受轴向压缩GFRP圆柱壳渐进失效行为分析

对层状纤维复合材料ＧＦＲＰ圆柱壳受轴向压缩下的失效模式进行准静态下试验研究。研究此类薄壁结构的缓冲性能,分析其渐进压缩破损模式和整体破坏模式的形成机理。结果表明随着纤维铺设角度的改变其压缩失效模式发生变化,并影响结构的能量吸收能力,其破 损模式的主导形式与分导扩展强度、环向断裂强度和纤维与基体脱胶裂纹相关。     

纤维针刺轻量化热防护结构力学性能研究

本文以高超飞行器针刺轻量化热防护结构为研究对象,基于数值仿真方法,通过编写针刺纤维束、编织复合材料面板以及气凝胶夹芯材料的损伤与失效分析的UMAT子程序,研究了该热防护结构在典型面外拉伸、压缩荷载下的失效行为,同时本文开展了该针刺轻量化热防护结构在典型机械荷载下力学性能的实验测试工作,数值仿真结果与热防护结构试验件的面外拉伸、面外压缩、层间剪切实验结果吻合较好.     

变刚度复合材料层合板的力学性能

基于Altair HyperWorks软件二次开发平台,开发了一种层合板变刚度铺放有限元建模工具,并利用该工具对纤维曲线铺放形式的变刚度层合板进行了有限元建模。在平面静力载荷作用工况下,对比直线纤维层合板与变刚度层合板的不同应力分布,得到了应力分布与纤维角度、纤维铺放密度之间的关系;另外,在压缩载荷作用工况下,对比研究了直线纤维层合板与变刚度层合板的临界失效载荷,研究发现变刚度层合板的失效载荷提高了12.68%。纤维的变角度铺放提高了构件的可设计性,增强了其抗失效性能。     

层合圆柱壳轴向撞击失效行为的试验研究

主要针对缠绕成型的玻璃纤维增强环氧和聚酯树脂圆柱壳的轴向撞击失效行为进行了研究 .通过试验研究了不同铺设方式的复合材料圆柱壳在轴压载荷下的渐进破坏模式、载荷变化特征、能量吸收机理 ,能量吸收能力以及轴向压缩行为的影响因素 .研究表明圆柱壳的渐进压缩过程可提供平稳的制动力 ,有良好的缓冲性能和能量吸收能力 ;[±θ]5玻璃纤维 /环氧圆柱壳的能量吸收能力 ,随纤维角度的增大有所增加 ;撞击载荷下圆柱壳的压缩过程、破坏模式与准静态加载基本相同 ,当圆柱壳的纤维缠绕角度 θ>4 5°时试件的能量吸收能力较静态有较大提高     

非屈曲织物增强复合材料双轴压缩力学行为

在实际工程应用中,复合材料与构件往往处于复杂的应力状态,开展近似真实载荷环境下的力学实验分析,能够更准确地认识实际应用中材料的真实承载能力和失效机理.基于非屈曲单向碳纤维织物复合材料层合板的细观结构特征,设计了双轴压缩试样,开展了材料单轴、双轴压缩试验研究,对比分析了单向织物复合材料在不同压缩载荷下的力学行为.研究结果表明:非屈曲单向织物复合材料的单轴压缩行为表现为线性、脆性断裂;破坏模式整体表现为剪切屈曲破坏,与单轴压缩相比,双轴压缩载荷作用下材料整体表现为线性、脆性断裂,但其应力-应变曲线表现出一定的非线性特征;双轴1∶1等比例压缩对材料抵抗变形能力有一定强化效应,材料压缩模量增加;双轴2∶1非等比例压缩的结果与之相反,材料压缩模量大幅降低;双轴压缩强度均低于其单轴压缩强度;破坏模式主要表现为分层、基体开裂和纤维断裂,其中以分层现象尤为明显.     

玻璃纤维蜂窝管压缩试验及力学性能研究

针对复合材料压缩载荷及吸能特性现有研究的不足,提出不同壁厚、不同胞元数量的玻璃纤维蜂窝管结构,采用万能试验机进行静态压缩试验。结果表明：蜂窝管壁厚值较小时,其主要失效形式为纤维断裂;壁厚值较大时,其失效形式为纤维断裂损伤及纤维层分层。压缩峰值载荷及总吸能随胞元数量及壁厚值增加而增大,比吸能仅随其壁厚值增加而增大。壁厚值0.4 mm的单胞元蜂窝管压缩峰值载荷取最小值2.11 kN,对应的能量吸收总量为23.9 J,比吸能为7.96 J·g^-1;壁厚值0.8 mm的八胞元蜂窝管压缩峰值载荷取最大值53.1 kN,对应的能量吸收总量为1 353.6 J,比吸能为36.88 J·g^-1。     

软土结构性定量化参数研究

土结构性研究的根本任务是寻找能全面反映土在应力作用下结构破损规律的定量化指标。对黄石、漳州、青岛地区软土进行单向与等向压缩试验,分析结构性土的压缩特性,探讨了不同试验条件对软土结构性的影响,结果表明：当压力低于结构屈服压力时,主要是初始结构的自我调整过程,结构存在少量的破损,压缩性较小;当压力大于结构屈服压力时,结构大量破坏,除了颗粒间的滑移,还伴随结构的塌陷,压缩性大大增加;重塑样在压缩过程中压缩性变化不大,这是由于重塑样已失去了结构性的影响。根据土样在压缩过程中结构破损情况提出了一个新的判别结构性强弱的定量化参数一结构破损系数,该值可通过AutoCAD软件简单获取,便于推广。利用该方法判别试验土样中结构性最强的为青岛软土,黄石软土次之,漳州软土最弱。最后利用结构破损系数解释了不同扰动程度对压缩曲线的影响。     

地震动与损伤模型对结构失效影响的统计分析

考虑到地震动的随机性对结构响应造成的变异性以及不同截面损伤模型对结构失效的影响,有必要对不同地震动作用下结构的失效模式进行统计分析.以一个钢筋混凝土平面框架为例,采用三种截面损伤模型来研究结构在不同地震动作用下的失效模式,基于加权秩和比的统计方法得出新的失效模式,通过定义相似度来描述其与最弱失效模式的差异性.结果表明,截面损伤模型对结构失效模式的影响有限,不同截面损伤模型得到的失效模式大体相近.基于规范设计反应谱,当输入的不同地震动之间的离散性较小时,首个失效截面位置都相同;所提出的失效模式与最弱失效模式有着较大的差异,前者具有统计意义,更便于工程实际应用.     

基于代理模型的机身蒙皮复合材料夹层结构可靠性分析

复合材料结构具有力学性能、几何尺寸等的多源不确定性和失效模式多样化的特点,给其设计与应用带来了挑战。为了探索多源多失效模式下复合材料夹层结构的可靠性分析方法,以机身蒙皮夹层结构为研究对象,建立了参数化有限元分析模型和声学边界元模型进行确定性分析。考虑复合材料的力学性能参数和铺层厚度的随机性,为夹层结构的静强度失效、整体屈曲和振动噪音3种典型失效模式建立结构可靠性分析模型。为了减少计算量,构造3种失效模式的Kriging代理模型,并结合子集模拟方法预测机身蒙皮夹层结构的系统失效概率。为复合材料夹层结构精细化设计提供支撑和工具。     

极端重载条件下高效切削刀具技术

冲击破损和粘结破损是刀具在极端重载切削条件下的两种主要失效形式,冲击破损是由于刀具承受极端机械冲击产生的断裂破损现象;而粘结破损是在超高温和超高压作用下切屑新鲜表面与刀具表面发生冷焊而使刀具表面发生损坏的现象.通过分析研究极端重载切削过程,获知变频率热冲击和机械冲击是引起刀具失效的主要因素,因此,本文就如何在极端重载切...     

软土结构性及结构破损机理

通过对漳州和黄石地区2种结构性软土进行单向与等向压缩试验,根据原状样和重塑样的压缩曲线确定了先期固结压力和结构强度.研究表明,漳州软土结构应力比在1.1~1.2之间,黄石软土在1.2~1.3之间,说明在沉积过程中产生的结构屈服压力与上覆压力基本成正比.结构强度随埋深、试验的加荷间隔、加荷时间的增加而增大;由单向压缩试验曲线得到的结构强度大于等向压缩试验曲线得到的结构强度;卸载再加载过程对结构性强弱影响不大.计算得到漳州软土结构破损系数为17.7%,黄石软土结构破损系数为14%,说明黄石软土结构性略强于漳州软土.从微观角度解释了土的结构破损主要是由颗粒间的连接方式的改变与孔隙变化所引起的.     

纤维金属层板成形极限测试的新试样设计

在拉深成形过程中,纤维金属层板常见的失效模式主要有起皱、纤维拉伸断裂以及界面分层.受金属拉深成形测试的启发,经研究,当纤维金属层板以纤维拉伸断裂与界面分层失效为主要的失效模式时,可以将纤维应变引入到成形极限图中.但是,由于用于拉深测试的传统金属条状试样形状会干扰纤维金属层板内纤维应变的计算,因此,本研究设计了一种新型切...     

多传感器信息融合滤袋破损检测方法

工业环保袋式除尘器滤袋破损直接导致设备失效,目前其监测主要依靠出口浓度检测,局限性大,误检率高。基于过滤过程滤袋破损特征分析,提出了一种多传感器信息融合滤袋破损监测方法。首先,通过理论分析和实验研究,明确了滤袋破损状态下的多传感器信号特征;研究了多传感器数据融合方法,给出了基于D-S证据理论的滤袋破损监测数据融合算法和实现过程。针对大型工业袋式除尘器滤袋不同破损状态监测实验,结果表明,将多传感器数据融合技术引入滤袋破损监测中,提高了监测的可靠性与灵敏度。     

不同柱失效对T型钢连接子结构抗倒塌性能影响

结构倒塌会引起严重的人员伤亡和巨大的财产损失,研究结构抗倒塌性能可为结构设计提供指导和参考依据。文章通过对不同柱失效梁柱子结构的有限元数值模拟,分析结构的破坏模式和抗力机制,研究跨度比对角柱失效工况下梁柱子结构抗倒塌性能的影响。结果表明：中柱失效前,其承担的荷载在失效后的小变形阶段将更多地通过与失效柱强轴方向相连的梁传递到边柱,而在失效后的大变形阶段强轴和弱轴方向传递荷载能力相差不大;边柱失效工况下,只在对称方向的梁内产生了悬链线机制;在角柱失效情形,子结构中的梁构件只经历了梁机制作用阶段。比较3种柱失效工况,其角柱失效最危险,其原因在于梁构件没有产生悬链线机制;在角柱失效工况下,随着跨度比的增加,梁柱子结构极限承载力逐渐减小。     

基于Gaussian Copula的木结构古建筑多准则地震易损性分析

为了解决木结构古建筑不同失效模式之间相关性的问题,基于Copula函数提出考虑结构不同失效模式之间相关性的木结构古建筑地震易损性分析方法.以一座中国明代古建筑为研究对象,首先,根据该建筑的结构特性和相关历史震害资料,选取层间位移角和榫卯节点转角作为地震需求参数.运用Ansys对其进行增量动力分析,建立结构在不同失效模式下的地震易损性曲线.其次,通过建立样本数据的二维频率直方图来选取适宜的Copula函数,进而获得考虑不同失效模式相关性的综合易损性曲线.再次,运用一阶界限法建立结构的易损性曲线.结果表明:基于Copula函数得到的结构易损性大于任何一个失效模式下的结构易损性;其计算结果,小于一阶界限法的上界,略大于一阶界限法的下界.     

霉变及黄残羊毛的结构与性能研究

羊毛在微生物作用下引起霉变、黄残，其鳞处结构局部受损，大部分保持完整。而鳞片表面细胞膜几乎全破损，纤维内部超分子结构和大分子受损，变得更易受热融解、分解。研究结果表明，羊毛受微生物作用时，羊毛内部比外层鳞片结构更易受损。     

结构最弱失效模式组的优化及投资-效益模型

为工程提出了一种投资-效益模型的结构评估方法.基于结构体系最弱失效模式分析的理论,应用优化和控制方法研究结构体系可靠度设计.根据结构体系可靠度失效模式的概率特征,引入结构体系最弱失效模式理论,提出了优化设计结构体系的最弱失效模式组来实现提高结构体系可靠度目标;基于各最弱失效模式对应的可靠指标矢量与各基本变量的关系,确定主要影响因素;提出了一种基于结构最弱失效模式组的投资-效益优化模型,并通过实际算例进行验算.该方法可以较好地计算结构费用,基于结构最弱失效模式组的投资效益模型的优化可以达到优化结构的目的,该研究对结构体系可靠度分析与设计的基础研究具有一定的意义.     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的真三轴强度试验研究

考虑纤维种类、长径比、体积掺量3个主要影响因素,设计制作25组纤维混凝土试件,通过真三轴压缩试验,研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土(HyFRC)在不同围压条件下的强度及破坏模式.研究结果表明,在不同侧向围压作用下,HyFRC试件的破坏模式均为斜剪破坏.与相同配合比的素混凝土试件相比,随着钢纤维特征参数的增加,HyFRC试件的三轴峰值强度有显著提升,而聚丙烯纤维特征参数的变化对峰值强度影响较小.基于试验结果,提出了基于W-W 5参数模型的HyFRC破坏准则,能够很好地预测纤维混凝土在多轴压缩状态下的强度.     

霉变及黄残羊毛的结构与性能研究

羊毛在微生物作用下引起霉变、黄残，其鳞处结构局部受损，大部分保持完整。而鳞片表面细胞膜几乎全部破损，纤维内部超分子结构和大分子链受损，变得更易受热融解、分解，研究结果表明，羊毛受微生物作用时，羊毛内部比外层鳞片结构更易受损。     

索支撑柔性摩天轮结构抗倒塌性能分析

研究了稳定索以某种模式失效时摩天轮结构的动力响应,考察是否会引起其他稳定索的连续失效,导致结构丧失侧向刚度而倒塌。通过动力分析得出,结构侧向位移和索力变化周期与该摩天轮结构的第一阶自振周期T1相近,且稳定索失效后0.5 T1时,索回弹动力效应对摩天轮结构的影响最显著;稳定索在失效模式FM3-1(单侧3根稳定索失效)下,索回弹动力效应对摩天轮结构影响最大,且一侧稳定索最大索力达到64%的破断力,另一侧稳定索几乎处于松弛状态;在任一稳定索失效模式下,都不会造成其他稳定索的破断继而发生连续性破坏,此类大型柔性摩天轮结构具有抗倒塌性能。