Large Scale Analysis of Mechanical Properties in 3-D Fiber-Reinforced Composites Using a New Fast Multipole Boundary Element Method

Fiber-reinforced composites are commonly used in various engineering applications. The mechanical properties of such composites depend strongly on micro-structural parameters. This paper presents a new boundary element method (BEM) for numerical analysis of the mechanical properties of 3-D fiber-reinforced composites. Acceleration of the BEM is achieved by means of a fast multipole method (FMM), in allowing large scale simulations of a finite elastic domain containing up to 100 elastic fibers to be performed on one personal computer. The maximum number of degrees of freedom can reach a value of over 250 000. The effects of several key micro-structural parameters on the local stress fields and on the effective elastic moduli of fiber-reinforced composites are evaluated. The numerical results are compared with analytical predictions and good agreement is observed. The results show that the fast multipole BEM could be a prom- ising tool for further understanding of the mechanical behavior of such composites.     

热振环境下纤维增强悬臂复合薄板的固有特性

基于哈密顿原理建立了纤维增强悬壁复合薄板的动力学方程,并利用双向梁函数法对其固有频率进行求解.然后,编写了Matlab计算程序,并给出了热振环境下分析其固有特性的具体流程,最后,搭建了该类悬臂复合薄板结构在热振环境下的固有特性测试系统.并以TC500碳纤维/树脂复合薄板为研究对象,对其固有频率进行了测试.结果表明,热振环境下纤维增强悬臂复合薄板固有频率计算结果与实验结果的误差在15%以内,且振型结果也与测试振型结果一致,进而验证了所提出的理论分析方法的正确性.     

玻璃纤维筋混凝土构件的设计原理

从材料力学和钢筋混凝土结构的设计理论出发，假设混凝土先受压破坏，引入修正系数，得到了修正后的玻璃纤维筋混凝土构件抗弯、抗剪设计理论，由此考察了玻璃纤维筋混凝土构件的脆性破坏机理和特性．最后通过一个玻璃纤维筋用于剪力墙结构的工程实例，初步验证了修正后的设计理论的实用性、科学性和安全性．     

配有钢筋和FRP筋梁的非线性有限元分析

介绍了配有纤维增强复合材料（FRP）筋和普通钢筋梁的非线性有限元分析,结果表明：配有FRP筋梁的强度较仅配钢筋的梁的强度高,2种筋的复合使用可提高梁的延性．     

软体机器手纤维增强式三腔体结构设计与分析

根据人手三指节结构,提出纤维增强式三腔体仿人软体机械手和新型布管方式.采用Neo Hookean模型建立了软体机械手单指的大变形数学模型,分析了软体机械手单指的形变特征,建立了弯曲模型和扭转模型.采用Ecoflex 00-50与Dragon skin 30 进行1∶1比例混合制作软体手指,并利用测试数据对理论模型进行了误差修正.结果表明,提出的新型软体手指结构的理论模型和实际测量数据一致,相对于其他结构,新型布管方式增加了整体的稳定性,得出的结论可为仿人软体机械手的发展提供理论支撑.     

基于细观模型的超高性能钢纤维混凝土SHPB试验数值模拟

超高性能钢纤维混凝土是一种极具创新性的水泥基复合材料,具有优异的力学性能,在结构抵抗极端荷载方面潜力突出.为研究超高性能钢纤维混凝土动态力学性能,利用LS_DYNA软件建立了由砂浆和钢纤维组成的细观数值模型.首先,通过静态压缩和劈裂试验对细观模型进行了验证.其次,对霍普金森压杆(SHPB)试验进行了数值模拟,并在细观尺度上解释了应力-应变历程,研究了钢纤维含量对超高性能钢纤维混凝土动态性能的影响.研究结果表明,该模型能够很好地预测超高性能钢纤维混凝土的静态和动态性能;当钢纤维在合理范围内(0%–2.5%)时,超高性能钢纤维混凝土动态强度随着钢纤维体积率的增加而显著增大;然而,超高性能钢纤维混凝土动态增强因子低于传统混凝土材料.同时,定量分析了钢纤维增强效果,并在试验和数值模拟的基础上推导了超高性能钢纤维混凝土的动态本构关系.     

预应力FRP片材增强RC梁的界面应力分析

粘贴预应力纤维增强复合材料(FRP)片材对土木建筑结构进行加固和修复,可以提高工程效率,改善构件的受力状况.文中从理论分析入手,推导了预应力FRP片材增强钢筋混凝土(RC)梁界面层的剪应力和正应力的计算公式,分析了预应力作用下FRP片材和混凝土之间的界面层的应力分布,并通过有限元对碳纤维簿板(CFL)增强RC梁作了数值实验验证,探讨了初始预应力施加量和CFL厚度对界面应力的影响.理论分析和有限元计算结果表明,当CFL两端无锚固、施加初始预应力为CFL抗拉极限强度的20%时,CFL有发生剥离的危险.     

纤维增强复合材料增强胶合木受弯构件研究综述与展望

针对纤维增强复合材料（FRP）增强胶合木受弯构件研究进行综述,系统梳理了现有增强技术,详细阐述了界面黏结性能、抗弯性能、蠕变性能的影响因素与分析方法。研究表明：FRP增强技术能更有效地利用胶合木受弯构件中木材的强度,提高构件抗弯承载力、控制弯曲变形并改善脆性破坏模式。针对FRP增强胶合木受弯构件在工程应用上的制约因素,提出了在预应力增强技术、长期性能、抗火性能和可靠性方面研究中亟需解决的关键问题。     

碳纤维布加固混凝土梁时效变形分析

按换算截面法推导了CFRP加固混凝土梁时效变形计算公式．在此基础上编制了预测收缩、徐变变形的分析计算程序，考虑了混凝土强度等级、加载应力、配筋率的变化、混凝土开裂、混凝土收缩徐变等因素的影响，与其它计算方法比较表明，该方法能较精确预测CFRP加固混凝土梁的时效变形。     

CFRP板加固钢梁界面应力的理论与试验研究

在碳纤维增强复合材料(CFRP)板加固钢梁中,CFRP板端部的应力集中往往会导致板的剥离破坏.文中首先对CFRP板加固钢梁的界面应力进行了研究,推导了外荷载作用下CFRP板加固钢梁的界面应力计算公式;然后,通过改变CFRP板的长度、厚度以及加载方式,探讨了静载作用下8个试件的承载力及刚度变化.理论分析及试验结果表明:(1)试件的主要破坏模式是CFRP板的剥离破坏;(2)增加板长能减小加固梁的界面应力集中,但不能提高梁的截面承载力和刚度;增加板厚虽然增加了界面应力集中,却能进一步提高梁的截面承载力和刚度;(3)由界面应力的理论计算公式求出的各个试件发生剥离破坏时的最大界面应力基本一致.