桥梁CFRP缆索外包陶瓷纤维的防火性能研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)轻质高强,性能优异,但其耐高温性能差.对桥梁CFRP缆索外包30 mm厚陶瓷纤维(CF)防火层的防火性能进行了模型试验研究,使用有限元软件建立了相应的数值分析模型.利用数值模拟对热释放率分别为100和300 MW两种桥面火灾作用下外包不同CF厚度的CFRP缆索内部的升温过程进行计算,获得了各工况对应的缆索临界安全耐火时长,并建立了CFRP缆索CF防火层厚度—临界安全耐火时长关系模型.研究结果表明,桥面火灾作用下,对CFRP缆索外包CF防火层可大幅提高缆索的临界安全耐火时长. CF厚度与缆索临界安全耐火时长基本上呈线性关系.在热释放率为100和300 MW的车辆火灾持续作用下,当CF防火层为70 mm时,防火层-CFRP缆索界面温度达到250℃所需的临界安全耐火时长分别为49和43 min.     

预应力CFRP筋弯曲极限承载力理论与试验研究

为了得到碳纤维复合材料(Carbon Fiber-reinforced Polymer, CFRP)筋弯曲状态下的极限承载力, 开展了不同直径的CFRP筋在不同弯曲半径下抗拉极限承载力研究. 首先, 根据前人的理论公式, 分析CFRP筋直径和弯曲半径对弯曲抗拉强度的影响, 在此基础上建立CFRP筋在弯曲状态下极限承载力的理论计算模型; 其次, 利用建立的模型对2种不同直径的CFRP筋在3种不同弯曲半径下的弯曲极限承载力进行测试, 并将测试结果与理论模型计算结果进行对比, 验证理论模型的正确性; 最后, 通过CFRP筋弯曲状态下极限承载力理论计算模型, 对不同直径和弯曲半径的CFRP筋弯曲极限承载力进行预测. 结果表明 在相同弯曲半径下, CFRP筋的弯曲极限强度随其直径的增大而减小; 在相同直径下, CFRP筋的弯曲极限强度随其弯曲半径的增大而增大; 当弯曲半径大于5m时, 直径为10mm和12mm的CFRP筋的张拉效率均超过90％. 本文所建立的理论计算模型的计算结果与试验结果吻合较好, 可用于预测不同弯曲工况下CFRP筋的极限承载力.     

流线型箱梁斜拉桥索梁锚固段应力分析

斜拉桥索梁锚固区是结构受力关键部位,构造与受力复杂.为掌握流线型箱梁斜拉桥索梁锚固段的应力特点,采用通用有限元软件ANSYS建立索梁锚固段实体计算模型,并通过光弹试验验证模型正确性.在此基础上,分析索梁锚固区的应力分布以及结构传力特点.研究结果表明,加载端设在计算长度外的2倍桥宽处,可消除边界效应影响;在不利荷载作用下,结构以受压为主,应力分布均匀,且应力数值小;横梁横向受弯,合理的预应力设计使得横梁全截面受压;细化构造设计可缓解过人孔洞转弯处及斜拉索锚固点应力集中.     

钢桥面板顶板与纵肋连接疲劳开裂局部加固分析

正交异性钢桥面板纵肋与顶板连接细节处极易产生疲劳裂纹.本文通过精细化有限元模型,分析了栓接角钢加固法和粘贴纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)型材加固法对钢桥面板疲劳性能的影响.结果表明:采用角钢、FRP型材对顶板与纵肋连接细节的疲劳裂纹进行加固,焊缝裂纹附近热点应力峰值降幅可达56.2%和46.5%;焊缝裂纹尖端附近应力强度因子随着板件整体尺寸的增大而减小;改变板件厚度对应力强度因子结果值影响最大,最高可使其下降约80%,改变板件纵向长度和单肢长度对其有一定影响;随着裂纹的持续扩展,栓接角钢法的加固效果开始下降.建议在监测到构造细节处疲劳裂纹后应尽早加固.     

铝合金非等界面复合板的轧制可行性分析

基于ANSYS LS/DYNA仿真软件, 探究不同压下率、轧制温度对铝合金非等界面复合板的影响规律, 并通过热轧实验对非等界面复合加以验证. 结果表明: 随着压下率的增大, 垂直压应力也随之增大, 同时垂直压应力呈现流道附近最大, 两端边部最小; 轧制过程中的上下板垂直应力变化趋势一致, 通过最大垂直应力与变形抗力比值分析得出边部区域复合较为困难. 热轧温度在400℃、430℃时, 边部界面在压下率为30%时就能完全复合, 此温度利于复合板复合; 热轧温度在460℃时, 边部界面在压下率为50%时才能完全复合, 不利于复合. 选用仿真优化参数组, 通过实验对比取样发现, 在微观下看到明显的复合界面与非复合界面的交界处, 说明非等界面复合板成功复合, 这为其他金属非等界面复合判断分析提供了理论基础.     

考虑疲劳累积损伤的FRP-混凝土界面剥离模拟

鉴于疲劳累积损伤对FRP-混凝土界面黏结性能有重要影响, 通过统计分析既有FRP-混凝土界面疲劳剪切试验数据, 基于界面黏结疲劳退化双线性模型获得界面残余滑移量、峰值剪应力和初始刚度的疲劳退化规律, 发现随着荷载循环次数的增加, 界面残余滑移量增加, 而峰值剪应力与初始刚度均减小. 并采用基于内聚力模型的有限元法对典型界面疲劳剪切试验进行模拟, 得到了不同荷载循环次数下的界面黏结滑移关系. 模拟所得峰值剪应力、界面断裂能和界面剪切刚度与理论模型接近, 但极限滑移量大于理论模型, 黏结滑移曲线符合典型试验曲线特征. 从有限元模拟结果可知, 疲劳荷载作用会显著降低界面承载力, 但界面破坏特征并未发生显著变化.     

混凝土路面板热屈曲的临界变温分析

混凝土路面板的热屈曲因板的热压应力引起,而混凝土路面板的临界变温可定义为路面板屈曲时的温度与铺设成型时的温度之差．在分析混凝土路面板在温度场作用下热胀屈曲临界变温的基础上．根据板的热屈曲方程,选择混凝土材料的Piosson比作为小参数,得到临界变温的摄动解．结果表明：临界变温正比于混凝土板的抗弯刚度．混凝土材料的Poisson比及板宽与板长之比对板的临界变温无明显影响．并将摄动解与压杆的Euler临界变温相比较,发现两者的差别为O（v^2）．当Poisson比在0．15～0．2范围内变化时,板的临界变温总是大于压杆的Euler临界变温．且两者相差小于5％．因此,采用压杆的Euler临界变温近似计算板的临界变温对于道路设计而言总是较为安全的．     

相变潜热对焊接数值模拟的影响

基于热弹塑性理论,通过是否考虑相变潜热进行数值计算并通过实验验证,探究焊接相变潜热对焊接数值模拟的影响.结果表明:考虑相变潜热计算所得熔深4.2 mm,熔宽8.2 mm,实验所得熔深4.9 mm,熔宽8.2 mm,所得熔池尺寸与实际焊缝形貌尺寸基本吻合;不考虑相变潜热时,计算出的熔池温度为2 367℃,比实际温度高150℃,热影响区温度为1 189℃,比实际温度高100℃,但二者在冷却阶段差别不大;相变潜热对横向残余应力和厚度方向残余应力峰值有略微影响,差值分别为7 MPa和10 MPa,对纵向残余应力和等效残余应力峰值影响不大.相变潜热对焊接温度场计算影响较明显,对焊接应力场计算影响较小.     

覆土厚度对框架式地道桥受力性能影响

为研究覆土厚度对框架式地道桥受力性能的影响,本文采用理论分析和有限元模拟的方法对某框架桥在施工阶段和成桥阶段多种荷载工况下的变形和应力进行了分析比较.结果表明:(1)随着顶板覆土厚度增加,框架桥最大竖向变形和最大应力均有变小的趋势,但最大横向变形和最大轴向变形基本没有变化;(2)降温是框架桥最大竖向变形的最不利工况,升温是框架桥最大应力、最大横向和轴向变形的最不利工况;(3)施工阶段,中间腹板最大应力随顶板覆土厚度的增加而增大,但增长的幅度很小.降温工况是此时的最不利工况;(4)温度作用是影响框架桥变形和应力的最主要因素,顶板覆土厚度的影响相对较小,在满足列车荷载有效分布厚度的前提下,不必着重考虑.     

无氧铜的平面冲击波实验研究

利用纵向锰铜应力计,对于无氧铜（OFHC）进行了层裂实验,得到了典型的层裂信号;同时测量了试件中的纵向应力和横向应力,以直接确定材料的流动应力.采用构建的2种本构模型对无氧铜平面冲击波试验进行了数值模拟,比较并分析了相关的实验与理论计算结果.     

基于内聚力模型的快速荷载下CFRP-混凝土界面剪切剥离模拟

鉴于纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)已在混凝土结构加固中普遍应用, 能有效提高结构的承载和变形能力. 为揭示动载作用下FRP-混凝土界面的剥离机理, 本文基于ABAQUS平台, 采用内聚力模型模拟CFRP-混凝土界面层, 实现了快速荷载下CFRP-混凝土界面剥离的高效模拟. 结果表明: CFRP表面应变在加载过程中由加载端向自由端方向传递, 随着加载速率的提高, 界面承载能力也随之提高; 界面峰值剪应力也存在显著的应变率效应; 模拟结果与试验结果基本吻合, 说明了新方法的有效性.     

面板剪滞有效宽度的二维弹性理论解答

采用二维应力函数及板梁形变协调条件求得了板梁结构因剪力滞后引起的面板有效宽度,给出了几种典型情况的面板应力及有效宽度弹性理论精确解答的解析表达式及实用计算公式,并分析了荷载、结构型式、梁截面尺寸等对有效宽度的影响。计算结果与原型实测结果吻合良好。本文推荐的实用公式与曲线比以前用近似解答得到的有关结果更加准确合理。计算分析还得到了一个重要结论;简支梁面板纵向正应力沿截面横向变化在满跨均载作用下符合二次抛物线分布,而在跨中集中荷载下却符合三次抛物线分布,这为一些近似方法提供了抛物线次数假定的依据。     

脆性基体复合材料层板弯曲破坏的数值模拟

讨论了复合材料层板的弯曲破坏问题,纤维层是正交异性弹性体,而基体为脆性损伤材料。提出了一种脆性损伤模型,虽是各向同性连续损伤模型,但利用等效损伤应变的定义,可以区分拉、压和剪切对损伤的不同响应。用有限元法数值模拟了如下现象,一旦基体出现临界损伤,弯曲载荷则从最大值急速下降,同时基体的临界损伤区很快扩展,并且发生局部纤维断裂,从而使复合材料层板几乎失去了承弯能力,整体呈脆性特性。为便于了解破坏过程,给出了若干状态时板内的应力等值线分布图。     

不同剪跨比下陶粒混凝土叠浇梁抗剪性能试验研究

简支梁受压区采用普通混凝土, 受拉区采用陶粒混凝土, 可充分利用普通混凝土的高抗压强度及陶粒混凝土良好延性及自重轻的优点, 实现二者有机结合. 通过设计制作3根底部采用陶粒混凝土, 上部采用普通混凝土, 剪跨比分别为1.3、1.9、2.5的叠浇梁, 和1根剪跨比为1.9的全陶粒混凝土梁进行抗剪性能试验, 分析叠浇梁在荷载作用下的整体工作性能与破坏特征, 研究不同剪跨比对叠浇梁抗剪极限承载力、变形、最大斜裂缝宽度、纵筋应变和箍筋应变的影响. 结果表明: 所设计的叠浇梁叠浇结合面整体工作性能良好; 随着剪跨比的增大, 跨中挠度和最大斜裂缝宽度增大; 达到极限荷载时, 纵筋均未屈服, 剪跨区箍筋屈服, 4根简支梁均发生典型的剪切破坏.     

镁合金钢板内固定治疗胫骨中段骨折的有限元分析

运用有限元分析法, 评价镁合金、钛合金、不锈钢3种不同材料在治疗胫骨干骨折的力学性能差异. 以Dicom格式导入Mimics 20.0软件中建立胫骨三维模型, 并运用Geomagic与Solidwork软件制作胫骨骨折内固定模型, 将上述模型导入Workbench 2020软件中, 赋予材料属性, 给予轴向载荷、扭转载荷2种加载模式, 分析3种材料的应力和位移. 在600N轴向加载模式下, 钛合金内固定应力为(117.42±0.07)MPa, 位移为(0.73±0.11)mm; 镁合金内固定应力为(117.11±0.04)MPa, 位移为(0.82±0.08)mm; 不锈钢内固定应力为(117.53±0.03)MPa, 位移为(0.62±0.13)mm. 在30N?mm扭转加载模式下, 钛合金内固定应力为(174.50±0.33)MPa, 位移为(0.75±0.07)mm; 镁合金内固定应力为(168.75±0.15)MPa, 位移为(0.82±0.16)mm; 不锈钢内固定应力为(176.23±0.51)MPa, 位移为(0.61±0.13)mm. 结果表明: 2种不同加载模式下3种不同材料的内固定结果数值差异不大, 镁合金内固定与钛合金内固定、不锈钢内固定力学性能相似, 而镁合金更亲和人体, 可以代替传统医用金属材料用以治疗胫骨中段骨折.     

关于受冲击编织复合板的一个例子(实验特征及模型)

本文对厚编织复合材料板由硬的钢圆柱弹丸穿孔问题进行了研究．实验研究表明连续穿孔时在侵彻弹丸附近发生材料的横向剪切以及面内中间层分层的传播，而面内中间层分层的传播将导致纤维的拉伸断裂?由于冲击加载并不是瞬时的，这导致了横向剪切．在接近穿孔极限速度的入射速度(V50)范围内，这一机制依赖于复合材料板的厚度和中间层剪切强度．中间层分层的传播则由弹丸与靶接触时引起的弯曲波所致．由弯曲波所致的面内分层传播这一现象分别引起了面内圆形损伤和沿厚度内的锥形损伤．同时分层传播由弯曲波速所控制，其依赖于纤维的弹性特征、编织层的失效时间(其直接由编织层的弯曲刚度决定)及材料一些特定的失效参数．另外由于增加了拉伸破坏吸收的能量，分层传播还改进了材料的冲击强度．本文提出了一个分析模型来确定分层区域和靶的穿孔极限速度．采用这一模型对穿孔极限速度的计算结果表明其与实验值符合良好．     

柴达木盆地北缘新生代右行走滑冲断构造带的几何学和运动学

通过露头地质调查、地震剖面解释和地层残余厚度图的分析,发现柴迭木盆地北缘新生代以右行走滑冲断构造变形为主.走滑冲断构造带内的断层在平面上呈分支复合,剖面上表现为花状构造,走滑逆冲断层上、下盘地层呈不协调产出.右行走滑冲断构造带形成的应力来源于阿尔金断裂左行走滑的拖拽力作用以及北东-南西和北西-南东向的简单剪切应力作用.