超高分子量聚乙烯纤维增强对木材破坏形貌及承载性能影响

选用PUR木材层压胶,设计"刨光锯材-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维-单板"3层结构木质复合材,探索研究了UHMWPE纤维增强对木材抗弯性能、剪切性能以及单板厚度对其增强效果影响,并利用红外光谱(FT-IR)对脱粘纤维进行表征,进而对UHMWPE纤维增强机理进行了分析。结果表明,PUR木材层压胶可用于UHMWPE纤维/木材的复合,UHMWPE纤维增强明显改变了木材破坏过程和破坏形貌,提高了木材的承载性能,同时UHMWPE纤维增强效果与单板厚度密切相关。UHMWPE纤维的加入降低了胶合界面的剪切性能。

不同加载速率下玄武岩三点弯断裂性能及破坏形貌的试验研究

对不同加载速率下的玄武岩展开了三点弯断裂试验研究,探讨了荷载一位移曲线变化规律及裂纹扩展机理,分析了试样断裂面粗糙度系数随加载速率及开裂荷载的变化关系。结果发现:当加载速率在0. 005~5mm/s范围内增加时,试样的断裂峰值荷载有增大趋势,而最大位移有不同程度减小,荷载一位移曲线的弹性阶段明显突出,上凹阶段与裂纹失稳扩展阶段有所隐退。裂缝扩展高度一定时,开裂荷载随加载速率的增加而增大,且断裂面粗糙度系数与加载速率呈显著的对数函数递减趋势;而加载速率一定时,开裂荷载随裂缝扩展高度的增加而增大。试样不同高度处的开裂荷载与断裂面粗糙度系数呈明显的幕函数递减关系。

一种铝合金层裂破坏的分形形貌与微结构的相关性

针对高速冲击下材料的层裂破坏，用盒子计数法和码尺法计算了一种铝合金的层裂剖面的分形维。结合层裂破坏形貌的微观观测讨论了分形标度区范围。测定了材料的微结构分布，对材料中的二相粒子尺寸，晶粒尺寸以及相邻的二相粒子间距的分布，层裂破坏形貌展示的自相似范围和计算分形维数时的标度区范围进行比较，发现相邻的二相粒子间距的分布范围和层裂破坏形貌的自相似范围以及分形维的标度区范围是相当的。

芳纶/玻纤经编复合材料的力学性能研究

研究芳纶/玻纤混杂纤维双轴向经编复合材料的力学性能。以芳纶/玻纤混杂纤维双轴向经编织物为增强体,将№1⁃695⁃3K A环氧树脂与№1⁃695⁃3K B固化剂混合,基于真空辅助树脂传递模塑技术制作复合材料,并与同状态下玻纤经编复合材料对比,研究两种复合材料在拉伸性能、弯曲性能和低速冲击性能上的区别。结果表明:与玻纤经编复合材料相比,芳纶/玻纤经编复合材料沿纱线加载方向的拉伸强度和弯曲强度分别提升了约20%和26%,最大冲击载荷提高了约45%。认为:芳纶/玻纤经编复合材料具有更好的力学性能,可替代玻纤经编复合材料用于工程领域。

锚杆静压桩混凝土加固既有建筑物的应用研究

为了提升锚杆静压桩混凝土加固既有建筑的抗震性能,对比分析了叠合梁结构(HA-1、HA-2和HA-3)和框架梁+柱体结构(HA-4)试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能能力。结果表明:4种试件在加载过程中都会经历开裂、屈服、峰值和极限应力阶段,各个试件的表面破坏形态也有所不同。4组试样的滞回曲线都较为饱满,整体呈现反S形态,但是不同试件的滞回曲线的捏缩程度不同。相较于其他3组试件,HA-4试件在到达峰值荷载前的累积耗能速率要明显高于其他试样,且整体而言,叠合梁结构试件的耗能能力会低于框架梁+柱体结构试件(HA-4)。

既有建筑钢筋混凝土结构的加固设计与抗震性能分析

为了提升既有建筑钢筋混凝土结构的抗震性能,共设计了7种钢筋混凝土柱试件,考察了混凝土强度等级、聚合物砂浆和损伤裂纹宽度对采用低周往复加载作用下钢筋混凝土柱破坏现象、滞回曲线、骨架曲线和刚度退化等的影响。结果表明,7种钢筋混凝土试件在低周往复荷载作用下都发生了剪切破坏;相较于未加固的对比试件,直接加固试件的滞回曲线较为饱满,耗能能力相对更强;抹聚合物砂浆有助于提升直接加固试件的耗能能力,损伤程度较小的试件在损伤加固处理后的耗能能力更强。加固处理后钢筋混凝土柱试件的承载力增强,且混凝土强度等级更大的试件的承载力和变形能力相对更好;抹聚合物砂浆后加固试件的承载能力会进一步提升,而未抹聚合物砂浆的加固试件的极限位移相对更大;损伤加固处理后可以提升钢筋混凝土柱试件的变形能力。加固处理有助于提升钢筋混凝土柱试件的承载能力和初始刚度,但是抹聚合物砂浆试件的变形能力会略有降低;损伤较小的试件进行加固处理可以提升试件的承载能力、变形能力和初始刚度,而损伤较大后进行加固处理可以恢复到损伤前的水平。

型钢-混凝土组合柱的抗震性能及其影响因素研究

为了提升型钢-混凝土组合柱的抗震性能,共设计了7组型钢-混凝土组合柱试件并进行了低周往复荷载试验。研究了截面形式(内置十字型钢、圆钢管、方钢管)、翼缘宽度(80、90和100mm)、腹板高度(30、35和40mm)对型钢混凝土柱破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线和延性特征的影响。结果表明,7组型钢混凝土试件的滞回曲线都较为饱满,整体呈梭形;对于不同截面形式的试件,内置圆钢管的J2-2试件的滞回曲线最为饱满,内置钢管可以有效约束管内混凝土并提升试件的变形能力,且内置圆钢管J2-2试件对变形能力的提升效果要优于内置方钢管J3试件;对于不同翼缘宽度的试件,翼缘宽度更大的J2-3试件的滞回曲线更加饱满,翼缘宽度增加有助于提升承载力和整体刚度,但翼缘宽度并不是越大试件的变形能力越好;对于不同腹板高度的试件,腹板高度更大的J2-5试件的滞回曲线最为饱满,腹板高度更大的试件的承载力相对较高且承载力下降较慢,延性和变形能力较好。截面形式为内置圆钢管、翼缘宽度中等(90mm)、腹板高度更大(40mm)的J2-5试件具有较好的抗震性能。

松桉轻质刨花板内结合强度及其破坏模式对比

人造板“轻质化”是近期我国木材加工行业的重要发展方向之一,而对于轻质刨花板力学性能及其破坏模式的深入分析可为其开发利用提供重要依据。以松木和桉木为木质原料,选用聚氨酯发泡胶黏剂制备全松木、全桉木和松桉混合3种具有不同原料组成的轻质刨花板,对比分析其内结合强度和破坏模式,并从破坏断面形貌和刨花表面润湿性两方面进行了深入探讨。结果表明:平均密度为540 kg/m^(3)的轻质刨花板中,全松木刨花板的平均内结合强度(0.26 MPa)显著小于全桉木刨花板(0.38 MPa)和松桉混合刨花板(0.35 MPa)。内结合强度测试中:全桉木刨花板的木材破坏区域占比最大,为(60.9±24.9)%;全松木刨花板最小,为(18.3±16.3)%;松桉混合刨花板介于两者之间,为(44.3±26.7)%。全桉木刨花板的破坏断面平整度较小,算术平均粗糙度(R_(a))值为(12.75±4.98)μm;全松木刨花板的破坏断面平整度较大,R_(a)值为(2.60±0.75)μm。3种刨花板均表现为胶层和木材混合的破坏模式,但在破坏断面平整度、木材破坏区域占比上具有明显差异,是其内结合强度表现出差异的重要原因。

斜向水平荷载作用下高强钢筋混凝土柱的抗震性能

为了提升斜向水平荷载作用下钢筋混凝土结构的抗震性能,共设计了7组矩形截面的钢筋混凝土柱,研究了加载方向、轴压比和约束方式对钢筋混凝土柱破坏形貌、滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线的影响。结果表明,相对斜向加载NC-2试件,主轴加载NC-1试件的滞回曲线更为饱满、峰值荷载较大、强化退化更快,屈服荷载 F_(y)、极限荷载F_(u)和延性系数平均值μ_(ave)相对更大,表明斜向荷载作用下试件的承载能力和变形能力相对较低;轴压比越大试件的峰值荷载越高、到达峰值荷载后的斜率下降速率越大, F_(y)和F_(u)越大、μ_(ave)越小,表明轴压比更大的钢筋混凝土试件的承载能力越大,而变形能力有所减弱;局部区格约束试件C-3的滞回曲线与未约束试件NC-4差别较小,且峰值荷载相对未约束试件NC-4更小、到达峰值荷载后的斜率下降速率相对更快, F_(y)、F_(u)和μ_(ave)相对未约束试件NC-4更小;外包铁板网/碳纤维布约束的C-1/C-2试件的 F_(y)、F_(u)和μ_(ave)相对未约束试件NC-4增大,滞回曲线更加饱满、峰值荷载越大,表明外包铁板网/碳纤维布约束可以有效提升试件的承载能力和变形能力。

热空气老化和热水老化对PC冲击性能的影响

在 40℃和 80℃环境中 ,分别对 Bayer- PC、Japan- PC、Korea- PC三种聚碳酸酯缺口冲击试样进行了热空气老化和热水老化实验研究。在 0～ 40 0 h老化时间内 ,研究了这三种 PC的热空气老化和热水老化对冲击强度和断面形貌的影响 ,讨论了 PC热空气老化和热水老化机理。结果表明 :老化前 ,Japan- PC、Korea- PC和 Bayer- PC冲击强度分别为 95k J/m2 、83k J/m2 和 55k J/m2 ;在 40℃和 80℃热空气老化后 ,三种 PC冲击强度均有所下降 ,其中 80℃热空气老化引起的降幅最大 ,热空气老化 40 0 h后的冲击强度顺序为 Japan- PC>Korea- PC>Bayer- PC,在 40℃热水老化后 ,三种 PC的冲击强度几乎不受老化时间影响 ;在 80℃热水老化后 ,三种 PC冲击强度均有所下降 ,其中 Bayer- PC降幅最小 ,Japan- PC次之 ,Korea- PC最大 ,但 PC的平衡冲击强度大小与热空气老化的情况相同。由扫描电镜对冲击断面形貌观察可知 ,未老化的三种 PC均以剪切屈服破坏机理为主 ,老化后的三种

复合材料高温强度测试分析及数值模拟

对碳纤维环氧树脂复合材料T300/AG80的力学性能进行了测试与计算。采用QBT-70-400x高低温测控系统与万能试验机相结合,得到了材料在不同温度下的拉伸破坏强度和有效弹性模量,分析了温度对材料力学性能的影响,并结合试件破坏断口形貌分析了试件的损伤模式及破坏机理。以试验所得纵横向有效弹性模量为基础,参考其它实测热物理参数,用有限元方法对试件拉伸过程进行了数值模拟分析,将计算结果与试验结果相对比,数据基本吻合。分析试验和数值结果可知,温度升高所带来的温度应力和环氧树脂软化分解是材料力学性能下降的主要原因,但受温度影响的试件破坏模式的差异对材料力学性能的影响也很明显。

混杂纤维复合材料层板的抗弹冲击性能

为了考察混杂纤维复合材料层板的抗弹冲击性能,采用碳纤维织物或玻璃纤维织物与芳纶纤维织物复合材料层共固化的方式,利用热压罐成型工艺制备了几种具有不同面密度及铺层结构的混杂纤维复合材料层板,并进行抗弹冲击性能测试、表观形貌观察和无损检测分析。结果表明:纯芳纶纤维及混杂纤维复合材料层板的钢弹冲击破坏模式相同,均为表层剪切破坏,中间层分层破坏,背层拉伸断裂破坏;层间混杂顺序对复合材料层板的分层缺陷面积有较大影响,当碳纤维层作为背层时,层板的分层缺陷面积为12 863. 6 mm2小于玻璃纤维层作为背层时(17 400. 5 mm2);当芳纶层作为背板时,混杂纤维复合材料层板冲击后分层缺陷面积与纯芳纶的相当(14 151. 0～14 927. 0 mm2)。混杂纤维复合材料对层板的抗弹冲击性能有较大影响,混杂后复合材料的弹道极限速度(v50)均有一定程度的提高,其中玻璃纤维/芳纶复合材料的v50从纯芳纶复合材料层板的193. 08提高至204. 33 m/s。将碳纤维层或玻璃纤维层作为着弹面层的混杂纤维复合材料层板具有更优异的抗弹冲击性能,其贯穿比吸能(BPI)均优于纯芳纶复合材料层板。

晶须辅助增强复合材料动态压缩性能研究

为获得一种新型氧化锌纳米晶须辅助增强环氧树脂基复合材料的准静态和动态压缩力学性能,采用万能实验机和分离式Hopkinson压杆装置为加载手段,对该复合材料层合板厚度和平面内两方向的准静态和动态压缩性能进行实验研究;借助扫描电镜对该复合材料断口损伤形貌进行表征.实验结果表明:在动态加载下,该复合材料具有明显的非线性本构关系和应变率强化效应.材料在厚度方向的破坏以剪切破坏为主,在平面内方向的破坏以分层破坏为主,其厚度和平面内两方向的压缩破坏具有完全不同的破坏机制.

经编间隔织物/空心玻璃微珠增强环氧树脂基复合材料的弯曲性能

通过将经编间隔织物、空心玻璃微珠增强体与环氧树脂基体单独以及共同复合,制成了3种新型环氧树脂基复合材料.对3种复合材料进行了三点弯曲试验,通过试验获得材料的弯曲强度和弯曲模量,以及对样品断面的破坏形貌分析,发现3种材料的弯曲及比弯曲性能均优于纯环氧树脂,而由经编间隔织物以及空心玻璃微珠二者共同增强的新型三相环氧树脂基复合材料具有最好的弯曲及比弯曲性能.

高强纤维复合材料典型胶接接头抗弹性能研究

胶接接头作为纤维增强复合材料的典型连接结构,在舰船抗弹防护工程中应用广泛,但胶接接头部位通常因纤维不连续引起抗弹性能减弱等问题。为了解决该类型接头的等效防护问题,以高强聚乙烯纤维增强复合材料胶接接头为研究对象,采用瞬态非线性有限元分析和高速破片冲击试验方法,研究了典型10 mm、15 mm厚高强聚乙烯层合板胶接接头的抗弹过程和失效机理,并对连接接头的抗弹性能进行等效防护设计。结果表明:典型平板胶接接头抗弹失效过程可分为3个阶段:局部分层、渐进拉伸破坏、整体剪切破坏;接头补强层的失效机理主要为剪切穿孔破坏、双向拉剪破坏以及拉伸破坏;通过背衬补强层的方式可实现高强聚乙烯层合板胶接接头抗弹性能的等效防护设计,其补强层厚度不得小于0.3倍层合板厚度,拼缝两侧补强宽度范围不得小于40倍弹径。

冲击压缩载荷下大尺寸混凝土力学响应的数值模拟

利用Ansys/Ls-dyna有限元软件模拟打击气压为0.6、0.8、1.2 MPa下大尺寸混凝土的SHPB束杆试验.试验结果表明,模拟得到的冲击试验过程中束杆传播的入射、反射及透射应力波信号与实测结果比较,波形总体吻合较好,入射波偏差很小,反射波和透射波差异略大;打击气压越大,试样破损速度越快.数值模拟给出了不同打击气压下大尺寸混凝土破坏形貌变化的规律.

舱壁组合结构抗高速破片侵彻性能研究

为研究舱室组合结构抗高速破片侵彻性能,设计船用钢和玻纤/芳纶混纺复合材料的组合结构,开展高速破片侵彻不同工况下组合结构的数值模拟计算,分析了高速破片侵彻组合结构的侵彻过程,以及破片侵彻姿态、堆叠次序、混纺纤维体积比以及间隙对组合结构抗弹性能的影响。数值计算结果表明:受玻纤/芳纶体积比以及间隙的影响,钢板前置时组合结构的抗弹性能不一定最优;破片以面姿态侵彻组合结构时,侵彻能力最高;组合结构中若需要复合材料层合板前置且不降低抗弹性能时,层合板需要较高的抗剪强度。

碳纤维体积含量对碳玻混复合材料性能的影响

为研究不同碳纤维体积含量对复合材料力学性能的影响,以环氧树脂为基体,制备了不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维(碳玻)层间混编织物复合材料,研究了不同碳纤维体积含量的碳玻混杂复合材料的拉伸性能、压缩性能及其破坏形貌。0°拉伸试验表明,混杂层合板的拉伸强度与模量及碳纤维的体积含量均呈正相关,0°拉伸强度最高可以达到899.92 MPa,模量最高可以达到73.58 GPa。在混杂纤维中,适当提高碳纤维体积含量,能有效提高复合材料的拉伸模量,混杂复合材料的拉伸失效方式主要为边缘剥离断裂。0°压缩试验表明,混杂层合板压缩强度最低值为552.56 MPa,最高可以达到603.16 MPa。碳纤维的体积含量每增加2%,0°压缩模量提升约6%。在90°拉伸试验中,碳玻混杂层合板较玻纤层合板的拉伸模量有小幅下降,拉伸强度基本不变,模量最大下降幅度为7.81%,拉伸强度最低为51.48 MPa。碳纤维的体积含量对混杂层合板的拉伸模量基本无影响,均约为12.10 GPa。

湿热环境下碳纤维环氧树脂复合材料拉伸性能研究

为了研究不同铺层对TG800/E207碳纤维环氧树脂复合材料吸湿特性和拉伸性能的影响,制备了[0]_(16),[90]_(16),[±45]_(4s)和[+45/0/0/-45/-45/0/0/+45]_(s) 4种铺层的复合材料层板,分析了复合材料在80℃,90%RH环境中的吸湿动力学曲线、吸湿损伤形貌、破坏形貌、载荷位移曲线及其强度退化。结果表明:TG800/E207复合材料层板的吸湿曲线呈现多阶段现象。当吸湿时间达到1608 h时,吸湿趋于平衡;[90]_(16)的吸湿量最低,其最终吸湿量仅为0.806%;[+45/0/0/-45/-45/0/0/+45]_(s)的吸湿量最高,其最终吸湿量为0.876%。与室温干态(RTD)条件下相比,室温湿态(RTW)条件下这4种铺层复合材料层板破坏载荷分别降低了13.80%,27.36%,10.70%和25.60%。[90]_(16)的最终吸湿量最低但其拉伸强度退化最为严重。

冲击载荷下2-2型水泥基压电复合材料力电响应特性

研究2-2型水泥基压电复合材料在冲击载荷下的力电响应特征,利用分离式Hopkinson压杆装置进行冲击加载,借助超高速摄影技术观察试样在冲击载荷下的破坏形貌。结果表明:冲击载荷下,压电复合材料具有明显的应变率效应,是应变率敏感材料;压电复合材料的力电响应存在一个临界值,当应力小于该临界值时,试样的电信号与施加载荷之间具有良好的线性关系;动态增强因子可以有效描述压电复合材料压缩强度的率效应规律,在线性范围内,随着应变率的增大,试样的动态增强因子也增大,且具有稳定的增长率;由Maxwell模型得到的压电复合材料应力松弛时间随应变率增大单调递减;冲击载荷下,2-2型水泥基压电复合材料与压电陶瓷的电学失效发生在力学失效之前,且均呈现“爆炸式”破碎,压电陶瓷还伴随着明显的电弧放电现象。