基于修正混凝土塑性损伤模型的大应变FRP约束混凝土有限元分析

精确的有限元分析(FEA)依赖于材料的准确定义。通过编写用户子程序UMAT实现了大断裂应变纤维增强聚合物(LRS FRP)在纤维方向上拉伸特性的定义。基于Abaqus中混凝土塑性损伤模型的理论框架,提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型用于定义LRS FRP约束混凝土的材料特性。这些改进包括：通过LRS FRP约束混凝土的实验数据校准了与屈服准则相关的参数K;硬化/软化准则与约束刚度相关;流动法则与轴向塑性应变相关。采用修改后的材料模型进行FEA,结果表明：FEA预测的应力-应变曲线与实验结果吻合。基于FEA的结果,讨论了矩形柱截面上应力分布的不均匀性,根据约束效果可分为有效约束区域和弱约束区域,且在约束有效区域上应力分布不均匀性随着截面比(长边/短边)的增加而增加。     

适用于斜拉索的智能混杂纤维复合材料的研究

基于纤维混杂的复合规律,阐述了适合斜拉索的智能混杂纤维复合材料的设计过程.在拉挤工艺过程中将光纤光栅同混杂纤维一起固化成型,形成具有自监测功能到智能复合材料.制作了3根智能杆,埋入4个光栅,通过用SEM观察以及光纤光栅能谱仪分析,光纤光栅同基体界面结合情况良好,成活率为100%,光纤布拉格光栅的中心波长与应变的相关系数均达0.999以上,没有迟滞现象,存在很好的线性关系,其中一根光纤光栅的应变灵敏系数为1.1pm/με,另外3根光纤光栅的应变灵敏系数均为1.2pm/με,与理论值1.22pm/με相吻合.说明该成型工艺适合制备适合斜拉索的智能混杂纤维复合材料.     

FRP片材与混凝土粘结性能的精细有限元分析

FRP-混凝土界面粘结性能是外贴FRP片材加固混凝土结构技术的关键问题.基于FRP与混凝土界面面内剪切试验,采用精细单元有限元模型对其界面粘结性能进行了研究.在该模型中,混凝土和FRP片材都使用非常小的单元加以模拟,通过调整混凝土材料的本构模型来考虑单元尺寸的影响.FRP单元和混凝土单元直接连接,通过混凝土单元的断裂破坏来模拟FRP和混凝土界面的宏观剥离破坏过程.通过与大量面内剪切试验结果对比,验证了该精细有限元模型的正确性,并基于精细有限元分析结果,对界面剥离破坏机理进行了讨论.     

局部受压混凝土圆柱及其FRP增强的弹塑性分析

局部受压混凝土圆柱核心区受压膨胀,外围混凝土对其产生的径向约束力能提高其强度和变形能力。本文引入混凝土弹性模量连续变化的计算模型,应用弹性力学方法进行外围混凝土弹塑性分析。基于混凝土三轴抗压强度Richart公式计入外围混凝土径向约束力对核心区受压混凝土的影响,提出了局部受压混凝土圆柱极限承载力的计算方法。在上述理论研究基础上,进一步对FRP增强的局部受压混凝土圆柱的极限承载力进行求解,分析了局部受压混凝土及其FRP增强圆柱的极限承载力,理论计算与有限元吻合较好。     

PBO纤维片材预应力外粘结加固集成新技术

近年采用外部粘结纤维增强复合材料(FRP)来加固结构越来越受到许多研究开发机构和生产单位的重视。结合作者在FRP方面的研究成果和最新开发出的高强高性能的PBO纤维材料，系统地提出了一种更为有效的预应力外粘结加固方法；通过与玻璃纤维、炭素纤维和芳纶纤维等的比较，认清了新型PBO纤维材料的特性；根据既有的试验和研究成果提出了一套完整的预应力加固方法的流程，包括概念、原理和几种降低端部界面应力和新型锚固的措施；室内小型试验和室外大型试验的结果表明，PBO片材预应力技术能够提供令人满意的加固性能。     

纤维增强聚合物复合材料-钢复合圆管约束混凝土轴压性能预测模型

纤维增强聚合物复合材料（FRP）-钢复合圆管约束混凝土由于具有很好的综合性能,近年来得到了广泛的研究,尚缺乏完整的应力-应变关系全曲线计算模型。本文在综合作者现有研究成果的基础上,广泛收集了96个FRP-钢复合圆管约束混凝土柱的轴心受压试验结果,系统分析了试件参数的影响规律,提出了FRP-钢复合圆管约束混凝土的应力-应变关系曲线的完整计算模型,包括峰值应力、峰值应变、极限应力和极限应变的计算方法,并建议了应力-应变关系全曲线预测模型,模型较好地预测了FRP-钢复合圆管约束混凝土的应力-应变关系曲线的特征,预测结果与试验结果吻合较好。建议模型具有较好的通用性和准确性。      

不等开口纤维增强树脂复合材料缠绕壳体非测地线线型设计

线型设计是纤维增强树脂（FRP）复合材料缠绕壳体设计的一项重要研究内容,它对壳体FRP复合材料缠绕制品的质量起关键作用。本文针对不等开口极孔或不同形状封头的FRP复合材料压力容器壳体,基于非测地线缠绕方程,提出了一套非测地线缠绕线型设计方法,建立了根据已知缠绕线型和芯模转角来确定相应的切点数和纱片宽度的计算模型,开发出了一套FRP复合材料缠绕壳体仿真软件系统,对非测地线缠绕线型进行了计算机图像仿真与检验。结果表明:各个设计区间的仿真结果满足设计要求,没有出现缠绕角突变、纤维分布不规律和纤维在局部严重重叠等异常现象。该仿真软件系统可以为工程人员在实际壳体缠绕之前提供参考,缩短缠绕线型迭代试错周期,同时也为后续缠绕角及缠绕顺序等缠绕参数的优化奠定了基础。      

考虑拉伸刚化效应的FRP筋/混凝土轴拉构件变形计算方法

考虑拉伸刚化效应是精确计算纤维增强树脂复合材料(FRP)筋/混凝土构件变形和裂缝的基础.提出了考虑拉伸刚化效应的FRP筋/混凝土拉伸构件变形计算的解析方法.首先,对修正Eligehausen黏结滑移模型(修正BPE模型)进行简化提出四线性黏结-滑移模型.根据该模型推导了拉伸构件在不同拉伸荷载阶段的FRP筋、混凝土应力和...     

体外预应力纤维增强树脂基复合材料筋混凝土结构研究进展

本文从纤维增强树脂基复合材料(FRP)筋、关键技术和构件三个主要方面综述了体外预应力FRP筋混凝土结构的研究成果.首先,介绍了预应力FRP筋拉伸性能和长期性能,给出了面向设计的FRP筋蠕变断裂应力值、松弛率及疲劳最大应力和应力幅限值.阐述了预应力FRP筋三种主要锚固技术的优缺点和减小锚固端应力集中的方法,重点介绍了近年...     

基于激光热激励红外热成像纤维增强聚合物复合材料加固混凝土结构界面损伤无损检测

红外热成像（IRT）检测技术常被用于纤维增强聚合物复合材料（FRP）加固混凝土板的剥离损伤无损检测。但传统热源激励IRT法受加热距离短、热灵敏度低、功耗大等因素影响较大。本文提出了基于光学激发线激光热源的IRT法对FRP加固混凝土的剥离检测方法,该方法通过控制线热束在FRP加固混凝土结构的表面形成移动扫描热激励,通过红外热像仪测量结构中的界面剥离引起的表面局部热分布异常。基于模拟和实验研究结果,证明该方法对FRP加固混凝土结构中界面剥离检测具有如下优势:利用激光扫描热成像技术检测FRP改造混凝土结构中剥离损伤的可行性;实现了FRP加固混凝土结构的远距离、高热灵敏度及低功耗的损伤检测。      

纤维网格增强超高韧性水泥复合材料加固混凝土圆柱受压性能试验

为提升纤维增强聚合物复合材料（FRP）在加固材料中的优势和发挥效率,同时克服传统纤维网格增强砂浆的抗裂性差的缺点,将超高韧性水泥基材料（ECC）替代砂浆作为FRP网格无机黏结剂的新型复合材料已被提出,但仍缺乏相关的基础研究。本文以新型聚乙烯型ECC为基材,重点研究FRP grid/ECC加固混凝土柱的加固机制。以标准混凝土圆柱为试验对象,采用新型ECC材料为基材的FRP grid/ECC复合材料,以不同强度素混凝土、不同网格材料（玄武岩纤维增强聚合物复合材料（BFRP）与碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）网格）为试验变量,研究了该加固方式下对混凝土轴心受压性能的影响。试验结果表明,该加固方法可有效改善素混凝土脆性压溃破坏模式,提高峰值强度及受压延性。基于FRP grid/ECC材性特征,提出两阶段FRP grid/ECC加固机制,并基于该机制提出加固素混凝土圆柱承载力计算方法。      

Nonlinear constitutive models for FRP composites using artificial neural networks

This paper presents a new approach to generate nonlinear and multi-axial constitutive models for fiber reinforced polymeric (FRP) composites using artificial neural networks (ANNs). The new nonlinear ANN constitutive models are complete and have been integrated with displacement-based FE software for the nonlinear analysis of composite structures. The proposed ANN constitutive models are trained with experimental data obtained from off-axis tension/compression and pure shear (Arcan) tests. The proposed ANN constitutive model is generated for plane–stress states with assumed functional response in some parts of the multi-axial stress space with no experimental data. The ability of the trained ANN models to predict material response is examined directly and through FE analysis of a notched composite plate. The experimental part of this study involved coupon testing of thick-section pultruded FRP E-glass/polyester material. Nonlinear response was pronounced including in the fiber direction due to the relatively low overall fiber volume fraction (FVF). Notched composite plates were also tested to verify the FE, with ANN material models, to predict general non-homogeneous responses at the structural level.     

FRP增强重组竹梁受弯性能数值模拟

通过有限元软件ABAQUS对纤维增强聚合物基复合材料（FRP）增强重组竹梁受弯性能进行了分析,有限元模拟结果与试验结果相一致,两者荷载-位移曲线相吻合,跨中截面应变发展过程基本一致,70 kN荷载时,截面应变误差在13.96%内,承载力预测具有很好的精度,预测最大误差为9.04%,FRP的增强使竹梁截面的应力重新分布,受压区竹材得到更加充分的利用;进一步参数化分析了截面宽高比、FRP层数、FRP种类对FRP增强重组竹梁受弯性能的影响。发现:FRP层数的增加对重组竹梁极限承载力和截面刚度提升作用显著;相同层数、相同种类FRP增强重组竹梁时,截面高度减小,极限承载力和截面刚度提高幅度增加;相同截面宽高比和FRP层数时,碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）增强效果优于玄武岩纤维增强聚合物基复合材料（BFRP）增强效果。      

预应力FRP加固RC梁界面疲劳裂纹扩展行为研究

以预应力纤维增强复合材料（FRP）片材加固钢筋混凝土（RC）梁为研究对象,探讨了该类加固梁中FRP与混凝土之间界面疲劳裂纹的扩展规律。基于界面裂纹尖端的力学分析模型,理论推导了三点弯曲加固梁的界面裂纹应力强度因子（SIF）的计算公式,分析了FRP预应力水平对SIF的影响,并结合加固梁的界面裂纹扩展实验,提出了该类加固梁...     

基于灵敏度分析的复合材料组分参数识别方法

为了获取准确的复合材料细观模型,提出了一种复合材料组分参数识别方法。在细观单向碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）有限元模型基础上,构造静态位移场对复合材料组分弹性参数的灵敏度矩阵,以测量位移和有限元计算位移差的二范数为目标函数,针对待识别参数量纲差异较大的问题,利用相对灵敏度提高材料组分弹性参数识别的精度和效率。以纤维均匀分布的复合材料平面模型和纤维随机分布的复合材料实体模型为研究对象,验证所提出组分参数识别方法的有效性和准确性。此外,研究了测点数目及测量误差对识别结果的影响。结果表明：本文提出的复合材料组分参数识别方法在测点数目变化和测量误差影响下仍然稳定。     

弯曲与直锚GFRP复合材料抗浮锚杆锚固特性试验研究

玻璃纤维增强聚合物（GFRP）复合材料因其抗拉强度高、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点,被越来越多地应用于建（构）筑物地抗浮工程中,但弯折后的力学性能研究较少。为研究弯曲GFRP复合材料抗浮锚杆的力学特性,本文基于8根表面黏砂型GFRP复合材料抗浮锚杆和8根螺纹钢筋抗浮锚杆的现场足尺拉拔破坏性试验,研究了直锚、弯曲GFRP复合材料抗浮锚杆在混凝土底板中的锚固特性。试验结果表明:弯曲处理不利于提高GFRP复合材料抗浮锚杆极限承载力,且弯折长度越长,极限承载力降低幅度越大,但可以有效限制锚杆在底板中的位移,且弯折长度越长,位移限制效果越明显。增加锚固长度可以提高抗浮锚杆的极限承载力且有效限制其位移。通过引入抗浮锚杆弯曲处理影响系数讨论了弯曲处理对GFRP复合材料抗浮锚杆锚固特性的影响,并提出了需进一步研究的问题。      

基于激光超声二次谐波技术检测纤维增强树脂复合材料加固混凝土结构剥离损伤

纤维增强树脂(FRP)复合材料加固混凝土结构的早期剥离损伤往往趋向于闭合状态,传统线性超声技术对这种剥离损伤不敏感.本文提出了基于连续激光激发窄带超声波技术结合非线性超声二次谐波法检测FRP复合材料加固混凝土剥离损伤的方法,该方法通过强度调制激光技术在加固结构的表面激励窄带超声表面波,在超声波的扰动下,依据弹簧模型的接...     

碳纤维复合材料旋转超声钻孔装置研究

探索碳纤维复合材料旋转超声钻孔设备及工艺，换能器采用压电陶瓷材料，进给由步进电机驱动，从而使结构大为简化。单片机作为中心控制，实验预定轴向力进给加工，而且超声波发生器具有频率自动跟踪的能力。试验表明，此项研究可望作为一种有效的新工艺方法。