冷弯薄壁C型钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究及有限元分析

为探究冷弯薄壁C型钢-混凝土组合梁受弯性能,制作并设计了5个不同断面组合形式的组合梁试件,并对其进行抗弯性能试验研究,分析其承载性能、破坏机理。在试验基础上,通过有限元分析软件ABAQUS对此组合梁进行非线性分析,对其进行参数分析,研究材料、尺寸对组合梁性能的影响。基于试验研究与有限元模拟分析,建立冷弯薄壁C型钢-混凝土组合梁的承载力模型,对其承载力、刚度进行理论分析。结果表明:各组合梁的主要破坏形式均属于延性破坏;采用ABAQUS建立的组合梁有限元模型能较好地模拟冷弯薄壁C型钢-混凝土组合梁的受力过程。随着C型钢屈服强度的增加,极限荷载最高提高56.5%;C型钢厚度每增加1mm,极限荷载平均提高28.5%;截面高度每增加50mm,极限荷载提高20%左右。但是提高混凝土的强度等级对组合梁的承载力影响较小;推导出了适用于此种冷弯薄壁C型钢-混凝土组合梁的抗弯承载力及其刚度计算方法,发现计算结果与试验结果吻合较好。

涂层风沙冲蚀损伤表面分形维数预测模型

目的建立涂层风沙冲蚀损伤表面分形维数预测模型,重构冲蚀损伤表面形貌,为涂层风沙冲蚀损伤表面形貌研究提供基础。方法进行了聚氨酯防腐面漆涂层风沙冲蚀损伤试验,建立了多粒径粒子冲击模型,利用赫兹接触理论求解冲击损伤面积及其分布概率,分析表面损伤的演化规律得到损伤面积增长迭代关系式,结合分形分布理论求解损伤表面分形维数,分析不同参数对理论模型的影响。利用理论模型重构损伤表面形貌、预测表面分形维数并与试验结果进行对比分析。结果冲蚀试验中,随冲蚀时间、角度的增加,随机均匀分布的损伤区域逐渐叠加联通,分形维数也随之增大;表面分形维数存在最大值,斜角度下单粒子冲击损伤区域为彗星形。理论模型中,主导粒子粒径越大,分形维数初期增长速度越慢;冲击损伤面积越大,分形维数初期增长速度越快;损伤尺度系数越大,分形维数最大值越大;冲蚀前损伤面积越大,初始分形维数越大。对比理论模型与试验结果,重构损伤表面形貌损伤演化规律与试验结果相似,表面形貌余弦相似性及分形维数相关性系数均大于0.9。结论通过分析固体粒子冲蚀现象特点和试验结果,发现风沙冲蚀是非线性的反馈的动力学系统,涂层冲蚀表面形貌具有迭代的损伤演化过程。基于此建立涂层风沙冲蚀损伤表面分形维数预测模型,可利用风沙流参数有效预测不同冲蚀时间下损伤表面分形维数、重构损伤表面形貌。理论模型预测结果与试验结果具有较高的相似性,可以为涂层风沙冲蚀损伤表面形貌研究提供基础。

基于分形理论的钢化玻璃风沙冲蚀损伤形貌演化机理

目的为准确评价风沙冲蚀环境下钢化玻璃表面形貌,描述形貌演化过程,分析形貌损伤机理。方法进行了钢化玻璃风沙冲蚀损伤试验,利用激光共聚焦显微镜(LSCM)提取损伤表面形貌,利用透光率仪测试钢化玻璃透光率,综合使用分形维数、多重分形谱、透光率表征不同演化条件(冲蚀时间、冲蚀角度)下钢化玻璃表面形貌演化过程,识别冲蚀损伤特征及损伤阶段。结果不同冲蚀时间下,存在3个损伤阶段——快速增长期、中速增长期和稳定期,前2个阶段分形维数增速和透光率减速较快,稳定期透光率减速较慢,且分形维数将逐渐稳定在最大值(1.875)左右;不同冲蚀角度下,存在2个损伤阶段,中低冲蚀角(≤60°)下分形维数增速和透光率减速较快,高冲蚀角(>60°)下分形维数增速和透光率减速较慢。结论钢化玻璃表面冲蚀损伤机制为初生损伤和次生损伤,前者由风沙粒子单次冲击造成,后者是在后续沙粒持续冲击下由初生损伤诱发演化产生,前者复杂程度及对可见光的削弱能力大于后者;快速增长期、中速增长期和中低冲蚀角(≤60°)下以初生损伤为主,稳定期和高冲蚀角(>60°)下次生损伤大量增加。