复合材料对称层合板的强度预测

基于层合板五层等效约束模型(EquivalentConstraintModel,ECM),建立了基体开裂下的层合板残余强度的分析方法。基体开裂导致层合板内部应力重分配,使得主受力层 (0°层 )应力或应变条件恶化。认为 0°层控制层合板的最终失效破坏:当 0°层失效时,整个层合板发生失效破坏。对不同材料体系和铺层结构的复合材料对称层合板的强度进行了预测。计算结果表明:这种强度准则的预测值与实验结果吻合较好。

边坡层状岩体三维横观各向同性数值分析

建立层状岩体的三维横观各向同性连续介质力学模型,把三维Hoffman强度准则引入到层状边坡稳定性分析中,模拟不同岩层倾角下三维边坡破坏模式。结果表明:岩层为水平分布,剪应力起主导作用,易发生以剪切为主的损伤破坏;岩层为竖直分布,主应力起主导作用,易发生以拉应力为主的倾倒破坏;当层状岩体的走向与坡面走向一致,岩层倾角在0°～90°变化时,岩体从剪应力为主的破坏到拉剪组合破坏再到以拉应力为主的破坏过渡。另外,顺倾岩层的边坡更容易发生剪切滑移型破坏,而反倾岩层的边坡整体不易发生剪切滑移破坏,多存在局部小范围损伤,整体相对较稳定。研究结果可为层状岩体边坡的设计、支护和监测提供借鉴意义。

灌芯混凝土砌块砌体的受剪强度研究

本文在Hoffman强度准则基础上,分析灌芯混凝土砌块砌体的抗剪强度,推导出灌芯混凝土砌块砌体的抗剪强度公式,本文公式具有一定的理论和试验基础,可以为设计和研究提供参考。

孔洞对木梁弯曲应变分布影响的试验研究

为了研究孔洞对木梁弯曲应变分布的影响,采用数字图像相关法进行了无疵木梁和含孔洞木梁的四点弯曲试验,分析了3种不同的孔洞位置(孔洞位于中心、受压区和受拉区)对木梁弯曲应变分布的影响,探讨了中性轴位置的偏移规律。结果表明:在极限载荷时,3种不同孔洞位置的木梁,其压应变区域均大于拉应变区域,其中孔洞位于受压区时木梁的压应变区域最大,孔洞位于中心时次之,孔洞位于受拉区时最小。并且在整个加载过程中,中性轴会随着载荷的增大向木梁下缘偏移,孔洞位于受压区时中性轴的偏移距离最大,孔洞位于中心时次之,孔洞位于受拉区时最小。在此基础上,依据平截面假定和弹塑性理论的Hoffman屈服准则,初步分析了含孔洞木梁弯曲应变分布和中性轴偏移规律的机理。研究结果为进一步从理论上定量推导含孔洞木梁的弯曲应变和应力计算公式提供了依据。

灌芯混凝土砌块砌体的受剪强度研究

本文在Hoffman强度准则基础上,分析灌芯混凝土砌块砌体的抗剪强度,推导出灌芯混凝土砌块砌体的抗剪强度公式,为设计和研究提供参考。

基于横刃轴向力的CFRP钻孔分层临界进给量研究

为避免或减少钻削出口分层缺陷,控制钻削轴向力不超过出口分层临界轴向力具有重要的实际意义。将钻头横刃上的轴向力分为两部分,其一是横刃前刀面与碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymers,CFRP)之间作用力的轴向分量,其二是横刃圆弧与CFRP接触力的轴向分量。基于复合材料的细观力学理论和Hoffman强度准则,推导了横刃前刀面上作用力的轴向分量计算公式。将横刃与碳纤维的接触视为正交圆柱体的接触,导出了Hertz接触力轴向分量的计算公式。将两个轴向力求和,构成了横刃上轴向力的计算模型。以试验数据为基础,确定横刃轴向力占总轴向力的比值,建立钻削轴向力、分层临界轴向力和钻削工艺参数之间的联系,导出了以横刃轴向力为基础的钻孔出口分层临界进给量的计算模型,通过钻削试验和有限元仿真验证了模型的可靠性。该研究工作对合理选择钻削工艺参数和预防分层缺陷具有指导作用。

复杂面内应力状态下平面编织高铝纤维增强氧化铝基复合材料强度及疲劳寿命预测方法

针对平面编织氧化铝基复合材料提出了一种复杂面内应力状态下的强度准则和疲劳寿命预测方法。通过拉伸、压缩及纯剪切试验,分别获得了材料的静强度指标。考虑材料拉、压性能的差异和面内拉-剪联合作用对材料强度的影响机制,提出了修正的Hoffman强度理论。采用该强度理论预测得到的偏轴拉伸强度与试验结果基本一致,偏差不超过10%。开展了偏轴角θ=0°、15°、30°、45°,应力比R=0.1,频率f=10 Hz的拉伸疲劳试验,试验结果表明随着偏轴角的增加,相同轴向拉伸载荷下的疲劳寿命逐渐降低。由于面内剪切应力分量的作用,疲劳失效由纤维主导逐渐过渡到纤维和基体共同主导的模式。基于单轴疲劳寿命曲线,采用Broutman-Sahu剩余强度模型表征剩余强度随疲劳循环次数的变化规律,结合剩余强度演化模型和修正的Hoffman强度理论,提出了一种面内复杂载荷条件下的疲劳寿命预测模型,并引入疲劳剪切损伤影响因子表征拉-剪应力联合作用对材料疲劳行为的影响。采用本文提出的疲劳寿命预测模型,预测不同偏轴角拉伸疲劳寿命,预测结果与试验结果基本一致,偏差在1倍寿命范围内。比较结果表明在给定应力比、温度和疲劳载荷频率条件下,该疲劳寿命预测模型可以用来预测平面编织氧化铝基复合材料拉-剪复杂面内载荷条件下疲劳寿命。