内置CFRP管的钢管再生混凝土短柱轴压性能研究

目的研究不同截面形式下,内置CFRP管的钢管再生混凝土短柱力学性能。方法利用有限元软件建立试件模型,验证模型的正确性,在此基础上,建立组合短柱模型,分析CFRP层数、钢管厚度、再生骨料取代率对不同截面形式下组合柱力学性能的影响。结果增加CFRP层数和钢管厚度可以提高组合短柱的极限承载力和位移延性系数;改变再生骨料取代率,对组合短柱力学性能的影响较小;改变截面形式,圆截面短柱的力学性能优于方截面短柱。结论在工程设计中,使用该组合短柱时建议组合柱内置两层CFRP,截面形式建议优先考虑圆截面;若需提高组合柱承载力,建议采用增加钢管厚度的方式。

短切CFRP管增强混凝土抗压性能试验研究

CFRP管质量轻、强度高,是一种理想的混凝土增强材料。在CFRP管表面采用环氧树脂粘石英砂以增强黏结性能,将黏砂后的CFRP管切成15,25,35mm三种长度,按照0.5%,1%,1.5%,2.5%和3.5%的体积分数掺到混凝土中,设计制作了12组36个圆柱体混凝土试件,通过抗压性能试验研究混凝土试块的破坏模式、应力-应变关系,确定最优的CFRP管长度和掺量。

黏砂CFRP管与混凝土的界面黏结性能研究

通过4种规格的CFRP管轴向拉伸力学性能试验,得到CFRP管的抗拉强度和弹性模量。对CFRP管表面进行粘石英砂处理,开展黏砂CFRP管与混凝土的界面黏结性能中心拔出试验,研究CFRP管的形状、直径、黏结面积及埋置长度对界面黏结性能的影响。建立CFRP管与混凝土界面黏结性能的三折线模型,并通过试验数据进行拟合,确定了三折线模型的参数。

透镜式薄壁CFRP管空间伸展臂轴压屈曲分析及试验

对透镜式截面四层铺设薄壁碳纤维增强塑料(CFRP)管空间伸展臂进行轴压载荷试验,得到轴压临界屈曲载荷及屈曲特性。利用有限元模型进行线性特征值屈曲分析,并引入屈曲模态形式作为初始几何缺陷进行非线性屈曲分析,得到轴压下屈曲临界载荷及非线性屈曲特性,并与试验结果进行对比分析。结果表明初始几何缺陷对CFRP管轴压临界载荷影响较大,给CFRP管加入适当的几何缺陷可更有效模拟实际非完善体的屈曲载荷。进而对其材料厚度、层数和铺设角度进行参数分析,得到各参数对轴压临界载荷的影响程度及敏感性,本文对透镜式薄壁CFRP管空间伸展臂的设计和深入研究具有重要参考价值。

热缩塑料在CFRP管成型中的应用

本文介绍了利用热缩材料的热收缩特性在碳纤维复合材料(CFRP)管成型中用于提高产品表面质量的工艺技术。分析了热缩塑料的特性及要求，研究了热缩工艺，有效地解决了复合材料管材的表面质量问题。

热缩塑料在CFRP管成型中的应用

本文介绍了利用热缩材科的热收缩特性在碳纤维复合材料(CFRP)管成型中用于提高产品表面质量的工艺技术。分析了热缩塑料的应用特性及要求．研究了热缩工艺．有效地解决了复合材料管材的表面质量问题。

内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱失效分析及延性优化

为了分析内置CFRP管(碳纤维增强塑料圆管)的方钢管混凝土轴压短柱失效原因,并探索延性优化的方法,基于相关试验的文献资料,采用有限元方法对轴压短柱工况进行计算,并结合试件剖析失效的原因。采用麦夸特法回归分析,提出内置CFRP管的方钢管混凝土柱延性优化初探计算式。结果表明:CFRP管破裂是内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱最终失效的主要原因;内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱的核心混凝土裂缝开展较普通方钢管混凝土范围更小;CFRP管粘结长度不足,会导致内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱无法充分发挥力学性能。适当提高碳钢约束比ξf/ξs,可以改善和优化内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱的延性性能。

CFRP管钻孔加工中管径对钻削轴向力与损伤特性的影响

CFRP管制造的传动轴具有优越的性能,被广泛应用于无人机和新能源汽车等高新技术领域。CFRP管中,非轴向分布纤维的屈曲程度决定其初始弯曲应力,并对其钻削过程中的轴向力和加工损伤产生影响。建立了CFRP管的钻削有限元仿真模型,并进一步结合仿真和试验,研究了管径大小对CFRP管钻削轴向力和损伤的影响。结果表明,本文所建立的CFRP管钻削有限元模型具有较高的可靠性;CFRP管的钻削出、入口易在螺旋槽的剥离力和钻头轴向力的作用下产生严重的推出分层和剥离分层,最大钻削轴向力随管径的增大而呈现先减小后增大的“V”型变化趋势;钻削出口存在明显的毛刺和分层损伤,分层损伤因子随管径的增加变化幅度较小;钻削入口的材料剥离长度和钻削出口的材料最大挠度均随管径的增大而增大;最先与钻头接触的材料最大应力随管径增加呈先减小后增加的变化趋势,在管内径为12 mm时应力达到最小。

CFRP管件的弯曲蠕变行为试验研究

为评价航天器结构中碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料管件的使用可靠性,开展了三点弯曲加载条件下CFRP管件弯曲性能和蠕变行为试验研究。进行了管件弯曲模量和弯曲强度测试、500 h时长的恒温蠕变测试以及–60℃~100℃和–160℃~80℃两种高低温循环蠕变测试,获得了典型温度工况、不同应力水平作用下管件弯曲蠕变变形规律。根据测试结果,确定了基于时间–温度–应力等效原理的管件蠕变主曲线以及唯象蠕变Findley模型,预测分析了管件长期蠕变变形;采用最大应变强度准则,对该CFRP管件的强度特性和安全承载能力进行了评价。结果表明,该CFRP管件在设计服役期限内能够满足蠕变变形与强度要求。

CFRP管约束混凝土柱轴压力学性能的试验研究

介绍了CFRP管约束混凝土柱的轴心受压力学性能,通过控制纤维缠绕角度以及纤维缠绕层数的变化研究组合构件的受力特点及破坏特征。由试验结果可知随着纤维缠绕层数的增加,组合构件的极限承载力增大,随着纤维缠绕角度的增加,组合构件的极限承载力减小。

CFRP管约束混凝土柱轴压性能试验及有限元分析研究

本工作以长细比、约束效应系数和配箍率为参数,设计制作了六个碳纤维增强复合塑料(CFRP)管约束混凝土柱,并对其轴心受压受力性能进行试验。研究结果表明:CFRP管约束混凝土柱轴压力学性能与长细比、约束效应系数和配箍率关系紧密,影响强度从大到小依次为:约束效应系数、配箍率和长细比。在试验研究的基础上,利用ABAQUS非线性有限元软件对其轴压性能进行了数值模拟分析研究,对CFRP管约束混凝土柱的约束机理和CFRP管对核心混凝土的约束作用进行了探讨。研究结果表明,试验值、承载力模型、数值模拟分析结果吻合良好,验证了理论计算模型与有限元模型的可靠性。在此基础上,扩大了参数的范围和种类,利用有限元分析了各种参数对CFRP管约束混凝土柱的影响规律。CFRP管约束混凝土柱轴压承载力随着约束效应系数、配箍率的增大而增大,随着长细比的提高而减小。CFRP管的约束作用能够有效提高构件的承载力和延性。

端部增强方式对CFRP管轴压力学性能的影响

端部局部破坏严重制约CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)管轴压承载力的发挥,对采用金属加强箍-金属端帽增强与碳纤维-金属内衬增强两种端部增强方式的CFRP层合管进行了轴压试验,得到了试件受力过程和破坏形式。基于Hashin失效准则,利用有限元模型分析两种端部增强方式下CFRP管首层失效模式和承载力,并解释了增强机理。研究表明:与未施加端部增强的试件相比,端部增强可改变试件失效模式并提高承载力;端部增强时,外部增强约束刚度不宜过大,增强件与试件较大的刚度差会导致变形不一致,易在增强端边缘处发生剪切破坏;采用碳纤维-金属内衬的端部增强方式可有效防止端部发生"开花式"破坏和剪切破坏,可使层合管发生整体破坏,轴压承载力提高了46.37%。

透镜式薄壁CFRP管压扁力分析

针对透镜式薄壁纤维增强聚合物(CFRP)管伸展臂在截面设计中需确定压扁力的问题,选取两种不同截面、长度、铺层和材料参数的薄壁CFRP管,通过试验和数值模拟分析其压扁过程中的压扁力和截面变化特征。压扁过程中,假设截面不存在局部接触变形,且是线性等曲率变化,建立压扁力近似算法1;假设给出截面局部接触变形函数,建立压扁力近似算法2。综合试验、数值模拟与两种近似算法的结果,发现压扁过程中压扁力与截面变形均表现出较强的非线性特性,可用近似算法2估算压扁力。

来自100多个CFRP管道维修项目的经验

自二十世纪九十年代后期碳纤维增强聚合物（CFRP）用于内衬以来，美国数百个项目已经在数千英尺长的管道里使用了CFRP内衬在过去的十年中，作者直接参与了这项技术的初步和最终的发展，并将其应用于一百多个项目中的各种直径、遇险条件、设计载荷等，，每个项目的经验和教训都有助于改进或开发新的规划、设计、建造、质量控制和质量保证实践．．由于这项技术仍然是一种专业修复方法，所以在整个项目的不同阶段中对其详细理解和遵循最佳实践对于整体成功至关重要i本文分享了过去十年获得的经验，并强调了这项技术在关键方面的成功应用。

CFRP加固损伤钢筋混凝土梁抗冲击性能试验研究

对采用碳纤维增强复合材料(CFRP)加固的不同损伤程度的钢筋混凝土梁进行落锤冲击试验,以冲击高度、加固层数为试验参数分析CFRP加固损伤试件的裂缝发展、破坏形态及抗冲击性能,并研究试件在冲击荷载下的动力性能。结果表明:试件损伤程度越高,其斜向裂缝发展越密集,试件的破坏程度越严重;落锤冲击高度越高,裂缝发展越趋近于跨中局部化;当采用多层CFRP布加固损伤试件时,试件在落锤冲击作用下保持较好的完整性,仅外部混凝土粉碎掉落;随着CFRP布粘贴层数的增加,试件整体产生弯剪破坏,损伤试件加固修复后的抗冲击能力及刚度相较于完好试件得到显著提升,提升幅度为70%~72%,但增加CFRP布粘贴层数对试件的加固修复效果提升作用有限,且加固效果与抗冲击能力并非呈线性关系;基于有效应变计算的结果可知,采用CFRP布加固修复不仅仅具有加固补强的作用,同时能够在一定的程度上改善试件的整体抗冲击性能。

侧向冲击荷载作用下CFRP型材-方钢管混凝土柱的动力响应

为了研究CFRP型材-方钢管混凝土固简柱的抗侧向冲击性能,采用水平撞击装置对3个CFRP型材-方钢管混凝土柱进行侧向冲击试验.根据柱的破坏模式、局部变形、整体变形及冲击力分析柱的动力响应,研究了CFRP型材、边界条件、冲击能量与冲击冲量对试件动力响应的影响规律.结果表明,CFRP型材-方钢管混凝土固简柱呈现弯曲破坏,具有良好的抗冲击性能,且随着支座约束能力的增大,抗侧向冲击性能增大.增加单位冲击冲量可使悬臂试件的峰值位移下降7%,而两端固支试件峰值位移仅变化1%.随着支座约束能力的下降,冲击冲量对试件变形的影响程度增大.在钢管混凝土固简试件中内置CFRP型材可使冲击位置处峰值位移下降9%,且降低程度随着支座约束能力的下降而增加.

内置工字型CFRP型材高强圆钢管高强混凝土轴压短柱组合效应分析

目的 研究内置工字型CFRP型材的高强圆钢管高强混凝土短柱在轴心压力作用下三种材料的组合效应。方法 采用有限元分析软件ABAQUS对其进行数值模拟,通过相关试验验证模型的准确性,并对典型构件的破坏形态、受力全过程曲线进行分析,揭示构件各组成部分之间的相互作用和工作机理,评估CFRP配置率、钢材屈服强度、混凝土抗压强度、约束效应系数对组合效应的影响。结果 在高强圆钢管高强混凝土柱中内置CFRP型材,对构件的延性及安全裕度有显著提高,并改善了高强圆钢管对高强混凝土的约束,提高了构件的组合效应。结论 CFRP配置率控制在5.9%~8.4%,约束效应系数在1.2~1.4,钢材屈服强度不大于770 MPa时,构件中三种材料组合效应最佳。

CFRP布加固RC柱细观力学分析模型及抗扭分析

为了探究配纤率、截面形状、截面尺寸、轴压比对碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)柱抗扭性能的影响,采用了可以同时考虑混凝土材料非均质性、钢筋与混凝土间黏结-滑移关系、CFRP布与混凝土间界面关系的细观力学分析方法。首先,建立了用于CFRP布加固RC柱抗扭性能分析的三维数值模型;进而,将基于该模型的数值模拟结果与试验结果对比,验证了模型中加载方式、外贴CFRP布方法的合理性及材料参数的准确性;最后,基于建立的细观力学分析模型,探讨了配纤率、截面形状、截面尺寸、轴压比对扭转作用下CFRP布加固RC柱破坏模式和力学性能的影响机制。分析结果表明:CFRP布加固RC柱抗扭承载力随配纤率增大而提高,但提高幅度随配纤率增大而降低;受到围压分布的影响,圆形截面的有效约束面积大于方形截面,使得CFRP布对圆柱的约束效果好于方柱;CFRP布加固RC柱的名义扭转强度存在尺寸效应;轴压比的增大使其抗扭承载力先增大后减小,在轴压比为0.4时达到最大值。进一步,采用叠加规范公式方法提出了FRP布加固RC构件抗扭承载力计算公式,与数值模拟结果对比发现,该公式可给出安全储备冗余度30.2%的设计值,可初步用于CFRP布加固RC柱抗扭承载力的安全设计。

弯-剪-扭复合受力CFRP布加固RC梁抗扭性能细观数值分析

为了研究弯-剪-扭复合受力条件下碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)梁的抗扭性能,建立体现混凝土材料非均质性、钢筋-混凝土黏结滑移关系和CFRP布-混凝土相互作用关系的细观数值分析模型。由于缺乏CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下失效破坏的典型物理试验,采用复合对比验证法对数值模型的合理性进行验证,即分别与单独受剪、单独受扭以及受弯-扭复合作用下RC梁和CFRP布加固RC梁的试验结果进行对比验证。进而,基于建立的细观数值分析模型探究了配纤率和扭弯比对CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下抗扭力学性能的影响。结果表明:1)采用CFRP布加固能够显著提高RC梁的峰值扭矩;2)随配纤率增加,RC梁损伤分布范围逐渐变大,CFRP布应变逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,但其增大幅度减小;3)随扭弯比增加,RC梁裂缝分布愈加集中,裂缝与水平方向夹角逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,CFRP布应变减小。建立的考虑弯-剪-扭复合受力作用的数值模拟方法可为后续研究复杂应力状态下CFRP布加固RC梁尺寸效应行为等奠定基础。

小当量近场爆炸冲击下CFRP层合板失效机理及吸能特性

为研究碳纤维增强环氧树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)在小当量近场爆炸冲击下的失效机理及吸能特性,对CFRP层合板分别开展了自由场爆炸试验和扫描电镜试验。同时,建立采用3D Hashin失效准则的复合材料层合板损伤模型,针对近场爆炸冲击下CFRP层合板的动响应行为进行了数值模拟,结合试验结果分析了CFRP层合板在近场爆炸冲击下的失效机理及吸能特性。结果表明:CFRP层合板迎爆面与背爆面失效模式存在差异,层合板迎爆面受到冲击波直接作用,出现基体开裂、纤维断裂或中心穿孔失效,分层出现在纤维⁃基体界面;背爆面由于反射拉伸波的作用,出现大面积的分层失效与裂片飞出,分层出现在基体内部。在层合板动响应过程中,高应力区域集中在穿孔区域边界,沿纤维方向分布,0°与90°铺层的应力水平高于±45°铺层。与迎爆面相比,背爆面处的层合板吸收转化大部分能量,约占总吸能的52%~56%。