基于声发射和DIC的碳纳米管水泥基材料抗压力学性能研究

为研究碳纳米管(CNTs)对水泥基材料抗压力学性能的影响，对不同掺量(0%～1.0%,质量分数)CNTs的水泥基材料进行单轴抗压试验，并采用声发射(AE)和数字图像相关方法(DIC)进行全过程监测。结果表明：随着CNTs掺量增加，试件的抗压强度呈先增大后减小的趋势，当CNTs掺量为0.6%时，试件抗压强度达到最大值，较对照组提升了23.6%;当CNTs掺量为0.8%时，试件抗压强度较掺0.6%CNTs时降低了10.6%,较对照组提升了10.5%。振铃计数、能量变化与试件加载过程的应力应变曲线吻合较好，振铃计数与能量突增可以作为试样损伤破坏的预警依据。加载阶段的应变值随碳纳米管掺量增加先增大后减小，并且抗压强度小的试件率先出现明显应变变化。主应变云图主要为轴向分布，表明试件表面的破坏模式以竖向劈裂为主。     

CFRP拉挤板材的力阻效应

采用单向拉伸试验考察了碳纤维增强塑料(CFRP)拉挤板的电阻–应变响应规律。结果表明,纵向拉应变引起CFRP拉挤板纵向电阻的增大,其力阻效应的平均灵敏度为1.87,尺寸变化是其电阻变化的主要原因;CFRP拉挤板的力阻响应具有较好的线性,其非线性误差为±1.5%;循环加载过程中,CFRP拉挤板的力阻响应平稳,重复性误差为±4.3%;经过一个周期的加载–卸载试验后,CFRP拉挤板的电阻产生不可逆的增大,其迟滞误差为±4.8%。     

基于力阻效应的CFRP加固钢梁的自检测技术

针对碳纤维增强塑料(CFRP)加固钢结构,基于加固材料自身的力阻功能特性,提出以覆盖在结构表面的CFRP加固层作为传感器实施结构的变形与损伤监测。开展了CFRP加固钢梁的三点弯曲实验,利用四电极法监测了加载过程中CFRP加固层的电阻响应。结果表明,在循环加载过程中,无论是位于受拉侧还是受压侧,CFRP加固层的电阻均能及时响应结构的变形,而且具有良好的线性和重复性;在单调加载至屈服阶段时,CFRP加固层的电阻响应曲线相应地出现转折点,当结构破坏时,该电阻响应曲线发生突变。实验结果为CFRP加固钢梁变形与损伤的自监测提供了依据。     

考虑不同位置变化的GFRP筋与混凝土粘结试验研究

通过对GFRP筋混凝土试件进行内贴片单端拉拔试验,将试验数据进行总结和分析,绘制GFRP筋应变随荷载和不同位置变化的分布曲线,探讨曲线各自的特征;研究GFRP筋与混凝土之间的粘结应力及滑移随不同位置变化的分布情况。试验结果表明,由于GFRP筋材料本身特性的原因使得其与混凝土之间的粘结应力随位置的变化规律与钢筋混凝土有显著的不同;运用粘结长度范围内不同位置处的滑移拟合公式得到的随不同位置变化的滑移曲线计算值与试验值吻合良好。     

单向碳纤维增强塑料的温敏效应

通过升温实验考察了单向碳纤维增强塑料(CFRP)的温度敏感性,并提出一种利用该效应进行CFRP加固结构温度自监测的方法。结果表明,在恒定温度下,单向CFRP具有稳定的伏安特性;在15~60℃的升温过程中,其纵向电阻先表现出PTC效应(电阻随温度升高而增大),后表现出NTC效应(电阻随温度升高而减小),横向电阻一直表现出NTC效应,且响应曲线线性稳定,因而更适用于温度传感,其温度敏感系数为-0.000 253℃~(-1);当CFRP加固在混凝土结构上时,由于混凝土结构对CFRP加固层的热变形的制约,其NTC效应得到增强。     

三轴加载作用下矿化花岗岩的蠕变试验研究

岩石的蠕变特性影响岩体的长期稳定性,对矿化花岗岩试件进行了单轴和三轴蠕变试验,并对预制裂隙矿化花岗岩进行单轴蠕变试验,提出蠕变能量积聚理论,在此基础上进行蠕变恒载之后的加载破坏试验。试验结果表明:矿化花岗岩单轴加载的蠕变试验,在低压荷载保持恒定时,应变变化较小,但变化具有一定的规律性,相应的应变值变化不大。而当增加荷载时,应变变化速度加快,蠕变值出现起伏变化。矿化花岗岩在低压时,蠕变变形起伏较小,呈现明显的等速蠕变变化趋势;当荷载加大到高压时,花岗岩并非表现单一的蠕变变化趋势,而是呈现复杂的起伏变化特点。预制裂隙的存在,大大降低了试件的最大抗压强度。相同荷载作用下的蠕变变化比未预裂试件的变化速度快。试件或预裂试件在单轴荷载作用下,其蠕变曲线可用开尔文体进行表征,而试件在三轴蠕变试验机上得到的蠕变曲线,尤其是处于高压时却出现了应变松弛现象。     

轴压PVC-CFRP管钢筋混凝土柱应力-应变关系模型

开展10根轴压PVC-CFRP管钢筋混凝土应力-应变关系试验研究,结果表明试件应力-应变关系曲线可分为两个阶段:第一阶段为抛物线,与相同配筋钢筋混凝土柱的应力-应变关系曲线相似;第二阶段为强化段,试件应力-应变关系基本呈线性关系,随着FRP条带环箍间距的增加,试件强化段斜率逐渐减少,轴向配筋可显著提高核心混凝土柱的承载力和变形,配筋率对试件强化段的斜率影响很小。通过对试验数据的回归分析,提出试件轴压承载力和极限压应变的计算方法,并建立相应的应力-应变关系模型。     

碳纤维再生混凝土循环受压性能及本构关系研究

为了研究循环荷载下碳纤维再生混凝土(CFRAC)的受压性能,以再生粗骨料取代率、碳纤维体积掺量和加载速率作为变化参数,设计并制作了40个圆柱体试件进行循环受压加载试验。试验观察了试件的破坏形态,获取了应力-应变曲线,分析了不同变化参数对峰值应力、峰值应变、塑性应变、刚度退化和应力退化等性能的影响规律。结果表明：碳纤维再生混凝土试件在循环荷载作用下主要发生脆性破坏;碳纤维改善了再生混凝土的循环受压性能,与未掺碳纤维混凝土相比,当碳纤维体积掺量为0.3%时,峰值应力和峰值应变分别提高了11.33%和12.22%;刚度退化与应力退化程度得到降低;当再生粗骨料取代率为100%时,峰值应力和峰值应变分别提高了10.16%和14.29%;最后,提出了碳纤维再生混凝土在循环受压下应力-应变本构方程。     

碳纤维复合材料加固形式对棱柱体应力应变的影响

为了进一步研究碳纤维加固技术对棱柱体本构关系的影响,利用碳纤维增强复合材料(CFRP)以0、100、200 mm等不同加固间距对素混凝土棱柱体加固后进行轴压,以荷载、位移、环向应变和竖向应变等参数为判定依据,结果表明:未加固的素混凝土柱脚发生脆性破坏;CFRP加固间距为0的包裹试件被压碎,CFRP发生断裂;加固间距分别为100、200 mm时,非加固区混凝土出现比较分散的裂缝;CFRP能够有效约束加固柱的环向应变,且破坏时试件有一定的延性;CFRP加固间距为0的试件能够约束竖向位移,但只要有加固间距,竖向应变就不会发生太大变化。     

通电过程中单向连续CFRP的暂态效应

采用不同大小的激励电流,研究了单向连续碳纤维增强塑料(CFRP)从通电初期到稳定阶段的电压响应规律。结果表明,当激励电流≥300 m A时,在通电初期,试样的电阻急剧减小,当通电时间达到100 s左右后,电阻逐渐趋于稳定。激励电流越大,其加载初期的电阻变化速度越快,其稳定状态下的电阻变化量也越大。在通电过程中CFRP试样的温度逐渐上升,其温度变化曲线形状与电阻的暂态响应曲线形状基本相同,稳定状态下的温升随着激励电流的增大而增大。实验结果揭示了通电发热所引起的温敏效应是形成CFRP暂态响应的主要原因。     

基于碳纤维材料力阻效应的传感器工程应用初探

碳纤维复合材料(CFRP)的力阻特性已经在实验和理论上获得了较多的探索与验证。将碳纤维与改进配方的基体制成新型的CFRP传感材料,并对其力阻特性进行测试,验证了CFRP作为传感器的可行性,这也是CFRP成为集成承载特性和传感特性的智能材料所必备的条件。然而在实际工程中,承载材料的受力情况远比拉伸试验复杂,因此设计了一项实验,将CFRP传感材料布置于梁内的受拉区,最大限度地模拟受力筋的实际受力情况,测试了CFRP传感材料在实际工程的复杂受力情况下,对荷载、裂缝等结构状态信息的反馈情况。实验结果表明,CFRP传感材料能够较为直观地反映以上结构信息。     

预应力CFRP筋粘结夹片式球面锚具的研制与试验

碳纤维增强塑料(CFRP)筋良好的工作性能使其可以代替传统的预应力钢筋,但相对滞后的锚固体系研究已成为影响其使用的关键原因。通过研制新型的CFRP筋粘结夹片式球面锚具,研制了3种不同尺寸锚具,共9组试件进行锚固性能试验。结果表明,在锚固国产光圆碳纤维增强塑料筋时,锚具锚固效率最大达到80.6%;对于粘结夹片式球面锚具,钢质套管长度和粘结介质的粘结性能是影响锚固性能的关键因素;球面锚具可以自动调整CFRP筋的中线与锚具锥孔中线,改变孔口的受力特性,减小孔口剪应力,提高锚固性能。     

碳纤维复合材料的电阻-应变传感特性研究

在研究碳纤维复合材料(CFRP)的电阻-应变变化规律的基础上,本文分析了碳纤维织物形式、电极种类对电阻变化的影响.并对单向碳纤维布复合材料的导电模型进行了推导.结果表明,单向碳纤维布复合材料电阻变化具有较好的应变相关性,可作为应变传感器使用,达到预警及智能监测的效果.     

碳纤维复合材料箱形梁的初始破坏载荷研究

结合复合材料经典层合板理论和折板理论建立一种适用于碳纤维复合材料箱形梁初始破坏载荷的理论计算方法。应用该方法分别对[0_4/±45/0_4]、[0_2/±45/0_2/±45/0_2]和[±45/0_2/±45/0_2/±45]三种铺层方案的箱形梁进行初始破坏载荷计算,得出其初始破坏载荷值。同时使用DNS100电子万能试验机对复合材料箱形梁三种铺层方案的试件进行三点弯曲实验。比较复合材料箱形梁初始破坏载荷的理论计算值与实验值,三种铺层方案的箱形梁理论计算误差小于4%。研究结果表明:本文建立的复合材料箱形梁初始破坏载荷的理论计算方法是正确的;复合材料箱形梁的0°铺层比例越高,箱形梁的初始破坏载荷越高。     

FRP筋混凝土粘结滑移模型的研究和试验分析

本文详细介绍了国内外关于FRP筋与混凝土粘结滑移本构关系模型的研究成果和现状,探讨了各模型的曲线特征,通过表面变形CFRP筋混凝土的拔出试验得到了较为理想的连续的粘结-滑移关系曲线,并将试验所得的曲线与国内外现有的几种模型曲线在各个阶段的吻合情况进行了对比分析。     

The mathematical expression of rate constants in empirical rate of dyeing equations in disperse dyeing

The relationship between the rate constants in empirical rate of dyeing equations and the diffusion coefficient of dye in the fibre have been clarified by means of a statistical curve fitting method, where the rate of dyeing curves calculated from the theoretical equations (those of Wilson and Newman) have been compared with those from the empirical equations in the range M_t/M∞ from zero to about 0.8. The comparisons revealed that many of the empirical equations are suitable for describing the dyeing rate when there is a delay of dye sorption in the early stages, and one of them is useful for determining the dyeing rate when there is rapid dye sorption at the initial stages. The fact that these empirical equations fit well to practical dyeing can be explained in terms of the sorption delay caused by the stagnant solution layer surrounding the fibres.     

长期腐蚀环境影响下GFRP筋混凝土构件的老化机理及抗弯性能研究

为了研究长期腐蚀环境影响下GFRP筋混凝土构件的老化机理以及抗弯性能,分别分析了水分、温度、碱性环境等因素对GFRP筋抗拉强度、有效受拉面积和粘结强度等性能方面的影响。基于GFRP筋材料老化后与混凝土协同工作关系的变化,通过构造新的几何条件,推导了老化GFRP筋正截面抗弯承载力计算公式,利用推导的公式分析了不同GFRP筋老化率对构件承载力的影响。研究表明:GFRP筋混凝土构件在腐蚀环境长期作用下,GFRP筋不断老化,其抗拉强度、有效受拉面积以及粘结性能都有不同程度的降低;随着GFRP筋材料老化率的不断增加,构件抗弯承载力损失率也不断增加,当老化率达到27%时,构件抗弯承载力也相应损失了25.97%。     

THE RELEASE OF STRAIN IN GLASS*

Measurements of strain release¹ showed that check results were obtained only when the previous history of the samples was the same. Moreover, it was found that the release of strain was more rapid at first than could be accounted for by the equation of Adams and Williamson. This paper discusscs the effect of previous history on the measurements, describes an improved device for loading the specimens, and suggests a logarithmic equation which, in general, fits the observations better than that of Adams and Williamson. Tests of the equation are made both on data obtained from the modified apparatus described and on the data of Adams and Williamson. It is indicated that the Adams and Williamson equation gives too long an annealing time at higher temperatures and too short an annealing time at lower temperatures. It appears that the rate of release of strain depends on some power of the strain which varies from unity at high temperatures where the glass is a viscous fluid to a higher power at low temperatures where the release of strain is elastico-viscous in character. With a siugle specimen at any fixed temperature in the annealing range, however, it appears that the release of strain in various parts of the specimen takes place at a rate which is proportional to the strain, but that the rate undergoes continual change with time.     

低温下泡沫混凝土的动态力学性能

为了研究低温下泡沫混凝土的动态力学性能,采用φ100 mm的铝制分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对不同温度下泡沫混凝土试件进行冲击压缩试验,得到了不同温度、应变率下的泡沫混凝土的应力应变曲线、能量参数、破碎形态等。结果表明:当应变率在62.59 s^-1以下时,泡沫混凝土应力应变曲线分为线弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段;当应变率超过62.59 s^-1时,其应力应变曲线分为线弹性阶段、屈服阶段、局部失稳、应力平台、破坏阶段;常温、0 ℃、-10 ℃、-20 ℃和-30 ℃下,泡沫混凝土的动态抗压强度以及吸收能在对应的应变率分界点前表现出显著的应变率效应,但超出该分界点后,应变率效应便不再明显;泡沫混凝土的动态峰值抗压强度与吸收能随温度的降低而提高,但峰值应变随温度降低而降低;泡沫混凝土冲击破碎后的块度随着温度的降低逐渐变大。在低温环境下泡沫混凝土的抗动载设计中,对于泡沫混凝土的峰值抗压强度、吸收能,应优先考虑温度效应的影响,而对于其峰值应变,应优先考虑应变率效应。     

褐煤等温干燥过程及动力学研究

为研究褐煤干燥过程,利用煤质水分分析仪和微分热重分析方法,对不同粒级的褐煤在不同干燥温度下进行等温干燥试验,得到了样品含水率与干燥时间、干燥速率与含水率的关系曲线。通过粒级分布系数对褐煤进行含水率折算,并用不同干燥模型对试验数据进行拟合,得到了在介质温度140℃下3个干燥阶段的干燥方程及干燥动力学参数。结果表明,引入粒级分布系数得到的干燥速率特征常数k值,与不同粒级的干燥速率特征常数k的均值相近。根据褐煤的干燥速率和水分的存在形式,将褐煤干燥过程分为3个干燥阶段,分析得出干燥方程模型分别用线性干燥模型、Wang经验模型、Page模型较为合理。根据Arrhenius经验公式建立了ln k与1/T的关系,得到褐煤干燥的界面蒸发活化能Ea=17.088 k J/mol,指前因子A=12.47 min~(-1)。