剪力滞对CFRP板-钢梁加固界面应力的影响

为了分析工字钢梁弯曲变形产生的剪力滞效应对黏结层法向应力和切应力的影响,基于虚功原理的能量变分法建立考虑剪力滞的碳纤维增强复合材料(CFRP)加固梁黏结应力计算理论方程.通过与试验和有限元数值模拟结果的对比,验证了理论方程的正确性.开展不同弯矩作用下的工字型钢梁黏结层界面切应力和法向应力参数分析.结果表明,剪力滞引起的翼缘板纵向位移沿横向3次抛物线分布的假定是合理的.剪力滞效应对CFRP加固工字钢梁弯曲变形下的端部界面应力影响不可忽略,影响程度随着截面弯矩和翼缘板宽度的增加而增大.

风沙冲蚀下钢结构涂层的界面应力与破坏准则

为表征和评价风沙冲蚀作用下钢结构涂层界面结合强度,以西北地区风沙流特征为背景,利用接触力学和界面力学理论建立了在风沙冲蚀作用下钢结构涂层的界面应力表达式.结合断裂力学理论和有限元分析方法,确定了钢结构涂层的界面起裂位置.在起裂位置处建立了考虑压应力影响的界面应力破坏准则.研究结果表明:当冲蚀角度为30°和60°时,最大界面剪应力分别位于冲蚀点前侧200 mm和180 mm处,最大界面压应力分别位于冲蚀点前侧100 mm和50 mm处,涂层界面的起裂位置为最大界面剪应力处.风沙冲蚀作用下涂层的界面应力破坏准则与莫尔-库伦强度准则相似,斜率的大小取决于沙粒的冲蚀角度,且当冲蚀角度为30°和60°时,斜率大小分别为-0.599和-0.467.

预应力纤维带混锚加固窄梁界面应力分析

预应力纤维带混锚加固结构方法已被成功应用于工程实践,其纤维带端部存在由端锚系统提供的轴向拉力,可有效防止普通粘贴加固梁端部界面应力集中引起的剥离问题,大幅提升材料利用率。如何评价其应力缓解程度是预测抗剥离能力的关键问题。参考纯粘加固梁界面应力分析方法,考虑端锚系统抗剪刚度和预应力作用,推导预应力纤维带混锚加固梁的界面应力计算公式,通过预应力纤维带混锚加固木梁四点弯曲试验及有限元分析验证理论公式的准确性,并在此基础上进行关键参数分析,明确不同参数对加固梁端部界面应力的影响。参数分析结果表明:通过适当增加胶层厚度,减小胶层弹性模量、纤维带厚度和弹性模量及原梁高宽比,可以不同程度地降低端部界面应力,其中胶层厚度影响最大,当胶层厚度由0.2 mm增加到6 mm时,预拱混锚梁端部界面剪应力和正应力分别降低83%和92%,且其降低幅度大于无端锚工况。随原梁高宽比增大,加固梁端部界面应力增大,当原梁高宽比等于3时,附加端锚的预拱混锚梁与预拱粘贴梁相比,端部界面应力降低28%,因此纤维带端部附加端锚系统可有效降低界面剥离风险。预应力纤维带混锚加固窄梁基于三阶段的界面应力分析方法对其剥离防治设计具有参考价值。

RTV硅橡胶-直插二极管体系的粘固界面应力模拟研究

D04硅橡胶常用于航天产品元器件的加固操作,可实现增强产品的抗力学环境作用,但目前针对元器件点胶粘固的必要性以及规范性多以型号沿用为主,而不同型号产品的应用状态存在差异。本研究工作以直插钝化玻璃二极管BWA66为研究对象,通过ANSYS软件对不同D04硅橡胶点涂高度在力、热环境下进行界面应力模拟仿真和定性分析,深入探讨了该类封装元器件使用硅橡胶粘固的必要性以及对D04硅橡胶点胶粘固工艺参数进行了确认。

不均匀胶层对CFRP-混凝土弧形界面应力状态影响

受输水隧洞洞内水流冲刷的影响,衬砌混凝土表面的凹凸不平会导致胶层局部厚度发生改变。采用有限元方法研究了胶层厚度的不均匀对CFRP-衬砌混凝土界面应力状态的影响。基于“实体-弹簧-实体”三维有限元模型,在胶层单元以及衬砌混凝土单元内设置缺口以模拟凸台、凹槽以及气泡的存在;通过改变缺口的位置、深度和长度,分析了不同缺口条件下加固界面应力状态的变化规律。研究结果表明:相对于凸台和凹槽两种界面缺陷而言,气泡的存在对CFRP-衬砌混凝土界面应力状态的影响最为不利;随着气泡深度和长度的增加,界面径向应力的集中程度明显提高。故在CFRP粘贴完成后,对于CFRP的粘贴质量应进行详细检查,对于存在气泡的部位,建议采用针管注胶等方式进行处理。

夹杂和裂纹相互影响时的界面应力分析

本文结合无限域上单根夹杂和单根裂纹的基本解,将裂纹与夹杂相互作用的问题归结为解一组柯西型奇异积分的积分方程组,使问题得到解决。本文还使用夹杂两侧的未知界面应力差,进一步推导了夹杂两侧的界面应力,并做了数值计算。有关这方面的计算可以作为研究与设计纤维与基体的联结强度的工程参考。

外部粘贴碳纤维或钢板加固梁中粘结界面应力分析

钢筋混凝土梁可采用外贴碳纤维或钢板条于梁底的方法进行补强加固。但是 ,在板条与梁底间的粘结界面端部将产生较大的沿粘结面的剪应力和垂直粘结面的正应力 ,这些应力将有可能造成外贴板条端部锚固失效 ,从而 ,使梁因板条的材料强度得不到充分发挥而提前破坏。目前 ,已有的计算界面应力公式都是在弹性理论基础上假定应力沿胶层厚度为常量 ,并且 ,忽略了板条端部的应力奇异现象而得到的。为此 ,对该类加固梁的胶层应力分布 ,特别是板条端部的应力 ,采用LUSAS有限元分析程序进行了详细的计算研究 。

粘结滑移问题的界面应力元模型

基于不连续介质变形体的界面应力元法,通过在不同介质界面处设置粘结滑移元件,以界面两侧块体元材料的本构特性反映界面点对的正应力和法向相对位移之间的关系,以两种材料结合面的粘结滑移特性表征界面点对的剪应力和切向相对位移之间的关系,建立了粘结滑移问题的新的界面应力元数值计算模型,并编制了相应的计算机程序.数值算例表明,计算模型可较好地仿真复合材料界面的粘结滑移现象,能很好地揭示复合材料结构的工作性态.

不同材料涂层/基体界面应力的有限元评价

涂层 /基体结合强度是衡量喷涂质量的关键指标。利用有限元方法对涂层 /基体剪切结合强度的测定方法进行了力学分析 ,着重讨论了涂层 /基体交界面上的应力分布。然后 ,在此基础上 ,针对 3种不同涂层材料 (Al2 O3、Al、Cr3C2 / Ni- Cr) ,对涂层 -基体交界面进行了应力分析 ,比较了不同的涂层材料性能对涂层 /基体剪切结合强度的影响 ,给实际喷涂工艺有一定的指导意义。

界面应力对玻纤增强HDPE基体伸展链晶体的诱导作用

本文采用ＳＥＭ、ＳＡＬＳ、ＤＳＣ和材料力学性能实验等方法考察了界面粘结性、玻纤含量和试样熔体成型冷却速率等与其ＧＦ／ＨＤＰＥ复合材料基体晶态结构及材料力学性能间关系。实验结果表明：在界面相存有较牢固的化学偶联作用条件下，其材料试样熔体成型冷却过程中所产生的界面应力可应变诱导玻纤周围基体树脂伸展链晶体结构的形成，并由此而明显改善了复合材料的拉伸、弯曲强度及其缺口冲击韧性。

惯性载荷对截肢患者残肢/接受腔界面应力的影响研究

接受腔/残肢界面压力分布特征是假肢优化设计的基础,传统的有限元模型只限于静态分析,不符合实际情况。本文以小腿截肢患者为研究对象,建立了三维非线性有限元模型,给出了一个步态周期内残肢界面压力的变化规律,并对惯性载荷的影响进行了定量比较。结果表明:界面压力主要分布在髌韧带、胫骨内外侧和窝区,一个平地正常速度行走的步态周期内,站立相压力变化呈双峰蝶形,惯性载荷引起的平均压力幅值变化为8.4%;而在摆动相压力幅值变化高达20.1%,并且变化规律相反。行走过程中惯性载荷的影响不能忽略。

预应力FRP片材增强RC梁的界面应力分析

粘贴预应力纤维增强复合材料(FRP)片材对土木建筑结构进行加固和修复,可以提高工程效率,改善构件的受力状况.文中从理论分析入手,推导了预应力FRP片材增强钢筋混凝土(RC)梁界面层的剪应力和正应力的计算公式,分析了预应力作用下FRP片材和混凝土之间的界面层的应力分布,并通过有限元对碳纤维簿板(CFL)增强RC梁作了数值实验验证,探讨了初始预应力施加量和CFL厚度对界面应力的影响.理论分析和有限元计算结果表明,当CFL两端无锚固、施加初始预应力为CFL抗拉极限强度的20%时,CFL有发生剥离的危险.

固液耦合模式下采动诱发断层界面应力变化规律的模拟研究

本文运用数值模拟方法,通过改变断层倾角的大小、断层破碎带厚度以及含水层水压对固液耦合模式下采动诱发断层界面应力变化规律进行了模拟研究,揭示了不同工况条件下断层活化突水的影响规律。模拟结果表明:在相同工况条件下,断层的上盘断层界面所受的正应力及剪应力皆大于下盘断层界面所受的相应应力;在工作面推进相同步距时,断层界面所承受的正应力随断层倾角增大而减小,剪应力在倾角为一定范围内随增大而增加,但倾角超过一定角度后其又随之增加而减小;随断层破碎带宽度增加,断层盘界面所受的正应力越大,而剪应力越小;断层界面所承受的正应力及剪应力皆随含水层水压的增加而增加,且水压越大,断层突水危险性就越大。

铝层对热浸铝/等离子体电解氧化复合涂层界面应力的影响

采用有限元方法分析法向均布接触载荷作用下,铝层对热浸铝/等离子体电解氧化(HDA/PEO)复合涂层表面和界面处应力场的影响,并与梯度涂层和单层涂层作了对比分析。计算表明:铝层的存在,使复合涂层表面的拉应力有所增大,同时可缓解界面处的剪切应力。研究结果表明:固定陶瓷层和FeAl层厚度不变,当铝层与涂层总厚度比为0.06-0.1时,涂层表面拉应力和界面剪切应力值均较低,可改善复合涂层的综合力学性能。

纤维拔出时Coulomb摩擦界面应力传递

假设纤维/基体界面分离区域内的摩擦剪切应力遵循Coulomb摩擦律,包括泊松效应的影响,建立了纤维拔出时的摩擦界面应力传递模型,获得了包含摩擦滑移和由纤维/基体热失配引起的法向残余热应力效应的纤维轴向应力和界面剪切应力的表达式.对纤维增强复合材料SCS-6/Ti-6Al-4V作参数化的数值计算,且和有限元结果进行比较.结果表明,随纤维轴向位置的增加,纤维轴向应力和界面剪切应力均减小;法向残余热应力、高纤维体积分数和短纤维延缓纤维失效.

加锚岩体的界面应力元模型

基于不连续介质变形体的界面应力元法建立了加锚岩体新的数值模型，该模型可以仿真各种加固锚件的复杂几何布局，对加固锚件的位置、长度、倾向、倾角等均无任何限制和要求。数值算例表明：文中的计算模型能够较好地揭示加锚岩体的工作性态，具有广阔的应用前景。

不均匀胶层对CFRP板加固梁的界面应力影响

采用数值试验研究了CFRP板加固钢筋混凝土梁中不均匀胶层的应力及加固界面应力.被加固梁界面上设置缺口改变胶层的局部厚度,根据缺口的深度、宽度、位置建立6种分析工况.研究表明,缺口距离CFRP板端部较近时,界面峰值应力会高于无缺口工况,缺口远离CFRP板端部位置时,峰值界面应力几乎不受影响;缺口距离CFRP板端部为CFRP板长的0.83%和1.25%时,峰值界面剪应力和正应力分别达到最大值;当缺口的长度或深度增大时,峰值界面剪应力和界面正应力均增大,界面应力对于缺口深度更敏感;在远离CFRP板端部区域,胶层中的应力沿其厚度方向均匀分布;当缺口出现在CFRP板端部附近时,CFRP板端部胶层中的应力沿厚度方向变化更大且应力在缺口区域内分布更加不均匀.

PP/CaCO_3复合材料拉伸时界面应力的有限元分析

应用ANSYS软件对碳酸钙粒子填充聚丙烯(PP)复合材料在拉伸过程中的界面应力分布进行了有限元分析,并将三维与二维的有限元模拟结果加以比较.结果表明:粒子极点区受到的剪切作用最大,而赤道区则受到基体树脂强烈的挤压提拉作用,拉伸应力达到最大值;相对而言,三维的应力分布曲线起伏较大.

玻璃钢板加固混凝土梁界面应力有限元分析

本文对玻璃钢板加固混凝土梁界面应力进行了有限元分析,研究了不同玻璃钢板长度、厚度对界面应力的影响,得到了界面应力随玻璃钢板长度、厚度变化的规律。有限元计算结果与试验结果吻合较好。