I-II复合型裂缝断裂角的分层剪滞模型与分析

采用修正的剪滞理论建立了岩石、混凝土等准脆性材料的I-II复合型裂缝在单向拉伸荷载作用下的计算模型,得到了与实验相吻合且优于传统S判据的断裂角。通过对远场应力、斜裂缝区应力以及子层位移的合理简化,得到了求解剪滞分析模型的边界条件,进而得到了含斜裂缝的各子层位移分布函数。引入最大应力集中因子,对I-II复合型裂缝前缘应力场进行简化;基于斜裂缝沿最大应力集中因子方向扩展,得到裂缝的断裂角。根据斜裂缝的应力分布,设置不同的子层分区,得到了更为细化的位移分布模式。通过对计算数据的分析,针对单向拉伸荷载作用下的I-II复合型裂缝,建立了按应力场分区设置子层的分层剪滞模型,得到更为精确的斜裂缝断裂角。

基于剪滞模型的球棒状纤维内应力分布的研究

改善纤维几何形态,引入球棒状纤维,可以提升短纤维增强复合材料的整体力学性能。基于复合材料细观力学中的剪滞模型,分析比较了球棒状纤维和平直纤维上的应力分布。应用MATLAB软件分析了不同部分的微元模型,得知球形微元具有分散内部应力,降低应力极值的效果。应用ANSYS软件给出直观模拟应力云图,验证了分析结果与理论模型的一致性。

基于剪滞模型的锚杆锚固力学分析

从复合材料力学的角度出发,将复合材料剪切滞理论运用于锚杆支护,对锚固体内部应力分布进行了研究,通过剪应力并非线性分布的假设,推导出弹性状态下受到载荷的锚固体轴力分布函数与黏结面剪应力分布函数。通过算例分析锚固体内部交界面的剪应力和锚杆的轴力,绘出轴力和剪力分布图像,并通过数值模拟进一步验证了结果,证明了公式的合理性。

基于剪滞理论的纤维应力分布分析

探讨拉压过程中纤维与基体之间的应力,利用弹性力学基本理论,根据Cox剪滞模型,推导轴向力和剪切力理论数学公式。在推导过程中,将径向力考虑在内,同时纤维与基体间的应力传递过程需要通过剪切应力来实现,最终求解轴向力,对轴向力和剪切力的分布作图并进行详细分析。最终发现径向力存在的情况下,最大剪应力有所降低,降低幅度达5.25%,最大轴向力有所提升,提升幅度达3.76%。同时,在拉伸过程中发现纤维两端出现了最大剪应力,而最大轴向力出现在纤维中心处。

考虑分层损伤的完全抛物线剪切滞后模型

横向基体开裂和分层损伤是正交层板复合材料的主要损伤类型．与现有完全抛物线剪切滞后分析模型不同，本文提出了包含横向开裂裂尖引起分层损伤的完全抛物线模型．依此模型计算了材料的刚度衰减，并与不包含分层的完全抛物线、不完全抛物线等剪切滞后分析模型预测结果作了计算比较.结果表明，在应力较高的情况下，本文提出的分析模型所得的预测结果与实验值符合得最好．

预应力锚索锚固段的剪滞-脱黏模型

基于预应力锚索锚固体从岩土体中拔出计算模式,通过锚固体与灌浆材料的界面界面层变形–破坏过程分析,将锚固段分为弹性区、塑性滑移区和脱黏区,建立锚固体–岩土体界面力学模型,采用与Coulomb条件关连的流动法则,导出界面应力分布的理论解;同时,构造具有剪胀和滑移特性的新型有限元界面单元,采用数值模拟的方法与界面应力分布的理论解进行相互验证,为锚固体受力的计算、分析与锚固体的设计提供理论依据。分析表明,锚固体的弹性区和脱黏区的受力较小,主要受力部分是塑性滑移区。因此,锚固体荷载的主要工况是塑性滑移状态,在研究或进行锚固体设计时应该主要基于这种变形状态。提高滑移区脱黏前的最大剪应力和增大滑移区的范围是提高锚固体的锚固力的实质。

单向纤维增强陶瓷基复合材料单轴拉伸行为

采用细观力学方法对单向纤维增强陶瓷基复合材料的单轴拉伸应力-应变行为进行了研究。采用Budiansky-Hutchinson-Evans(BHE)剪滞模型分析了复合材料出现损伤时的细观应力场,结合临界基体应变能准则、应变能释放率准则以及Curtin统计模型三种单一失效模型分别描述陶瓷基复合材料基体开裂、界面脱粘以及纤维失效三种损伤机制,确定了基体裂纹间隔、界面脱粘长度和纤维失效体积分数。将剪滞模型与3种单一失效模型相结合,对各个损伤阶段的应力-应变曲线进行模拟,建立了准确的复合材料强韧性预测模型,并讨论了界面参数和纤维韦布尔模量对复合材料损伤以及应力-应变曲线的影响。与室温下陶瓷基复合材料单轴拉伸试验数据进行了对比,各个损伤阶段的应力-应变、失效强度及应变与试验数据吻合较好。

基于高频电阻抗信号的结构损伤监测

给出了利用高频电阻抗信号进行结构损伤识别的精确定量分析方法.考察压电片-黏结层-主体结构组成的一个耦合结构系统,主体结构采用一维模型并只考虑轴向振动,引入剪滞模型来描述压电片与主体结构之间的剪力传递,考虑压电片的动力效应,采用传递矩阵法导出了这一耦合结构的系统方程,得到了压电片电导纳的解析表达式.通过算例验证了所给出方法的正确性和有效性.计算结果表明,弱界面对电阻抗信号有较大的影响,利用电导纳的虚部可以清楚地检测到界面的弱黏结;采用电阻抗技术能够很好地识别结构局部的细小损伤.

嵌岩桩荷载传递特性研究

针对嵌岩桩荷载传递研究中存在的问题,根据桩体与围岩体接触面上的应力-应变关系以及剪滞模型,研究了嵌岩桩的荷载传递特性。推导了考虑桩、岩界面脱黏与完全黏结两种条件下嵌岩段侧阻力分布规律的计算公式。研究了桩、岩相对刚度、外荷载等级对荷载传递特性的影响,讨论了桩端荷载分担比例与嵌岩段所需埋设深度的关系等。研究成果对嵌岩桩设计具有指导意义。

铝镁合金单搭接胶接接头应力分布及强度预测

针对铝镁合金单搭接胶接接头,建立了剪滞解析模型,得到接头剪切应力的一般分析方法,利用有限元模型验证了该方法的有效性。在三维弹塑性有限元模型的基础上,分析了铝镁合金单搭接胶接接头剪切应力、Von-Mises等效应力在胶层厚度、宽度方向上的分布规律,结合试验探讨了胶粘剂类型、胶层厚度、胶接搭接长度对胶接结构连接强度的影响。所得结果对胶接工艺金属材料与胶层属性匹配、接头强度预测及胶接接头性能优化具有指导意义。

基于弹塑性剪滞理论的单丝复合材料段裂过程的蒙特卡罗模拟

单丝复合材料段裂试验(SFCFT)中,随着外载荷的增加,纤维出现了随机脆断的现象,并在一定的载荷下纤维的段裂数达到"饱和"状态(即纤维段裂数目不再增加),该试验常用于表征纤维与基体间界面性能。针对该试验,本文中充分考虑了组分材料的真实性能(即基体材料的弹塑性性能),利用弹塑性剪滞理论进行纤维与基体间的应力传递分析,初步获得较真实的纤维轴向应力及界面剪应力分布形式;在此基础上,考虑纤维强度分布的非均匀性,利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法对试验中纤维的随机段裂过程进行了模拟预报,获得载荷与纤维的段裂数的关系。模拟预报与试验结果比较吻合,表明该应力分析及模拟方法的有效性。

加载情况下SiC_W/Al复合材料中基体的实际承载系数

根据剪滞后模型及复合材料中晶须的实际分布状况 ,分析了基体的承载系数。结合 X射线应力测量原理 ,建立出基体承载系数的 X射线应力测量方法。计算表明 ,压铸态及挤压态 Si CW体积分数为 2 0 %的 60 61 Al复合材料中基体的承载系数分别为 0 .783及 0 .569。试验证实 ,两种复合材料基体承载系数分别为 0 .742及 0 .557。试验结果与理论计算基本吻合。

短纤维复合材料应力传递理论研究进展

对短纤维复合材料中应力传递理论领域近十几年来国内外的研究情况按照单 /多纤维抽出剪滞模型分析、有限元分析以及新分析方法三部分进行了分类介绍。剪滞模型分析法因其简单而且参数物理意义明确而被广泛应用 ;有限元分析法是一种新近发展起来的更准确的分析方法 ,也逐渐被接受 ;最小补偿能原理和轴对称变化分析法等新研究方法也取得了显著的成效。近年来模型的建立和计算过程中更加接近于短纤维复合材料的真实情况。

含脱粘界面纤维增强复合材料应力传递的理论分析

取具有脱粘界面的连续纤维增强复合材料的特征体积单元为研究对象,在常规剪滞模型的基础上通过引入摩擦力概念,并考虑横向泊松效应及基体径向力作用的影响,得到了纤维、基体的轴向应力及界面剪应力沿纤维方向的解析表达式。结果表明:本文所用的改进剪滞模型能较准确地反映各相介质沿纤维方向的应力分布特征,特别是较清晰地描述了脱粘界面的应力渐变以及界面粘结与脱粘临界处出现的界面剪应力跳跃现象,取得了与有限元解较为一致的结果。

界面损伤对单向复合材料应力集中的影响研究

采用计及基体刚度的修正的剪滞模型，研究了含纤维／基体界面剪切屈服效应的单向纤维增强复合材料的应力重新分布问题，定量地讨论了界面剪切强度及纤维／基体拉伸刚度比对应力集中及界面剪切屈服区长度的影响。结果表明，界面的剪切屈服或脱粘可有效地降低纤维的应力集中，应力集中因子随界面剪切强度及纤维／基体拉伸刚度比的增加而增加；界面剪切屈服区长度则随界面剪切强度的增加而减小，随拉伸刚度比的增加而增加。

单向短纤维增强泡沫塑料力学性能分析

将Mori-Tanaka方法和修正剪滞模型相结合,给出了单向短纤维增强高密度泡沫塑料的模量预测和应力计算公式,并用建立的考虑不同情况的有限元模型分析了纤维和基体中的应力分布。研究结果表明:理论预测与有限元分析结果符合得较好。采用修正的剪滞理论能够解释单向短纤维增强泡沫塑料的应力传递机制。当泡孔体积分数增加时,纤维轴向应力和界面剪应力会增大,更容易发生脱粘和拉断破坏。纤维端部脱粘或穿过泡孔虽然容易引起局部应力集中,但对整体应力分布影响不大。

纤维混凝土增强机理的界面力学分析

纤维混凝土是一种利用纤维材料增强混凝土性能的复合材料。纤维对混凝土的增强效果主要起决于纤维-混凝土基体的界面粘结性能。利用复合材料的剪滞理论对纤维混凝土的纤维-混凝土基体的界面力学传递进行分析,得出了纤维承受拉应力和剪应力的表达式,并分析了纤维对混凝土的增强效果。

单向拉伸复合材料断裂过程的计算机模拟

本文在提出新的复合材料模型的基础上，推导了应变集中系数的方程，然后通过蒙特卡罗法模拟单向复合材料的拉伸断裂过程并进行比较，比较后得出了基体对复合材料断裂过程的影响。

计及跨中界面破坏的碳纤维板加固砼梁四点弯曲破坏分析

借鉴复合材料力学,建立一种计及跨中界面破坏的分层剪滞模型,并结合能量破坏准则,研究了含裂缝的碳纤维板加固素砼梁和钢筋砼梁在四点弯曲荷载作用下的应力重新分布和极限承载力,首次定量获得了碳纤维板与砼梁之间的界面破坏区长度和极限承载力与界面剪切强度的关系.结果表明:界面破坏区长度随界面剪切强度和碳纤维粘贴层数的增加而减小;极限承载力随碳纤维粘贴层数的增加而增加,随界面剪切强度的增加是先增大后减小;适宜的界面黏结,极限承载力最高.

单向混杂复合材料拉伸性能的两级分析

为了研究混杂复合材料的混杂效应,该文建立了单向混杂复合材料拉伸性能的两级三维剪滞模型,第一级模型为纤维和树脂构成的纤维束两相材料体系,第二级模型为2种(或多种)纤维束组成的混杂复合材料体系。纤维的强度基于蒙特卡洛(Monte-Carlo)方法,用两参数的韦布尔(Weibull)分布模拟。用此模型模拟了夹芯和分散两种混杂方式、不同混杂比例下的碳/玻混杂单向复合材料棒材的纵向拉伸性能,数值模拟与实验结果吻合。研究发现:在该文的材料体系下,碳纤维体积分数低于或等于5%时,有明显的二次破坏现象。