复合材料修复含裂纹圆管的三点弯曲试验及仿真研究

[目的]为研究裂纹管道在用纤维增强聚合物加固后的承载特性和失效模式,对用环氧树脂胶粘贴碳纤维布加固的含裂纹铝合金圆管进行三点弯曲试验。[方法]首先,比较修复前、后的载荷位移曲线并对修复效果进行评估;然后,讨论裂纹长度、碳纤维布修复宽度及厚度对构件承载力与破坏形态的影响;最后,建立碳纤维布修复裂纹管道的三点弯曲仿真模型,用以模拟胶层和碳纤维布的失效,并将试验与仿真结果进行比较。[结果]结果显示,3层碳纤维布能够有效抑制裂纹扩展,随着碳纤维布加固层数和铺层长度的增加,构件的极限承载力显著提高,4层碳纤维布修复试件的最大承载力已经大幅超过无裂纹管,但同时也会降低管道的延展性和抗剪承载能力;在相同修复层尺寸下,裂纹管道修复后的极限承载力随裂纹长度的增加快速降低。[结论]研究结果对实际工程中裂纹管道加固有一定的指导和借鉴意义。

复合材料修复含裂纹圆管的轴压承载特性研究

为分析含有穿透性裂纹铝合金圆管在碳纤维增强复合材料修复后的承载性能,首先对裂纹圆管以及碳纤维修复裂纹圆管在轴压载荷下进行试验研究,探究裂纹的长度、方向以及碳纤维布加固层数和宽度对试件修复效果及失效模式的影响。最后建立碳纤维布修复裂纹圆管的仿真模型,分析试件受载过程中的应力分布和变形特征。结果显示:复合材料层在试件轴压过程中能起到明显的承载作用,有效抑制裂纹扩展,提高试件极限承载力;胶层破坏是主要的失效形式,粘结强度比复合材料强度更加重要;修复效果受裂纹长度的影响较大,而不同方向裂纹圆管修复效果比较接近;随着加固层数和宽度的增加,试件的承载力峰值随之增加,并逐渐趋于稳定值。

基于响应面法的复合材料舱壁结构优化设计

为减轻船舶结构重量,提高船舶的承运能力,造船企业逐渐考虑采用复合材料结构替代常规的钢制舱壁结构。为得到最佳的舱壁结构设计参数,提出了一种将响应面模型与遗传算法相结合的优化设计方法。采用Box-Behnken设计方法,在设计空间中抽取样本点并进行模拟,建立舱壁最大变形、最大Mises应力及质量的响应面模型。利用遗传算法对响应面模型进行优化,得到Pareto最优解。仿真实验表明:与原先的钢制舱壁方案,优化后的质量减轻了约23%,最大变形基本与钢制舱壁方案一致。研究结果表明所提出的方案适用于工程结构多参数优化设计。

裂纹圆管弯曲承载能力研究

本文基于试验和有限元模拟的方法研究裂纹圆管在弯曲载荷作用下的力学性能。通过三点弯曲试验方法探究裂纹圆管在不同裂纹长度和不同裂纹角度下的极限载荷,采用有限元模拟的方法与试验结果进行对比,并计算裂纹尺寸和撞头尺寸的影响。结果表明,随着裂纹长度的增加,裂纹圆管的承载能力降低,局部变形减少。裂纹角度为0°时是最危险的工况,裂纹角度为90°是最安全的工况。撞头撞击位置和撞头几何参数均会改变与裂纹圆管的接触面积,从而影响承载能力。