一种脆性材料断料方法的理论研究

从“防止裂纹之害”到“利用裂纹之利”,裂纹力学与金属切割交叉结合形成了一门新技术——应力下料.而它的首要任务就是设计低应力脆断敏感的应力状态,使材料易于脆断.通过对脆性材料在不同外载荷作用下破坏时断口裂纹扩展形势的分析与比较,找出了合理的脆性棒料的应力状态及预荷方式的类型,确定了脆性材料的裂纹破坏模式为拉剪破坏.并提出使脆性棒料处于低应力脆断敏感状态的一种理论方法——轴向拉伸法,形成轴向拉伸及径向断料的复合下料方式.     

超载拉伸消除焊接残余应力的计算机模拟

焊接件内部总是存在着较大的残余应力,对焊接件的承载能力和抗腐蚀性能有很大影响,本文采用弹塑性有限元方法对超载拉伸消除焊接残余应力过程进行了数值模拟．对三种拉伸载荷下的宽板和窄板两种模型进行的模拟结果表明：拉伸载荷越大,残余应力消除得越好,但是也不能通过一味地增大拉伸载荷来得到较好的残余应力消除效果,而必须同时考虑材料的塑性储备、构件允许的变形量及构件允许的残余应力等,以防过量变形使构件脆断的危险性增大．     

间接拉伸试验条件下沥青混合料变形特性

为分析沥青混合料的劈裂拉伸性能,采用数字图像测量方法,实现了试样表面轴向变形和径向变形的同步测定,得到了粗骨料沥青混合料和细骨料沥青混合料在不同温度下的宏观力学性能及应力-应变关系.结果表明:粗骨料沥青混凝土呈脆性破坏趋势,细骨料沥青混凝土在破坏前进入塑性屈服阶段;材料的弹性压缩和剪切膨胀与载荷历史紧密相连,反映了材料的结构性变形过程.该成果对沥青路面的拉伸开裂研究具有一定的参考价值.     

冲击载荷下结构拓扑优化设计与动态响应分析

为解决结构动态冲击载荷拓扑优化计算过程复杂、计算效率低,而且难以收敛等问题,建立了一种在冲击载荷下结构的拓扑优化方法. 将双向渐进结构拓扑优化方法和等效静力载荷优化方法相结合,同时将权值法和材料插值模型引入其中. 采用内外双层循环的方式实现了冲击载荷下单相材料和双相复合材料/结构的拓扑优化. 通过两个算例验证了方法的可行性与高效性,并且对优化后的结构进行动态响应分析,分析结果表明与传统方法相比,采用新方法优化得到的结构,在冲击载荷下承载能力更好,说明该方法适用于冲击载荷下结构的拓扑优化设计,且优化流程简洁,计算效率高,优化平稳高效.      

用不预裂圆柱试样测试K_(IC)的研究

本文介绍了用仅有V形切口而不预制裂纹的圆柱试样测试材料平面应变断裂韧度的新方法.试样经拉伸断裂后,断口仍明显分为环形裂纹和圆截面脆性断口两部分,两者的分界线即为裂纹失稳扩展的临界位置.通过断裂图可精确确定临界载荷,从试样断口可准确测量脆性断口直径;而且圆柱试样能理想地满足平面应变和小范围屈服的条件,因此,可测定材料平面应变断裂韧度的准确值.由于该方法不需要单独预制裂纹,设备简单,方法简便,故易于推广.     

基于等效单自由度方法非均布爆炸荷载作用下单向钢筋混凝土结构的动态剪切力分析

设计钢筋混凝土结构的一个重要考虑因素是当遭受爆炸荷载作用时,确保结构具有足够的荷载承载能力,因而分析不同爆炸载荷作用下结构的动态剪切力十分重要.基于一种介绍钢筋混凝土结构动态剪切力历史的静态模型,提出了一种有效公式计算剪切单自由度方法中单向钢筋混凝土结构在非均布爆炸载荷作用下的动态剪切力,该动态剪切力为动态抗力函数和动态荷载之间的关系,基于两个相互耦合的等效SDOF系统,并且考虑可靠的材料模型和连续模型,能够同时分析弯曲和剪切模式的动态响应.     

3岁儿童C4-C5颈椎有限元建模方法研究

使用缩放和非线性拟合的方法,获得了3岁儿童颈部材料参数;提出了一套儿童颈部韧带的力学特性缩放方法;开发了具有精确几何及解剖学结构的3岁儿童C4-C5颈椎段有限元模型,并在准静态、动态拉伸载荷下进行了验证.结果显示,准静态拉伸刚度为211.8N/mm,动态拉伸最终失效力为759.9N,最终失效位移为5.083mm,均与实验值吻合良好;动态拉伸力-位移曲线与实验曲线吻合较好.验证结果表明,本模型能够较准确地反映3岁儿童C4-C5颈椎段的准静态和动态拉伸力学特性,具有较高的生物逼真度.     

双孔微剪切法测定材料的局部强度

工程上进行焊接接头强度设计或承载能力评定时,需要测定焊接接头各区域的局部强度.文章提出一种双孔微剪切局部强度试验测定方法.在被测材料的小区域两侧开2个小孔,剪切压头从其中一孔对被测区域加载直到破坏,根据加载过程中的载荷位移曲线,确定材料的强度.实验说明,该方法具有很好的重复精度.通过对管线钢、紫铜和6063铝合金三种材料的标准拉伸和双孔微剪切的对比试验,发现拉伸屈服强度是屈服剪应力的2.01倍,抗拉强度是最大剪应力的1.46倍.最后测定了焊接接头局部强度,其分布趋势与硬度值基本相似.     

碳纤维复合材料连接方式

为了解碳纤维材料不同连接方式对连接强度的影响,进行了碳纤维复合材料胶接和螺栓连接的拉伸试验.结果表明:采用胶接方式时碳纤维复合材料的拉断力随胶粘面积的增大而增大;单螺栓连接材料的拉伸破坏载荷均值为5.22kN,螺栓孔拉伸强度均值为481.83 MPa;双螺栓连接材料的拉伸破坏载荷均值为10.82kN,螺栓孔拉伸强度均值为538.8 MPa.     

复杂载荷耦合协作对连续油管极限承载能力的影响研究

针对连续油管在作业过程极易发生自锁、承受高内压等极限工作载荷,且在该极限载荷下极易失效的问题,以经典塑性极限载荷力学模型为基础,基于CAE技术,建立连续油管数值计算模型;并利用实验结果验证数值计算结果的可行性。利用已验证的计算模型研究1(1/4)″和2(3/8)″型号的连续油管在拉伸载荷、弯矩载荷、内压和挤压载荷下的承载能力。研究表明,在上述四种载荷中,得出内压和弯矩载荷是造成连续油管失效的主控载荷。根据计算结果,推荐了连续油管正常服役的载荷范围;并给出了不同载荷的极限载荷值。研究拉伸载荷、弯矩载荷、内压和挤压载荷对连续油管承载能力的影响,可有效避免连续油管提前发生失效和提高连续油管使用寿命。     

AFRP筋混凝土梁受弯承载能力试验研究与理论分析

进行了7根配置芳纶纤维(AFRP)筋或钢绞线的有粘结简支梁受弯承载能力试验,分析了构件的开裂荷载与极限承载能力,考察了平截面假定及AFRP筋灌浆效果.试验研究与理论分析表明:有粘结AFRP筋梁的受载全过程可分为从加载到混凝土开裂,再到非预应力筋屈服,最终达到极限承载力这3个阶段;AFRP筋梁在破坏前的截面转角和变形很大,有明显预兆;AFRP筋梁在开裂前的力学性能与传统混凝土梁没有差别,但其第一类破坏形式(适筋破坏)的极限承载能力计算方法与传统混凝土梁不同.根据截面受力平衡条件和平截面假定推导了该破坏形式的承载力计算方法,且计算值与试验值吻合较好.     

基于拉伸型限位键的牺牲装置与性能试验

减、隔震支座中的剪切牺牲销钉,其脆性破坏模式易导致群钉共同承载时发生先后断裂,而产生难以协同的问题,销钉截面削弱部位也因应力集中而易导致正常使用状态下的疲劳问题.提出一种基于拉伸型限位键的水平限位牺牲装置,通过力转向块将水平限位力转变为作用在拉伸型限位键上的拉力,拉伸型限位键通过采用具有一定长度的截面削弱段使其具有有限的延性能力以防止脆性断裂,并通过大弧度光滑过渡减小应力集中,提高其抗疲劳性能.开展不同类型限位键和基于拉伸型限位键的限位牺牲装置静载性能试验,结果表明,拉伸型限位键具有更高的极限变形能力,延性变形能力可通过改变截面削弱段长度进行调节;限位装置整体承载性能与理论预期值符合较好,重复试验下的承载力离散性小,满足群钉协同承载要求.开展了拉伸型限位键和剪切型限位键的疲劳性能对比试验,结果表明新型拉伸限位键比剪切型限位键具有更优的抗疲劳性能.     

夹竹桃根系力学性能研究

以护坡典型植物夹竹桃根系为对象进行室内抗拉试验,研究了根系直径与抗拉力和抗拉强度之间的关系。试验结果表明,单根夹竹桃极限抗拉力随着直径增大不断增大,根茎的抗拉强度随着直径的增大不断减小。根据数据采集时间和根系应变之间的关系,计算出根系弹性模量。证实夹竹桃根系与土体形成根土复合体能够改善土体的强度和变形特征,共同承担外界荷载,有效提高边坡土体抗冲刷和抗侵蚀能力。     

基于静动力测试的多跨预应力连续梁桥承载力评估

建立了基于静动力测试的既有预应力混凝土梁桥的承载力评估方法.该方法主要包括实桥环境振动实验和汽车荷载静载试验、桥梁有限元建模、有限元模型参数修正、模拟汽车荷载的数值加载分析等步骤.利用该方法评估了107国道深圳松岗高架桥九跨预应力连续箱梁桥的承载力,结果表明:该桥边跨满足设计荷载的使用要求,但中跨的承载力严重不足,需要对桥梁结构进行加固.     

改进键型近场动力学方法下的多裂纹板破坏分析

在键型近场动力学理论框架下,通过在常规微弹脆性本构模型中引入表征非局部长程作用力强度尺寸效应的核函数修正项,构建了可部分消除泊松比限制的含裂纹双参数微弹脆性近场动力学本构模型。通过对含双裂纹脆性板的单轴拉伸破坏模拟并将所得结果与已有文献结果进行对比,验证了本构模型和算法的可靠性。在此基础上,通过数值模拟不同形态的多裂纹脆性板的裂纹扩展过程以及定量分析不同初始裂纹形态下的临界破坏荷载数值,给出了初始裂纹数量、位置和方向对结构破坏型式、扩展路径和承载能力的影响规律。     

复合锚杆桩在基础加固中的应用

根据某桥墩基础承载力下降的具体情况，采用单孔复合锚杆桩技术，对桥墩基础进行了加固，并对单孔复合锚杆桩的加固机理进行了初步研究．利用数值模拟方法，对加固后桥墩基础的承载能力以及加固结构的承载性能进行了比较系统地分析．结果表明：利用单孔复合锚杆桩技术加固后的桥墩基础，其承载力有较大幅度地提高，在600kN／m的桥墩载荷作用下，加固结构和周围的岩体在垂直方向上的位移变形值不足2mm，而且基本上保持着同步变形同步稳定的理想状态，达到了设计目的．     

钢筋混凝土箱拱面内受力全过程试验研究

进行了钢筋混凝土箱拱面内受力全过程试验.应用通用程序ANSYS建立了钢筋混凝土箱拱的非线性有限元模型,对模型拱面内受力全过程的非线性受力性能进行了分析.对结构破坏模式进行了探讨,并采用极限分析简化算法对极限承载力进行了计算.研究表明,在面内两点非对称荷载作用下,钢筋混凝土箱拱的破坏模式与实肋板拱相似,均属于以材料非线性为主的二类稳定问题.进行钢筋混凝土箱拱的极限承载力计算时,不可忽略几何非线性的影响,应用有限元法分析时应考虑双重非线性的影响.钢筋混凝土箱拱的结构破坏模式满足刚塑性假定,其极限承载力也可用极限分析法进行简化计算,其结果偏于安全.     

界面优化下的GFRP-混凝土组合桥面板静力性能试验研究

为推广GFRP-混凝土组合桥面板的工程应用,在GFRP-混凝土组合板界面抗剪试验研究的基础上,选取黏砂连接和环氧树脂湿黏结2种连接界面,将前期研究的GFRP-混凝土组合桥面板的连接界面进行重新优化设计,制作10块试件进行静力试验,并将试验结果与前期研究结果进行对比分析.研究结果表明:界面重新优化设计的组合板试件,在试验加载过程中能够满足平截面假定,具有良好的整体工作性能,具有较高的承载力和良好的变形恢复能力;试件的破坏虽然为脆性破坏,但是在破坏前构件的变形较大,有一定预兆,具有较高的强度安全储备.     

抗磁性磁悬浮轴承装置的研究

对运用抗磁材料的磁性轴承,一般通过实验装置来研究其轴承的静态平衡和负载能力及其动态特性。本文所设计研究的实验装置由1个1.010 5 g的NdFeB柱形永磁转子,NdFeB偏置磁体和抗磁材料石墨构成,并对其进行了抗磁轴承负载的有限元计算,计算结果表明与解析式所计算的结果是一致的。     

基于矩张量分析的花岗岩破裂声发射特征试验

基于声发射定位技术和矩张量分析方法,对在单轴加载条件下岩石破裂过程中的裂纹破裂机制及时空分布特征进行试验研究.借助CAD软件展示不同破裂机制的声发射事件,直观反映裂纹破裂类型.研究结果表明:单轴压缩加载试验中,花岗岩试样破裂以剪破坏为主,但岩石微裂纹的破裂类型所占比例并不固定,岩石内部微裂纹破裂类型与岩石材料的力学环境有关;花岗岩作为一种脆性岩石,破裂不符合格里菲斯强度准则认为的脆性材料都是拉伸破坏的基本观点,证明格里菲斯强度准则对于均质度不高的脆性岩石的适用性有一定的局限;花岗岩单轴压缩试验中,试样的破坏类型与其应力水平没有关系,3种类型的声发射事件随应力增大的变化趋势相似.