MPC复合材料加固空心板梁桥静载试验研究

为研究MPC复合材料加固空心板梁桥的有效性,在某跨径13m的空心板梁桥主梁跨中11m范围内浇筑MPC复合材料进行加固,桥梁加固前与加固后分别进行静载试验,并采用有限元法建立加固前后主梁的有限元模型,分析加固前后主梁的挠度、裂缝和应变的变化。分析结果表明:工况1(跨中最大弯矩横向对称加载)、工况2(跨中最大弯矩横向偏载加载)下主梁加固后的挠度较加固前分别降低了13.4%、12.6%,加固后主梁的挠度明显减小;在试验过程中,加固后主梁裂缝未见明显变化,裂缝区应变水平降低,较好地抑制了原有裂缝的发展;工况1、工况2下主梁加固后的应变较加固前分别降低了13.75%、14.79%,加固后主梁受拉区应变显著降低;加固后校验系数改善率最大为13.89%,该加固方法能够有效地提高桥梁的承载力和刚度。

基于扩展有限元研究非均质材料的应力强度因子

用含裂纹尖端增强函数的扩展有限元借助相互作用积分,研究静态载荷作用下颗粒增强复合材料的断裂行为。假定基体和颗粒都是弹性材料,研究不同颗粒位置对基体裂纹尖端的应力强度因子的影响。用MATLAB编程,数值模拟了中心裂纹,单边裂纹扩展和孔边裂纹扩展,含刚性颗粒和柔性颗粒时裂纹尖端不同的应力强度因子或能量释放率的变化。

Z-pin增强CMC层间Ⅰ+Ⅱ混合型断裂韧性

提出手工预缝纫方法将3K丝束的T300碳纤维引入预成型体,采用CVI工艺在预成型体和缝线处同时渗透SiC基体,制备了Z-pin增强平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料。通过三点弯曲试验测定了Ⅰ+Ⅱ混合型应变能释放率,分析了材料的裂纹扩展行为和Z-pin增强机理。结果表明:随着裂纹扩展长度的增大,Ⅰ+Ⅱ型裂纹扩展阻力不断增大,相同裂纹扩展长度,增加Z-pin植入密度可以提高粘结强度,增大止裂作用。Z-pin增强平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料裂纹扩展的耗能途径主要是层间界面剥离、Z-pin弹性剪切和拉伸变形。

X-VCFEM单元在颗粒增强复合材料裂纹模拟中的应用研究

基于Ghost提出的Voronoi单元有限元法,构造能反映颗粒增强复合材料界面脱层和基体裂纹扩展的单元(X-VCFEM单元),采用积分区域动态划分技术,建立简单模型进行计算模拟。将计算结果与传统有限元软件进行比较,结果表明,X-VCFEM单元在研究颗粒增强复合材料界面裂纹时是有效的,同时也说明该方法具有精度高、速度快的特点。

探测复合材料层板基体裂纹的实验技术

介绍探测复合材料层板基体裂纹的三种实验技术:声波发射探测,超声波C扫描和复制带记录。在试验各阶段,应充分利用每种试验方法的优点,使每个试件比常规试验获取更多的试验数据,包括声波发射探测响应图,超声波对整个试件宽度扫描成像,以及沿着试件侧面厚度上的复制带获取图像。最初由声波发射显示试件加载期间基体裂纹的开始形成,通过超声波扫描能清晰分辨出第一条基体裂纹的出现;随着基体裂纹的发展,可综合应用三种实验技术,确定对基体断裂的评估。根据试验结果,对这三种实验技术作了评价。

基于液压鼓胀试验的材料冲击韧性评价方法的研究

提出了一种基于微试样的评价材料韧性的方法——裂纹法。利用液压鼓胀试验技术通过液压加压使试样发生变形直至试样破坏。试样的韧性取决于液压鼓胀试验的载荷-位移曲线和试样爆破后试样的几何形状。引入裂纹长度和裂纹最大扩展量以描述爆炸试样的几何形状,给出在不同裂纹情况下这两个参量的测量方法。根据载荷-位移曲线计算试样形变能,然后根据爆破试样的几何参数进行修正,并用经验关联式计算断裂能的冲击韧性。

纤维增强复合材料界面脱层和基体裂纹的模拟分析

基于Ghosh提出的Voronoi单元有限元方法,构造能同时反映纤维增强复合材料界面脱层和基体裂纹扩展的单元(X-VCFEM单元);应用界面力学理论和断裂力学理论,建立界面脱层、界面裂纹扩展方向和基体裂纹扩展的判断准则;结合网格重划分技术,模拟分析了只含有一个夹杂时界面脱层和基体裂纹扩展的过程,并通过与传统有限元计算结果的比较,验证X-VCFEM单元的可靠性和有效性;同时,模拟分析含任意随机分布夹杂的纤维增强复合材料界面脱层和基体裂纹的产生和扩展过程。结果表明:应用该方法模拟复杂多相复合材料裂纹问题具有计算速度快和精度高的优越性。