弯压耦合作用下的复合材料预紧力齿连接力学性能研究

研究表明预紧力齿连接接头在结构中不仅会受到轴力的作用,还会同时受到弯矩的作用,但现阶段尚未对复合材料预紧力齿连接在弯矩和轴力耦合作用下的力学性能展开研究。本文首先对复合材料预紧力齿连接在弯压耦合作用下的试验方法进行了研究,通过液压千斤顶和万能试验机实现了接头在弯压荷载作用下的加载;其次分别对接头进行了轴压、纯弯以及弯压耦合试验,得到了接头在不同荷载下的传力机理。研究表明:在弯压耦合作用下,接头的作用效果可以近似地看作是相应荷载下纯弯与轴压线性叠加的结果;弯矩的存在会在很大程度上影响接头的力学性能,因此在对接头进行设计时要充分考虑弯矩对接头承载力的影响。

复合材料预紧力齿连接技术研究现状与进展

复合材料预紧力齿连接是一种适合大承载构件、具有高连接效率的连接技术,已展现出良好的应用前景。本文简述了复合材料预紧力齿连接技术在破坏模式、传力机理与设计计算方法等方面的研究进展,介绍了该技术在两个典型结构中的应用情况,最后展望了该技术的应用前景,提出了该技术在基础性研究方面有待完善的工作。

复合材料预紧力齿连接件剪切疲劳试验研究

研究表明复合材料预紧力齿连接接头具有良好的静力性能,但对其在循环载荷作用下的疲劳性能还没有深入研究。主要针对不同预紧力下的接头进行了大量疲劳试验,首先通过对试验结果的分析,讨论了预紧力对接头疲劳寿命的影响规律;然后分析了滞回曲线的变化规律,探讨了滞回曲线与接头疲劳损伤累积的关系;最后通过对试件疲劳断口的观察和分析,初步探究了接头的疲劳破坏机理。

钢齿齿长变化对复合材料预紧力齿连接接头力学性能影响的试验研究

通过拉伸试验研究了不同钢齿齿长对一种新型复合材料预紧力齿连接接头力学性能的影响,发现了该接头的几种破坏模式以及极限载荷随钢齿齿长的变化规律,并且通过理论公式推导出钢齿发生弯剪变形的临界齿长。研究结果表明:接触端钢齿齿长变化对应复合材料预紧力齿连接接头存在三种破坏模式。在钢齿齿长较短的情况下,改变钢齿齿长会增大单齿的极限承载力;但钢齿齿长增加到一定长度后,钢齿齿长对接头承载力的影响趋于稳定。理论推导出的钢齿临界齿长可以作为钢齿的设计齿长。

拉压状态下预紧力齿连接接头承载力和剪应力分布规律研究

复合材料预紧力齿连接是一种新型连接方式,具有较高的连接效率。本文对预紧力齿连接平板单齿试件进行拉伸与压缩试验,研究对比两种荷载状态下的承载力和剪应力分布规律,采用数字散斑和有限元接触建模两种方法分析齿剪切面的剪应力分布。通过研究发现,相同参数的单齿试件在拉伸与压缩荷载下的承载力相差不大,但两种荷载下齿剪切面的剪应力分布规律却不同。该结论可以用于预紧力齿连接接头的设计计算中。

多向受力状态下复合材料预紧力齿连接接头应力分析

为了探究复合材料空间桁架桥中关键节点预紧力齿连接接头在多向受力状态下的应力分布,对复合材料空间桁架桥建立多尺度有限元模型。该多尺度模型不仅可以同时获得桁架桥整体结构性能与局部接头应力状态,还可以有效反映两者的相互作用关系。通过该模型,对接头在多向受力状态下的应力分布展开研究,研究表明:预紧力齿接头受力之后,齿面正应力较过盈装配完成时有5 MPa以内的衰减;且多向受力接头较单向受力接头衰减缓和,衰减后多向受力接头齿面正应力略高于单向受力接头齿面正应力;多向受力接头各齿荷载分配比例与单向受力基本一致,均为两侧高中间低;多向受力接头复合材料管横向剪切应力较单向受力接头有一定增大,但最不利荷载工况下的横向剪切应力为15.7 MPa,远小于材料横向剪切强度,接头处于安全状态。所得结果可为复合材料预紧力齿接头设计提供参考依据。

复合材料预紧力齿连接多齿接头的疲劳试验研究

复合材料预紧力齿连接具有良好的静力学性能,但业界对该接头的疲劳性能研究较少。对开螺栓孔和不开螺栓孔两种复合材料多齿接头的疲劳性能进行了试验研究。研究表明:玻璃纤维增强树脂基复合材料采用预紧力多齿连接时,接头的疲劳性能由玻璃纤维增强树脂基复合材料本身的拉伸疲劳性能决定,而非由剪切疲劳性能决定。

基于复合材料预紧力齿连接和螺纹连接的组合接头极限承载性能研究

复合材料预紧力齿连接技术(PTTC)是一种承载效率较高的连接技术,可用于解决复合材料拼装式结构的连接问题。此种连接方式虽然能提升节点的荷载传递效率,但在高承载下的破坏模式为齿的脆性剪切,延性性能较差。提出了一种可应用于拼装式复合材料杆件的基于PTTC连接技术和螺纹连接的组合接头,通过ANSYS进行了压缩荷载下的极限承载性能研究,分别采用力与位移加载的方式进行了计算,明确了接头的破坏模式、获得了荷载-位移曲线。研究发现:在一定玻璃纤维增强复合材料(GFRP)杆件长度下,破坏模式先后表现为杆件屈曲失稳、金属套筒塑性破坏以及GFRP管受压劈裂等,均避免了纤维增强复合材料(FRP)齿的脆性剪切破坏。此外,位移加载条件下延性系数有较大提高,组合接头延性性能较好,计算结果与工程实际应用更贴合。

碳纤维增强树脂复合材料预紧力齿连接试验

为探明桥梁用碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)预紧力齿连接破坏模式和承载性能,以预紧力(23 MPa、34.6 MPa、53 MPa、64.5 MPa)、齿深(0.5 mm、1 mm、2 mm)、齿长(8 mm、16 mm、24 mm)和齿数(1道齿、3道齿和6道齿)为变化参数,进行了共计68个预紧力齿连接接头拉伸试验。根据荷载-位移曲线、应变及破坏模式的测试结果,分析了各参数变化对复合材料预紧力齿连接接头力学性能的影响。研究结果表明:CFRP预紧力齿连接接头存在4种破坏模式−剪切破坏、压溃破坏、纵向劈裂和纤维拉断;接头荷载-位移曲线有两种特征,荷载在达到极值后突然下降及荷载在达到极值后缓慢下降,前者接头发生剪切或纤维拉断破坏,后者接头发生压溃或劈裂破坏;预紧力多齿接头荷载分配不均匀,发生压溃破坏的接头比发生剪切破坏的接头内力分配更均匀,不管接头发生压溃破坏还是剪切破坏,第一道齿承担的载荷分配比最大,齿数越多,接头的最大载荷分配比越小,当预紧力超过53 MPa时,预紧力变化对接头破坏时第一道齿的影响不明显;当预紧力、齿深和齿长分别小于53 MPa、2 mm和16 mm时,接头连接强度分别随预紧力、齿深和齿长的增加而增加,当预紧力和齿长分别超过53 MPa和16 mm时,接头连接强度变化不大,在6齿范围内,接头连接强度随齿数的增加而增加。

拉伸荷载下玻璃纤维复材拉挤管预紧力齿接头纵向开裂机理分析

研究发现玻璃纤维复材(GFRP)拉挤管预紧力齿接头拉伸试验中会观察到纵向开裂现象,严重影响接头静态和疲劳性能。通过理论和数值模拟分析过盈量和外部拉伸荷载对接头应力状态的影响,进而解释中间GFRP管纵向开裂的机理。分析结果表明:采用内部铝套筒过盈施加预紧力的方式会导致GFRP管中出现过大的环向拉伸应力,当在GFRP管端部作用拉伸载荷时由于内部铝套筒的约束作用会进一步增大环向拉应力。对于单向纤维增强的GFRP拉挤复合材料管,其环向拉伸性能较差,故在工程中需要严格控制环向拉伸应力大小。

高强铝合金螺栓球节点轴向受力性能与初始刚度计算模型

为研究复合材料-铝合金空间结构中高强铝合金螺栓球节点的轴向受力性能和变形特征,开展了高强铝合金螺栓球节点的拉伸与压缩足尺模型试验。通过试验获得了节点轴向受力的力学响应、承载力及其破坏模式,建立了螺栓球节点轴向受力下轴对称平面有限元计算模型。模型关键点位的应变、变形数值计算结果与试验结果吻合较好。基于能量法原理,根据螺栓球节点的拉伸及压缩荷载作用下弹性应变能分布特点,将其划分成5个区域。通过几何参数相关性分析,拟合各区域弹性应变能算式,进而得到了节点整体初始刚度算式。利用初始刚度算式及平面有限元分析两种方法,对5个不同尺寸的螺栓球节点的初始轴向刚度进行计算,发现计算结果误差在10%以内,验证了初始刚度算式的正确性。