纳米增强超高韧性混凝土纤维分布及弯曲性能

为探究纳米SiO_(2)掺量与成型工艺对超高韧性混凝土(STC)弯曲性能的影响,制备了4种不同纳米SiO_(2)掺量的STC,通过四点弯曲试验研究了薄层夯捣和常规浇筑2种不同成型工艺下STC的弯曲性能,并结合CT细观测试分析了STC内纤维的取向分布,探讨了弯曲性能与纤维取向之间的关系。结果表明,不同纳米SiO_(2)掺量下,经薄层夯捣的STC弯曲性能相较常规浇筑明显提升;当纳米SiO_(2)掺量为2%时,抗弯强度、初始弯曲韧性比、残余弯曲韧性比分别增加38%、18%、40%。薄层夯倒下纤维分布较为集中,纤维的取向角在40°以内,而常规浇筑下纤维分布较为分散,取向角为20°~80°,说明薄层夯捣有利于纤维的定向分布。所提计算模型准确描述了抗弯强度和纤维取向之间的关系,实测值和计算值的误差小于6%。

碳纤维含量对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料弯曲性能和失效行为的影响

基于渐进损伤的VUMAT子程序,并引入了Johnson-Cook模型,通过Matlab生成了不同碳纤维占比的碳纤维增强聚醚醚酮(CFRP)复合材料,建立了三点弯曲有限元模型。通过分析应力—应变分布、载荷—位移曲线和吸收能—位移曲线得出以下结论:添加碳纤维有效改善了基体聚醚醚酮(PEEK)内部的应力—应变分布,显著提升了材料的力学性能、刚度和抗断裂性能。CFRP复合材料在三点弯曲过程中表现出更好的性能,能够承受明显的塑性变形,且有效避免裂纹扩展。此外,在相同位移载荷条件下,随着碳纤维含量增加,CFRP复合材料的位移逐渐减小。特别是在碳纤维质量分数为10%和20%的复合材料中,上表面和下表面的最大位移呈现出曲折的特点。结合应力—应变场的分布情况,这表明碳纤维的添加能有效提高材料的刚度和抗弯性能。

混杂网格增强超高性能混凝土双向板的弯曲性能

网格增强超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)具有轻质、高强、耐久性好等特性,已应用于薄壁结构和工程加固领域,但单一网格很难实现高效的增强增韧效应.为研究混杂网格增强UHPC双向板的抗弯性能,对3个钢丝网格与玻璃纤维网格混杂增强UHPC板、3个钢丝网格与玄武岩纤维网格混杂增强UHPC板、6个单一网格增强UHPC板和1个无网格UHPC对照板进行弯曲试验,研究网格种类、总层数及铺层方式对其破坏形态、承载能力和弯曲韧性的影响.结果表明:与单一钢丝网格板和单一玻璃纤维网格板相比,钢-玻璃纤维网格混杂板开裂后表现更显著的硬化现象,在连续网格与混杂短纤维协同效应下,板呈现多裂缝破坏模式,延性较理想.铺设2层网格时,钢-玻璃纤维网格混杂板的承载能力较单一钢丝网格板提升23.7%,且其在20 mm挠度处的残余承载力较单一玻璃纤维网格板提升28.2%;钢-玄武岩纤维网格混杂板峰前阶段的能量吸收值和20 mm挠度处的残余承载力均优于单一玄武岩纤维网格板.网格总层数为3层时,与单一玄武岩纤维网格板相比,2层钢丝网格与1层玄武岩纤维网格混杂增强板在峰前挠度为2 mm时的能量吸收值提高了21.6%,20 mm挠度处的残余承载力提高了42.6%.钢-玻璃纤维网格混杂板的网格强度利用率最理想,其承载能力、能量吸收值及弯曲韧性指标均高于钢-玄武岩纤维网格混杂板.最后,考虑网格强度有效利用率建立了混杂网格增强UHPC双向板抗弯承载力理论公式,适用性良好.

焊接工艺参数对旋转摩擦焊铝-铜接头弯曲性能的影响

对1070纯铝和T2纯铜进行了旋转摩擦焊接。研究了摩擦焊工艺参数对铝-铜接头弯曲性能的影响。采用电子探针显微分析仪检测了铝-铜接头界面的微观形貌和元素分布。结果表明:较短时间(2 s)摩擦焊制备的铝-铜接头(1号试样)弯曲试验时断裂于铝-铜界面,为脆性断裂,随着摩擦时间的增加,铝-铜接头弯曲试验时断裂于铝侧,为韧性断裂;以2~5 s的摩擦时间制备的铝-铜接头界面均未发现有明显的金属间化合物,但发生了成分变化;较短时间摩擦焊制备的1号试样成分变化区宽约1.6μm,较长时间(5 s)摩擦焊制备的4号试样成分变化区宽约2.7μm;较宽的成分变化区能提高铝-铜接头界面的结合强度,从而提高铝-铜接头的弯曲性能,较窄的成分变化区是弯曲试验过程中铝-铜接头界面断裂的主要原因。

船舶加筋板与点阵夹层结构三点弯曲性能对比研究

通过实验、数值方法对船舶加筋板和点阵夹层板的三点弯曲性能开展研究。首先,通过3D打印制备加筋板和点阵夹层板的试件,并在力学试验机上开展三点弯曲试验。实验结果表明,点阵夹层板相比于加筋板具有更好的力学性能,在质量相同的情况下,点阵夹层板的强度相比于加筋板提高了42.86%,刚度提高了63.79%;接着利用LS-DYNA有限元软件建立加筋板和夹层结构的三点弯曲有限元模型,对三点弯曲实验过程进行模拟,结果表明数值模拟与实验结果具有良好的一致性,数值方法可以用于船舶点阵夹层板设计。

3D打印连续纤维增强树脂T型梁的弯曲性能

1中国机械科学研究总院集团有限公司先进成形技术与装备国家重点实验室,北京1000482清华大学机械工程系,北京1000843南京航空航天大学机电学院,南京210016实现基梁于结熔构融的沉轻积量技化、术功的能连化续设纤计维和增制强造树。脂本3D工作打对印筋工高艺0为m梁m结与构5的m制m造的提T供型了梁一打种印新件的在途不径,同该打工印艺参具数有下快的速弯近曲净性成能型进、行可测设计试性实强验,等研优究势了,能打够印基于熔融沉积技术的连续纤维增强树脂3D打印工艺为梁结构的制造提供了一种新的途径,该工艺具有快速近净成型、可设计性强等优势,能够实现梁结构的轻量化、功能化设计和制造。本工作对筋高0 mm与5 mm的T型梁打印件在不同打印参数下的弯曲性能进行测试实验,研究了打印厚度分别为0.7 mm、0.8 mm、0.9 mm时与打印丝束间距分别为0.6 mm、0.7 mm、0.8 mm时T型梁对应的弯曲强度与模量。由于3D打印连续纤维增强树脂材料存在着复杂的破坏模式,本研究运用声发射技术对T型梁的弯曲破坏过程进行测试分析,采用主成分分析法与K-means++聚类算法对采集的过程信号进行损伤分类。结果表明,当打印层厚为0.7~0.9 mm时,随着打印层厚的增加,T型梁的弯曲强度与模量均降低。当打印丝束间距为0.6~0.8 mm时,随着打印丝束间距的增加,T型梁的弯曲强度与模量降低。在T型梁从弯曲载荷加载初始到破坏失效阶段,对应特征信号可以聚类为五类,分别对应五种破坏模式,即基体开裂、层间剥离、纤维与基体脱粘、纤维开裂及纤维断裂,分类结果能够很好地解释弯曲破坏过程。

Cu含量对Al-1Mg-0.6Si-xCu合金板材韧性及弯曲性能的影响

采用室温拉伸、Kahn撕裂以及弯曲实验,结合数字图像分析法和扫描透射电镜等手段,探究了Cu含量对Al-1Mg-0.6Si-xCu合金板材韧性及弯曲性能的影响。结果表明:随着Cu含量的增加,合金的伸长率、均匀伸长率、均匀断裂能和单位面积裂纹形核功逐渐增加,合金的弯曲性能变好,均匀阶段韧性提升,而合金的失稳伸长率、失稳断裂能及单位面积裂纹扩展功下降,合金失稳阶段韧性变差。随着Cu含量的增加,Al-1Mg-0.6Si-xCu合金中强化相β″的密度增加,且在0.5-Cu合金中出现Q′相和L相,晶内析出相密度增加,使得合金在形变过程中消耗的能量增加;晶界析出相间距增加,从而提高合金的韧性及弯曲性能。

基于回归分析和GA-BP神经网络算法的3D打印件弯曲性能预测

为进一步探究熔融沉积成型(FDM)3D打印参数和制件弯曲性能之间的关系,创建合理的FDM 3D打印制件弯曲强度预测模型。根据正交试验L_(16)(4^(5))的设计原则和神经网络算法模型的构建要求,按照不同分层高度、填充密度、打印温度、打印速度以及外壳厚度五种因素,制备25组试验试样,并进行弯曲性能检测。随后通过建立GA-BP神经网络模型、传统BP神经网络模型以及多元回归方程模型,分别对FDM 3D打印制件弯曲性能进行预测,并将预测数据与试验测试数据进行对比。通过对比发现,GA-BP神经网络模型预测数据与试验测试数据更为接近,其平均误差为3.71%,且误差值整体波动最小,BP神经网络模型与多元回归方程模型预测精度相差不大,BP神经网络模型预测平均误差为8.05%,多元回归方程模型预测平均误差为9.07%,但多元回归方程误差值整体波动最大。因此,采用GA遗传算法优化后的BP神经网络模型在进行FDM 3D打印制件弯曲性能预测方面具有更高的精度和更良好的稳定性。

热压工艺参数对TA2/CF/PEEK层板弯曲性能的影响

以TA2箔、碳纤维和PEEK材料体系为基础,探索钛箔-碳纤维布-PEEK薄片直接复合的热压法制备工艺。在对初始材料进行超声清洗除油、砂纸打磨等预处理后,手工铺层并放入自行设计的热压模具,基于不同温度(370和390℃)、压力(0.8、1.6和2.5 MPa)与保压时间(20和40 min)的热压法制备了TA2/CF/PEEK层板。利用三点弯曲实验方法探究了热压工艺参数对层板弯曲性能的影响。结果表明,较佳的热压工艺为:成形温度390℃、热压压力1.6 MPa、保压时间40 min且每侧铺设两片树脂薄膜。在此工艺下制备的TA2/CF/PEEK层板弯曲强度为681.68 MPa,弯曲模量为69.5 GPa。

Pneu-net型变曲率软体驱动器弯曲性能与控制的研究

气动软体驱动器是气动软体机器人的基础和关键元件,在实现软体机器人弯曲运动方面有着无可比拟的优势。但是气动软体驱动器在结构和材料方面都存在明显的非线性,这对软体驱动器的建模和精确控制提出了很大的挑战。本文基于分段常曲率变形假设、Yeoh超弹性材料本构模型和虚功原理建立了pneumatic networks (pneu-net)型常曲率软体驱动器的弯曲数学模型,通过有限元仿真研究了结构参数和输入气压对驱动器弯曲性能的影响。在此基础上提出了变参数变曲率驱动器设计,建立了其弯曲变形预测模型,并进行了多驱动器一致性误差分析,有限元仿真和实验验证了模型的有效性。最后对软体驱动器的力输出特性进行了实验测试,制作了一个三指软体抓手,通过实验展示了软体抓手抓持不同物体的性能。

芯材双向开槽工艺对PET泡沫三明治结构弯曲性能的影响

借助实验结合仿真分析的研究方法,深入探究了芯材表面双向开槽对PET泡沫三明治结构弯曲性能的影响,采用熵权法-优劣解距离法对16种开槽工况进行了详细分析。结果表明,在三点弯曲实验中,PET泡沫芯材的压缩应变主要集中在中间压头附近,永久塑性变形出现在铝合金面板和胶层处,未在各组分材料中发现明显的失效行为。随着芯材开槽体积的增大,结构的刚度、峰值载荷和总能量吸收均增大,结构的比吸能减小;开槽深度、宽度、间距会对这些性能指标产生显著影响;胶粘剂在连接芯材和面板的同时,增强了结构的抗弯曲性能。最后,基于熵权法-优劣解距离法,确定了芯材表面最优的开槽方案。

表面处理工艺对TA15钛合金中厚板弯曲性能的影响

研究了不同表面处理工艺对TA15钛合金中厚板弯曲性能的影响,通过开展表面粗糙度检测、表面SEM电子显微镜观测以及极限弯曲试验,确定了最佳表面处理工艺.结果表明:采用120#千叶轮抛光+酸洗减薄工艺可以使板材表面平整度和光洁度得到明显改善,表面粗糙度平均值降至0.13μm;抛光和酸洗联合工艺可以消除板材表面微观潜在裂纹源,降低板材因表面质量问题而过早发生开裂的风险,极限弯曲角增大至52°~54°,较原始表面提高了54.29%~60.61%,板材弯曲性能得到有效提升.

混杂纤维高韧性水泥基复合材料弯曲性能试验研究

为研究三种纤维混杂对高韧性水泥基复合材料(ECC)弯曲性能的影响,将聚乙烯(PE)纤维与钢纤维(SF)、玄武岩纤维(BF)混杂,通过21组四点弯曲试验,分析试件的受力、破坏过程及不同混杂纤维掺量对弯曲性能的影响,并将弯曲性能试验结果与拉伸性能试验结果进行比对,得到混杂纤维ECC的弯、拉对应关系。研究结果表明:与单掺PE相比,复掺纤维可有效提高ECC的弯曲极限强度,但会损失一定程度的延性。钢纤维掺量对延性性能影响较大,建议钢纤维掺量不超过0.4%,且总纤维掺量不超过2.3%。玄武岩纤维对混杂纤维ECC起到良好的增强、增加延性作用。基于弯-拉关系得到的极限拉伸应变与试验值吻合良好,因此四点弯曲试验可以代替单轴拉伸试验来评价混杂纤维ECC的力学性能。

极化场强对压电复合材料执行器弯曲性能影响的研究

通过不同指插型电极间距、极化电压,研究极化场强对压电复合材料执行器弯曲性能的影响。介绍了试验材料和试验方法,给出了执行器界面电子扫描显微镜微观形貌。试验结果表明,指插型电极间距、极化电压都会对执行器弯曲位移产生显著影响。在最佳工艺参数条件下,执行器弯曲位移显著增大。研究结果为优化压电复合材料制备工艺及压电复合材料执行器性能的提高提供了参考。

UHPC板弯曲性能试验研究

文章基于珠三角水资源配置工程,为研究UHPC免拆模板结构的弯曲性能研究,进行了27块UHPC板的弯曲性能试验,系统探讨了板厚和配筋对UHPC免拆模板的抗弯及延性性能的影响。试验结果表明:板厚对开裂弯矩和极限弯矩有较大的影响,板厚越大开裂弯矩和极限弯矩越大;配筋可有效提高板的极限弯矩和延性性能,但配筋对板的开裂弯矩提高不明显。文章创新性的提出了板的延性性能评判指标,研究成果可为类似高支模现浇结构的设计和施工提供指导。

三次渗碳体和游离渗碳体对低碳钢弯曲性能的影响

生产和使用中发生了两起低碳钢产品弯曲开裂:SPHC钢异形门框弯曲开裂和Q195钢热镀锌C形钢弯曲开裂。对开裂的异形门框和C形钢进行了宏观检验、金相检验和断口分析,并对热镀锌在线退火工艺进行了模拟试验。结果表明:低碳钢中的三次渗碳体和游离渗碳体与基体之间易形成孔隙和微裂纹,降低钢的弯曲性能,在弯曲力的作用下钢发生开裂;热镀锌SPHC和Q195钢带中的渗碳体来源于热轧钢带的组织遗传;为控制三次渗碳体的数量,热轧低碳钢带的终轧温度应控制在860~880℃,卷取温度控制在580~610℃,卷取后钢带应避免缓冷。

混杂钢纤维对UHPC弯曲性能的影响研究

将不同长度(8、13、16、20 mm)的平直型钢纤维(SF)、波纹型SF分别与长度为13 mm的端钩型SF混掺到UHPC中,研究了不同SF混杂组合对UHPC试件扩展度、抗弯强度和弯曲韧性的影响。结果表明:增加平直型SF和波纹型SF的长度降低了混杂纤维UHPC的扩展度;在受荷初期,UHPC基体与SF共同承受外力,且前者是主要承受者,当UHPC基体开裂后,横跨裂缝的SF成为外力的主要承受者;随着平直型SF和波纹型SF长度的增加,混杂纤维UHPC试件的抗弯强度、峰值挠度基本上呈逐渐增大趋势,弯曲韧性先降低后升高。

高强钢/CFRP多层复合板的三点弯曲性能分析

为了提高QP985高强钢的力学性能,选择热冲压方法来实现QP985高强钢与碳纤维增强复合材料(CFRP)的复合,并开展多层复合板三点弯曲试验。试验结果表明:与没有CFRP的钢板试样相比,铺设2层与4层CFRP试样的最大位移减小了10.12%与19.29%,吸收能量增大了4.76%与7.18%,弯曲角降低了22.49%与25.64%;CFRP可以起到明显的增强作用。

钢纤维混凝土叠合梁抗弯曲性能探究

为提升混凝土叠合梁的抗弯曲性能,并推动其在桥梁工程中的广泛应用,文章通过在混凝土叠合梁叠合下层掺入钢纤维并以叠合下层的高度为变量,系统分析其对叠合梁抗弯承载力及挠度的影响。将钢纤维混凝土叠合梁、普通混凝土整浇梁的经验公式与标准钢筋混凝土受弯构件的理论公式进行对比,评估经验公式的适用性并对公式进行修正。研究表明,钢纤维的掺入增强了混凝土叠合梁的抗弯曲性能,并且叠合下层高度对性能有显著影响。综合考虑抗弯曲性能与经济性,建议叠合下层高度设置为整体高度的2/3。此外,经验公式虽然适用于混凝土整浇梁,但是对叠合梁预测的偏差较大,因此需通过引入修正公式完善钢纤维混凝土叠合梁的弯曲恒通理论。

钢纤维轻骨料混凝土梁弯曲性能试验研究

轻骨料混凝土作为一种先进的建筑材料,以其轻盈的重量、卓越的抗震能力等成为高层建筑和大跨度结构中的优选材料。然而轻骨料混凝土也有其相应的缺陷:较大的徐变和收缩、弹性模量小、易产生脆性破坏等缺点严重阻碍了轻骨料混凝土在结构中的应用。研究发现,在轻质骨料混凝土中掺入纤维时,可以显著提升其抗拉强度并减少其脆性。但是,目前对于这种材料弯曲性能的研究还不够深入。为此,该研究选取了三种不同长径比的纤维,并设定了不同的体积掺量,将这些纤维以不同比例掺入轻质骨料混凝土中,制备成混凝土梁,并进行弯曲测试。然后分析其破坏机理,为纤维轻骨料混凝土梁的设计和应用提供理论依据。