和层间破坏之间的关系,发现层间剥离应力,即正应力可能是层间破坏的主要因素.     

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.     

层合玻璃热应力的数值模拟

用三维有限元程序LS-DYNA对由两种透明材料组成的层合玻璃在均匀变温下的热应力进行了数值模拟,得到了层间剪应力的分布,并分析了材料和胶层厚度对层间剪应力的影响:当材料相同时,胶层厚度越大层间剪应力越小;当胶层厚度相同时,材料热膨胀系数相差越大层间剪应力越大。     

纤维金属3维复合材料力学性能研究

研究不同排列方式的纤维金属3维复合材料在不同方向上的力学性能和失效模式,对复合材料试样进行拉伸试验、三点弯曲试验及静态压入试验.拉伸试验表明[0°/0°]排列的复合材料在纤维方向上具有最高的拉伸模量、屈服强度及拉伸强度,而在垂直于纤维方向上具有很低的力学性能.[0°/90°]排列的复合材料由于其仅一侧纤维受拉,其力学性能相对较弱,且变形模式表现为试样的弯曲变形.[0°/0°]和[0°/90°]两种方式排列的复合材料的拉伸剪切性能差别较小.弯曲试验表明[0°/0°]排列方式的复合材料在纤维方向上的抗弯能力最高.静态压入试验表明,[0°/0°]和[0°/90°]的复合板具有近似的抗压入破坏能力.试样破坏模式显示,纤维金属3维复合材料未出现界面失效等结构性破坏,具有优良的界面强度.      

复合材料层间应力计算的剪滞法

本文采用剪滞模型将复合材料层压板层间应力的计算转化为计算一组常微分方程的特征值问题．通过对不同铺层层压板层间应力的计算和比较表明：本文给出的方法简单，且行之有效．     

旧水泥路面沥青加铺层层间剪应力分析

为研究旧水泥路面沥青加铺层层间的剪应力状态,建立了层间力学模型,分析了不同层间状态、超重载、加铺层模量、加铺层厚度及应力吸收层模量对最大剪应力的影响. 发现层间完全连续、完全光滑时,最大剪应力分别为0.41MPa,0.43MPa;当轮胎压强从0.7MPa提高到1.2MPa时,层间最大剪应力增加了70%以上,达到0.7MPa;当应力吸收层模量为400MPa时,层间最大剪应力达到最小值,然后随着应力吸收层模量的增加剪应力也相应增加,当模量达到1000MPa时层间剪应力达到最大值. 结果表明,层间完全连续时剪应力较小,层间剪应力随轮胎压强的增大而增大,应力吸收层模量400MPa时应力削减效果最好.     

旧水泥混凝土路面黑色罩面反射裂缝的防治

通过对旧水泥混凝土路面黑色罩面反射裂缝形成机理和层间应力分析，研究了层问剪应力分布的一般规律，发现沥青混凝土黑色罩面层厚对层间剪应力的影响很大，而水泥混凝土层厚度对层间剪应力的影响很微弱。工程实践表明，单纯依靠增加铺层厚度而减小层间剪应力的方法可能会大幅度增加路面造价，并带来车辙等其他病害；而在旧水泥混凝土层与沥青加铺层间设置应力吸收层，则可以起到应力过渡作用和裂缝缓冲作用，从而减少黑色面层反射裂缝的出现。     

层合复合材料自由角附近层间应力场的数值分析

对层合复合材料自由角附近的层间高应力问题,提出了一种三维有限差分法方案计算层合复合材料在变温下的自由角附近的应力场。对文中给出的[90°/0°]s对称铺层和Ni/Al层合复合材料及两个算例,有限差分方案的结果以前所提供的半解析解结果更接近三维有限元计算结果。同时对纤维任意铺设的碳纤维增强塑料的算例进行了计算,发现有限差分方案的结果也和三维有限元计算结果符合的很好。这种有限差分方案所得的解是稳定的、收敛的。文中还就所计算的例子的应力场和层间破坏之间的关系进行了讨论,发现层间剥离应力,即正应力可能是层间破坏的主要因素。     

沥青路面沥青层剪应力变化简化模型研究

根据层状弹性理论利用有限元软件ANSYS建立了计算多层沥青路面的有限元模型,并利用其计算多层沥青路面结构的沥青层剪应力沿深度方向的分布规律,通过计算大量结构分析总结出沥青层剪应力随着面层厚度、基层模量和基层厚度改变的变化规律;在这些规律的基础上通过修改伽马分布的密度函数的公式试算得出了沥青面层沿深度方向剪应力规律曲线的数学方程.结合此方程和本课题组研究的车辙预估方程编纂了计算剪应力分布和路面车辙预估的应用软件.     

层间接触对沥青加铺层性能的影响

通过选取古德曼模型,基于弹性层状体系理论对不同层间接触情况下沥青加铺层受力及变形规律进行分析,研究了考虑水平力时层间接触对加铺层的影响．研究结果表明：层间接触不良会导致加铺层弯沉、拉应力变大;不同界面的层间接触变化对加铺层表弯沉影响程度相差不大,但对拉应力影响程度不同;水平力大小对加铺层底拉应力影响不大．但对加铺层表拉应力影响较大;不同层间接触对加铺层剪应力影响与水平力大小有关．在进行加铺设计、施工时候必须考虑层间接触对加铺层性能的影响．     

层压板单搭接胶接结构损伤失效行为表征分析

为指导层压板胶接结构设计,提高层压板胶接结构的稳定性,基于ABAQUS软件及其用户自定义场变量子程序(USDFLD)和内聚力单元,建立了同时考虑层压板与胶层损伤与失效的层压板单搭接胶接结构的数值分析模型,模型预报结果与试验结果基本吻合.基于该模型对层压板单搭接胶接结构进行应力分析与承载能力影响因素分析,结果表明:胶接结...     

基于等效弹性半空间的旧水泥路面沥青加铺层设计简化方法

为了简化旧水泥路面沥青加铺层的设计方法,首先基于弹性层状体系理论,利用BISAR对沥青加铺层进行力学响应分析,将原路面简化等效为一个弹性半空间体,沥青加铺层视为一个柔性面层,通过计算确定了沥青加铺层最大剪应力的位置;然后从莫尔-库仑强度理论出发,揭示了沥青加铺层最大剪应力与加铺层厚度、等效模量之间的变化规律,建立了沥青加铺层层内最大剪应力与加铺层厚度、等效模量之间的对应关系。研究结果表明,原路面结构等效前后沥青加铺层最大剪应力变化规律一致,沥青加铺层最大剪应力出现在加铺层层内,沥青加铺层层内最大剪应力与加铺层厚度、原路面结构的等效模量值之间呈现较好的对数线性关系。以等效结构下沥青加铺层层内最大剪应力为设计指标,不但可以简化设计步骤和计算量,而且可以满足设计精度要求。     

二维单轴与二轴编织铺层复合材料压缩性能

研究了编织角和纤维体积分数的变化对二维单轴和二轴编织铺层复合材料压缩性能的影响,分析了两种复合材料试样的压缩破坏模式。结果表明:当两种结构的编织角和纤维体积分数相同时,二维单轴编织铺层复合材料的压缩强度和压缩模量均高于二维二轴编织铺层复合材料;当承受沿试样长度方向压缩载荷时,两种复合材料试样中编织角较小的区域破坏较为严重,且层内裂纹沿试样厚度方向延伸,但其在层间的延伸并不连续。研究表明二维单轴编织铺层复合材料中纤维屈曲的减少对提高复合材料的压缩性能有明显效果。     

CFS/GFS混杂加固RC梁界面应力的参数化分析

采用非线性有限元方法对混凝土梁FRP粘胶层的界面力学性能进行参数化研究,并将所得的界面应力与解析解对比,吻合较好.在此基础上建立了CFS/GFS混杂加固梁界面有限元模型,并将其与双层CFS加固梁进行数值对比研究,结果表明:混杂加固可以有效地控制纤维布末端的界面剪应力,并且界面正应力也有所降低,这种加固方式具有优良的界面混杂效应.文中还就荷载、胶层弹性模量、胶层厚度、纤维布宽度对界面力学性能的影响进行了对比分析,计算结果表明:随着荷载与胶层弹性模量的增加以及胶层厚度的减小,端部界面应力成比例增加,而纤维布宽度在一定范围内变化时,端部应力基本上没有变化.     

基于横观各向同性的沥青路面加铺层力学分析

考虑到沥青混凝土呈现一定的横观各向同性特性,采用有限元数值分析方法,建立沥青加铺层路面三维有限元模型;将沥青加铺层及旧沥青面层视为横观各向同性体,并考虑了加铺层温度场特性和沥青混合料模量随温度变化的特性以及层间接触状态,研究了不同温度条件下沥青加铺层路面的力学行为,分析了沥青混合料的横观各向同性对加铺层路面的变形和应变等的影响.研究结果表明,沥青混凝土的横观各向同性及模量梯度特性和层间结合条件对加铺层受力状况都有较大影响.     

剥离过程中胶层内实际应力分布的研究

指出了现有的金属胶接接头剥离力学模型的局限性和不足。用应变片电测法实测了剥离过程中刚性金属被粘物沿试样长度方向上的应变，结果表明胶层中受到了分布较宽的拉伸应力的作用，根据实验结果提出了金属胶接接头在剥离中胶层内应力分布的修正模型。     

GFRP工字梁腹板剪应力分布规律研究

目前,玻璃纤维增强塑料(glass fiber reinforced plastic,GFRP)与混凝土组合梁的抗剪切性能研究中,常直接把GFRP型材当成各向同性材料来计算,来达到简化计算的目的。然而,GFRP是各向异性材料,计算时直接采用由各向同性材料推导出的公式是偏于不合理的。为此,利用有限元软件ABAQUS,对不同铺设方式的GFRP工字梁进行了数值仿真,输出了腹板中各层层合板的剪应力分布云图,并精确绘制了相应的沿腹板高度的剪应力分布图。研究发现,0°和90°铺层的剪应力分布大致为抛物线,表现出与各向同性材料的相似性,而其他角度的铺层中,剪应力的分布离散性较大。所有的铺设情况中,腹板中的最大剪应力为平均剪应力的1.06倍。