Influence of adhesive layer properties on laser-generated ultrasonic waves in thin bonded plates

This paper studies quantitatively the generation of Lamb waves in thin bonded plates subjected to laser illumination, after considering the viscoelasticity of the adhesive layer. The displacements of such plates have been calculated in the frequency domain by using the finite element method, and the time domain response has been reconstructed by applying an inverse fast Fourier transform. Numerical results are presented showing the normal surface displacement for several configurations： a single aluminum plate, a three-layer bonded plate, and a two-layer plate. The characteristics of the laser-generated Lamb waves for each particular case have been investigated. In addition, the sensitivity of the transient responses to variations of material properties （elastic modulus, viscoelastic modulus, and thickness） of the adhesive layer has been studied in detail.

PEMFC边框密封结构的仿真与优化

质子交换膜燃料电池的边框一般通过黏结剂黏接在质子交换膜上,在保护质子交换膜的同时,还起到密封作用。燃料电池长期工作在复杂的环境下,边框和黏结剂的性能均会发生疲劳衰减,导致被剥离或破坏,进而影响燃料电池的气密性。因此,以边框和黏结剂的搭接试件为对象,结合内聚力模型和有限元软件设计了多种边框结构,研究了新结构对黏结性能的影响。结果表明:在低弹性模量的边框表面做三角形或梯形的凸形结构,将有效提升黏结结构的分离位移,但对于高弹性模量的边框,新结构反而会降低黏结性能;此外,优化结构的尺寸、形状对搭接模型黏结性能也有影响,当凸三角形底边长为1.5 mm时,搭接模型有最好的黏结性能。

隧道锚杆支护中锚固用结构胶粘剂的粘接性能测试

隧道施工中锚杆支护可起到加固、稳定围岩的作用,锚杆支护的优化设计越来越受到业界重视。锚固用结构胶粘剂的高温稳定性一直是阻碍锚杆支护质量实现大幅提升的重要因素,高温下锚栓可能因此而粘接失效。开展了高温条件下锚固用结构胶粘剂粘接性能测试简化试验,模拟分析火灾后化学锚栓的性能和承载力情况,得到了锚固用结构胶粘剂的粘接强度随着温度不断升高而发生的变化。采用ABAQUS有限元软件对锚栓试件的受火过程进行模拟,得到火灾情况下化学锚栓的温度场分布特点,试验可作为化学锚栓在实际工程应用中的安全评估参考,以期增强化学锚栓在土工、桥梁等工程中的安全、广泛应用。

断层蠕滑变形和地震作用下过活断层明钢管受力特性研究

随着大型引调水工程的设计建设,输水管线穿越活动断层的情况日益增多,地面明钢管是输水管线穿越断层较优的结构形式。结合某工程实际,采用有限元方法对过断层地面明钢管在断层蠕滑变形和地震作用下的受力特性展开了研究,探讨了结构布置方案的可行性及存在的问题。研究结果表明:地面明钢管在穿越活动断层的管段中,滑动支座的设置以及在明钢管间设置合理数量的波纹管伸缩节可很好地适应断层的蠕滑变形,其中波纹管伸缩节可吸收大部分断层的蠕滑变形;钢管结构管轴向变形受地震作用以及断层蠕滑变形的影响较大,尤其是两端都为伸缩节的管段,容易产生较大的轴向位移,需要采用固定支座对轴向位移加以限制,但固定支座的支承环易产生弯曲变形,设计中要加以重视。

基于声-固-压电耦合的纵振水声换能器工艺研究

目前纵振水声换能器的设计过程只针对理想状态,实际过程中生产工艺环节对后期换能器的相关电声性能也有一定影响。文中利用有限元分析软件,分别建立陶瓷环涂胶有限元模型、陶瓷环装配同轴度有限元模型以及预紧力装配有限元模型,完成了对相关模型电声性能的仿真分析。对比结果发现:换能器涂胶粘接可以通过填补各零件端面间的微小空隙来提高压电陶瓷环的整体刚性,进而使得综合弹性模量增大,从而导致谐振频率增加,换能器谐振频率随着粘接层厚度增大而减小,随着残胶层厚度增大而增大;陶瓷环装配同轴度高的换能器对应频率处电导也越高且发送电压响应曲线更加平滑,毛刺明显减少;施加到预紧力螺栓的预紧力越大,带匹配层的换能器1阶和2阶谐振频率均增大且对应电导及发送电压响应也发生变化。经过水池试验,对比分析了仿真结果与试验结果,其测试结果与仿真结果趋势具有较好的一致性。

型钢混凝土结构粘结滑移性能试验研究

进行了20榀试件的实腹式型钢混凝土粘结滑移性能的拉拔试验,分析了型钢与混凝土的粘结滑移机理、影响粘结滑移性能的主要因素以及沿锚固长度粘结应力和滑移量的分布规律,建立了型钢混凝土粘结强度和滑移量的计算公式,提出了型钢混凝土局部粘结破坏和整体粘结破坏极限荷载的计算原理与方法,根据混凝土板的冲切破坏理论,提出了确定临界保护层厚度的方法。研究成果为改进型钢混凝土结构的强度、刚度、变形、裂缝宽度计算理论以及进行这种结构的有限元分析提供了试验依据。

搭接长度对胶接接头工作应力分布影响的数值分析

运用弹塑性有限元法对单搭接金属胶接接头承载后的应力分布特征进行分析 ,重点研究搭接长度对分别采用酚醛树脂和丙烯酸酯制备的接头应力分布和接头强度的影响。结果表明 ,胶粘剂的性能对应力分布有较大影响 ,酚醛树脂胶粘剂制备的接头中胶瘤承担了相当多的载荷 ,且随搭接长度的增加 ,vonMises等效应力峰值和剪切应力峰值均趋于向胶层内转移 ,胶层中各部位的应力亦均有下降 ;当采用丙烯酸酯胶制备的接头时 ,胶瘤承载作用并不明显 。

间隙连接对胶接接头应力分布和强度的影响

运用弹塑性有限元法结合实验研究了连续和间隙连接的单搭接接头应力分布规律 ,并考虑了胶瘤的影响。结果表明 ,在相当大间隙长度范围内和适当的间隙位置条件下 ,间隙连接接头并没有大幅度地减小其承载能力 ,相反其有效搭接区域剪切强度呈明显升高趋势 ;胶层应力峰值仍然发生在搭接末端 ;胶瘤承担了相当大的载荷作用 ;过大的间隙长度以及不当的间隙位置会导致胶层靠近间隙端应力集中明显加剧 ,成为新的高应力区 ,可能导致接头破坏模式的改变。

胶粘剂力学性能参数对劈裂载荷作用下胶接接头中应力分布的影响

运用三维有限元法分析了胶粘剂力学性能参数对劈裂载荷作用下胶接接头(简称劈裂接头)应力分布规律的影响。结果表明:胶粘剂弹性模量和泊松比的变化对劈裂接头应力分布有着直接影响;随着弹性模量或泊松比升高,胶层内应力分布重心向左端移动,左端应力集中加强,峰值应力上升,但是泊松比对胶层最大主应力峰值的影响不如弹性模量的影响明显。

不锈钢板翅结构蠕变的有限元分析

基于有限元软件ABAQUS,利用Norton蠕变本构关系及镍基钎料BNi-2和不锈钢母材SS304在600℃的蠕变参数,对不锈钢板翅结构进行蠕变有限元分析,预测其在高温环境下服役105h的应力、应变分布规律和危险位置．利用有限元分析获得了板翅结构在钎焊过程中产生的残余应力的分布规律,讨论了残余应力对蠕变变形的影响．结果表明,由于钎料和母材力学性能参数的不匹配以及钎焊夹具的约束作用,产生了较大的残余应力,对板翅结构的蠕变变形产生较大影响,故在板翅结构的高温强度设计中,残余应力不可忽略．钎角处蠕变应力和应变集中,易萌生裂纹,成为最薄弱的环节．

弹性模量对铝胶焊搭接接头应力分布的影响

运用利用弹塑性有限元方法,研究了胶粘剂弹性模量对铝合金胶焊搭接接头上工作应力分布的影响。研究结果表明:随着胶粘剂弹性模量的增加,胶焊搭接区焊点中心线上的应力分布趋于均匀,胶层-焊点边缘处的峰值应力降低,但靠近搭接区端部胶层中的各应力峰值增大;距胶层中心线0.15mm的面上与焊点中心相对应点的峰值应力随弹性模量提高而下降。为提高胶焊接头承载能力,建议采用弹性模量适中的胶粘剂。

胶粘剂特性和厚度对劈裂载荷作用下胶接接头应力分布的影响

运用三维弹塑性有限元法对劈裂载荷作用下的胶接接头(即劈裂接头)承载后的应力分布特征进行了分析,重点研究了胶粘剂层厚度对劈裂接头应力分布的影响。结果表明,胶粘剂的性能对应力分布有较大影响,提高胶粘剂强度和减小胶层厚度,均导致胶层应力集中加剧,各向正应力峰值呈上升趋势,各向剪切应力则正好相反;并且劈裂接头中应力分布以三向主应力为主,剪切应力的存在亦不可忽略。故在不引起过大应力集中和较大胶层缺陷条件下采用高强度的胶粘剂和较厚胶层对提高劈裂接头强度有利,实验结果与有限元分析相吻合。

在役含缺陷棒形悬式瓷绝缘子的非破坏性可靠性评定

分析了超声爬波检测瓷绝缘子的可行性,加工制作了爬波检测专用试块.通过试验对比了单晶爬波探头与双晶爬波探头检测瓷绝缘子的优缺点.采用ANSYS有限元分析软件分析了绝缘子胶装部位(易断裂部位)的温度及结构应力.分析结果表明,沥青缓冲层显著降低了胶装部位的应力大小,改变了该部位的应力分布.根据有限元分析结果找出承受最大应力的部位,应用断裂力学方法计算出该应力下的最小临界裂纹尺寸,为瓷绝缘子无损检测提供了一定的理论指导.

折曲胶接接头应力分布的数值分析

运用有限元法研究了偏轴、同轴和折曲型等三种单搭接胶接接头的工作应力分布规律。结果表明:与其他两种接头相比,折曲型单搭接胶接接头可有效降低搭接区端部的剥离应力和剪切应力峰值;在数值分析所用参数及条件下,I型折曲接头的剥离应力降幅超过了75%,其他峰值应力的降幅也超过了45%～50%,并且应力分布趋于均匀;I型折曲接头使出现应力峰值的位置从搭接区的端部转移至中部,从而显著提高了接头的承载能力,是一种优于普通同轴接头的胶接接头形式;对于受剪切载荷作用的接头而言,采用II型折曲接头更为合理,可进一步提高接头承受剪切载荷的能力。

胶瘤对单搭接胶接接头应力分布影响的数值分析

运用二维弹塑性有限元法对具有不同几何形状胶瘤的单搭接胶接接头承载后的应力特征进行分析。计算结果表明,胶瘤的存在可大大减小胶层和被粘物界面上的各个应力峰,界面上的Mises应力、剪切应力和剥离应力可分别减少近20%、10%和50%。胶瘤的几何形状不同对胶接接头的应力分布也有较大影响。用金属块代替胶瘤后,胶层和被粘物界面上的应力峰值进一步减小,且位置由胶瘤内侧转移到胶瘤外侧,胶接接头强度进一步增强。

平面冻土墙围护深基坑的时空效应数值模拟

对深基坑平面冻土墙围护结构及周围地层的应力和位移进行了三维有限元数值模拟,其中冻土墙为符合Mises屈服准则的非均质粘弹塑性介质,地层为符合Drucker-Prager屈服准则的弹塑性介质,同时考虑了基坑分步开挖及时间的影响。分析了冻土墙厚度、深基坑跨度及冻结盐水温度与基坑稳定性的关系并得到了回归关系式。最后,采用本程序对一试验模型进行了计算,其结果令人满意。

大体积混凝土结构随机温度徐变应力计算方法研究

首次尝试将随机有限元法引入大体积混凝土结构随机温度徐变应力的计算．综合考虑各种随机因素，对于由材料物理参数随机性引起的随机温度场的影响，本文给出了相应于初应变隐式解法的随机有限元计算方法；对于周期平稳随机温度场对徐变应力场的影响，本文提出了复模量隐式解法，并首次视复频响应函数为材料参数的随机函数，给出了相应的复频响应－随机有限元列式；而对于一般非平稳绝热温升温度场的影响，本文提出了参数调幅逐段简化的方法．

考虑胶层蠕变行为的胶接结构有限元分析

本文考虑胶层材料的蠕变行为，采用模拟岩层纹理单元的有限元法，分析工程中使用的典型胶接结构的应力场和位移场。数值结果表明。

受荷方式对钢管混凝土轴压短柱力学性能影响

采用有限元分析软件DIANA对钢管混凝土轴压短柱进行理论分析,并用试验数据验证了有限元模型、材料参数和分析结果的正确性.在此基础上,分析了三种典型受荷方式和黏结强度对钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响.三种受荷方式为:1)荷载作用在整个截面上;2)荷载作用在钢管截面上;3)荷载作用在混凝土截面上.有限元分析结果和试验结果及他人试验结果吻合较好.研究结果表明,受荷方式对钢管混凝土轴压短柱的力学性能影响较大;当荷载作用在整个截面上时,黏结强度对轴压短柱的力学性能没有影响;当荷载仅作用在混凝土截面上时,黏结强度对轴压短柱的力学性能影响较大.

胶焊单搭接头长时力学性能分析

胶焊是将点焊技术与胶接技术结合使用的先进连接技术。由于众多优点 ,该技术越来越受到重视和应用 ,而其相关研究特别是对其长时蠕变应力的了解比较缺乏。本文利用三维粘弹塑性有限元法 ,对胶焊连接接头的时间相关应力再分布进行分析 ,并讨论了相关接头的设计和材料选择的改进方向。