碳纤维增强环氧树脂基复合材料六边形多胞结构准静态压缩响应实验研究

为简化制作工艺,将碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP)六边形管采用环氧树脂胶粘接在一起形成碳纤维增强环氧树脂复合材料六边形管多胞结构(Multicellular structure of CFRP hexagonal tubes,MSCHT)。通过对多胞结构进行准静态压缩试验,分析了其压缩破坏模式和耗能特性,并获取了各影响因素对压缩响应的贡献率。研究结果表明:多胞结构均呈现出渐进压缩破坏模式,沿着六边形管自由面形成带状纤维束;相邻碳管间的相互作用和粘接面的存在导致多胞结构的实际平均载荷高于其比测值,进而使得实际耗能量高于耗能量比测值;与单根六边形碳管相比,MSCHT的比吸能更高,并且存在最优壁厚使得结构比吸能最大,本次试验试件的最大比吸能达到114.4 kJ/kg;多胞结构的胞元数量和壁厚对平均压缩载荷、峰值载荷、耗能量的线性贡献率均为正且胞元数量贡献率高于壁厚,而壁厚对比吸能的线性贡献率为负,胞元数量对比吸能的贡献率为正。

岩石准静态和动态冲击试验及尺寸效应研究

为了研究尺寸效应对材料力学性能的影响,利用MTS(材料试验系统)和SHPB(分离式霍普金森压杆)试验装置,对不同长径比石灰岩试件进行了准静态和动态冲击压缩试验。试验结果表明:准静态加载条件下,岩石试件的强度随长径比的增大而减小;而动态冲击条件下,试件长径比对强度的影响存在一个临界值。长径比低于临界值,强度随长径比的增大而减小;长径比高于临界值,强度随长径比的增大而增大。对于高于临界长径比的岩石试件,存在临界加载速度,低于临界加载速度,静态尺寸效应占主导地位;高于临界加载速度,动态尺寸效应占主导地位。

连续碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管多胞结构的准静态压缩响应

由纤维增强复合材料制作而成的多胞结构具有优异的吸能特性,在耗能缓冲领域具有广阔的应用前景。为简化制作工艺,提出将碳纤维增强环氧树脂复合材料圆形管采用环氧树脂胶粘结在一起形成碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管多胞结构。通过对多胞结构进行准静态压缩试验,分析其压缩破坏模式和耗能特性。研究结果表明:该多胞结构呈现出渐进压缩破坏,当碳纤维管壁厚大于0.5 mm时会出现胶结面开裂;由于相邻碳纤维管阻碍了纤维束的扩展,导致压缩载荷增大,使多胞结构的实际平均载荷高于理论平均载荷,同时引起实际耗能量高于理论耗能量;与单根碳纤维管相比,多胞结构的比吸能更高,试件的最大比吸能达到82 J/g,比吸能增长比最高达到37.9%。

冲击载荷下细砂岩压缩试验和破坏特性研究

深部矿井岩石经常受到地下水、冲击地压和高温等综合作用,因此深部矿井中岩石的力学特性需要考虑应变率、温度和含水率等诸多因素。原位采集800 m深部细砂岩;在万能材料试验机和分离式霍普金森压杆压缩试验装置上对不同应变率、温度和含水状态下的细砂岩试件进行压缩试验,用高速/超高速摄影记录岩石试件的应变场,获得不同试验条件下的应力-应变曲线;对典型的回收试件的断裂表面进行微观观测。结果表明,应变率、含水状态和环境温度对岩石的力学性质及破坏特性都有一定程度的影响。

偏心击打式核桃破壳机的设计与试验

针对现有核桃破壳机的不足,设计一种偏心击打式核桃破壳机,在该机设计的过程中用准静态压缩试验对核桃进行不同方向的挤压破壳,得出横径方向为最佳的破壳挤压方向以及破壳力的平均值为24.45kg。偏心击打式核桃破壳机主要由进料口、上盖、下盖、滚子、传动轴、端盖、击打装置等部件组成,用该设备分别对已经分级的核桃进行试验,得出第Ⅰ-Ⅲ类核桃的最佳挤压距离分别为5,7,9mm。

不锈钢蜂窝轴向压缩特性研究

不锈钢蜂窝在相同体积下,与铝蜂窝相比,吸能能力更强。通过对不同规格的不锈钢蜂窝进行准静态压缩试验与落锤动态冲击试验,研究其动、静轴向压缩特性。试验结果表明,由于不锈钢材料强度对冲击速度较为敏感,在动态冲击下,蜂窝的压溃强度是准静态压溃强度的1.36~1.40倍。采用数值模拟方法分析了冲击速度、孔格壁厚以及孔格边长3个因素对蜂窝压溃强度的影响。分析结果显示,不锈钢蜂窝压溃强度会随着冲击速度和孔格壁厚的增加而增加,随着孔格边长的增加而减小。

蜂窝填充梯度吸能结构力学特性试验研究

为实现碰撞变形顺序有序可控,功能梯度思想在吸能结构设计逐渐得到应用。为减小某动车组吸能结构在冲击过程中变形顺序的不确定性,采用蜂窝结构尺寸、诱导结构和强化加强筋板的梯度化设计思想,提出一种蜂窝填充梯度吸能结构,通过准静态压缩试验、刚性墙撞击和吸能结构偏置对撞的台车冲击试验研究其耐撞性能。研究结果表明:冲击时蜂窝填充梯度结构从前至后产生稳定有序可控的变形,冲击力随压缩行程增加至508.07 mm时上升至最大值821.69 kN,呈现梯度上升的趋势,吸收冲击动能为244.1kJ,满足某动车组耐撞击性能需求。

粘接条件对碳纤维增强复合材料四边形多胞结构耗能特性的影响

为研究多胞结构胞元间的粘接条件对结构耗能特性的影响,将碳纤维增强环氧树脂复合材料方管采用环氧树脂胶以不同粘接条件粘接在一起形成多胞结构,并进行了准静态压缩试验,分析了不同粘接条件下多胞结构的压缩破坏模式和耗能特性。研究结果表明:胞元间采用侧面粘接或底部粘接的方法可提高多胞结构的耗能特性;粘接底部比侧面粘接对多胞结构的耗能量和压缩载荷的影响更大;完全粘接试件的平均压缩载荷、耗能量和比吸能均最大。对于三胞结构而言,品字型三胞结构的耗能特性比L型三胞结构耗能特性更优。

再生粗骨料混凝土静动态抗压强度离散性试验研究

为研究再生粗骨料(RCA)替代率和应变率对再生粗骨料混凝土(RAC)抗压强度离散性的影响,制备了3种不同RCA替代率的RAC (0%、50%、100%),分别进行准静态压缩及霍普金森压杆(SHPB)试验,与概率统计分析理论,对RAC抗压强度结果进行分析讨论。结果表明:准静态压缩下,RAC抗压强度离散程度随RCA替代率增加变化不显著,但表现出先增加后减小的趋势;SHPB试验应变率为50~120 s-1时,受RCA替代率和应变率的共同影响,同一应变率下RAC动态抗压强度离散程度随RCA替代率增加而增加,同一RCA替代率下RAC动态抗压强度离散程度随应变率增加逐渐减小。此外,对传统Weibull分布模型引入替代率和应变率参数进行修正,考虑到抗压强度离散性可能影响结构设计的安全性,提出了在任意保证率下具有不同RCA替代率的RAC动态抗压强度预测公式。