CFRP布加固具有边缘裂纹板条的疲劳性能

将碳纤维增强复合材料(CFRP)布在板条两表面双面粘贴加固具有边缘穿透裂纹的板条,研究了加固板条在两端循环拉伸载荷作用下的断裂和疲劳性能.首先建立了CFRP布加固板条粘结层与CFRP布/板条的界面剪应力控制方程,并求得两端均布拉力作用下CFRP布加固具有边缘穿透裂纹的板条的界面剪应力解析解.其次,利用叠加原理推导了CFRP加固板条裂纹尖端的应力强度因子表达式,分别给出了其Paris和Elber模型疲劳寿命公式,通过与相关实验结果的比较,发现Elber模型的疲劳寿命公式与试验结果较吻合.最后的参数研究表明:CFRP布刚度对应力强度因子范围有显著的影响,且应力强度因子范围随CFRP布长度或粘贴层剪切模量的增加而减小,并趋于定值.同时,粘贴胶厚度对应力强度因子范围几乎没有影响.     

切口类型变化对复合材料双切口层间剪切强度的影响规律研究

利用三维有限元模型和试验对复合材料双切口试件层间剪切强度进行了研究,通过改变双切口试件的切口类型(标准双切口、半V型切口和V型切口),对比分析切口类型变化对试件剪切面应力水平、破坏模式和剪切强度的影响,对侧面夹具为Hopkinson金属棒的半V型切口试件剪切面应力水平进行了分析。结果表明,三种切口类型的试验都不是单纯、均匀的剪切强度试验:标准双切口(DNS)试件剪切面剪应力分布不均匀,横向压应力较大,它仅能得到复合材料的表观层间剪切强度;半V型切口(0.5DVS)试件剪切面剪应力分布最不均匀,横向压应力较小,所得剪切强度偏小;V型切口(DVS)试件剪切面剪应力分布最均匀,但横向压应力较大。DNS试件和0.5DVS试件破坏模式为单纯剪切破坏,两者所测剪切强度离散性相对较小,而DVS试件破坏时初始失效点不在剪切面上,存在二次失效,所测剪切强度离散性较大。综上所述,DNS试件最适合静态层间剪切强度测试。与含Hopkinson金属棒的试件相比,改变切口类型的试件之所以不能改善剪切面的应力水平,是由输入输出区刚度偏小造成的。     

冻融循环作用下再生混凝土砖砌体通缝受剪试验研究

本文报导了对冻融循环作用下96个再生混凝土砖砌体抗剪试件进行的沿通缝抗剪试验。研究涉及冻融循环对再生混凝土砖砌体抗剪力学性能的影响,对比分析不同胶结材料试件的破坏形态及其抗剪强度,揭示冻融损伤对再生混凝土砖砌体抗剪强度的影响规律,并从微观角度探讨砂浆孔隙变化对砖砌体抗剪承载力的影响,建立再生混凝土砖砌体抗剪强度冻融损伤衰减模型。结果表明:砖砌体抗剪强度受冻融环境影响非常明显,其抗剪强度随冻融循环次数的增加而降低,降低的速度呈现出先慢后快的趋势;粉煤灰的加入有助于改善冻融环境下砖砌体的抗剪能力;对于石灰砂浆抗剪试件,初期的抗剪能力及冻融后的抗剪能力均下降;建立了考虑冻融损伤影响的砖砌体抗剪强度衰减模型,试验数据与计算结果吻合较好。     

含铺层拼接层合板的剪切强度

对含铺层拼接的碳纤维增强树脂基复合材料层合板进行了剪切强度实验研究.从三种不同铺层拼接角层合板上切取含缺口的剪切试件,通过实验测定了其载荷-位移曲线,得到了剪切强度值.实验结果表明,三组试件的剪切强度基本相同,即拼接层角度改变几乎不会引起层合板的剪切强度发生明显变化.采用有限元软件ABAQUS6.5对实验过程进行模拟,得到拼接层角度改变将引起拼接层中0°层出现切应力集中,但沿缺口切应力的平均值几乎不变.这也说明拼接层角度的变化几乎不影响层合板的剪切强度.     

海水干湿作用下带初始裂缝RC梁钢筋与混凝土粘结试验

钢筋与混凝土之间粘结是影响钢筋混凝土结构安全性与耐久性的关键因素之一。本文针对海水干湿环境中带预制裂缝钢筋与混凝土的粘结滑移性能进行研究。在实验室内模拟了沿海地区海水干湿循环环境,制作了带有不同初始横向裂缝宽度W和不同混凝土强度C的铰梁,并经海水浸泡180d干湿循环,研究了钢筋与混凝土之间的粘结退化规律。结果表明:(1)钢筋与混凝土之间的极限粘结应力随W增加而降低。混凝土强度分别为C25、C35时,W=0.2mm试件的极限粘结应力较无裂缝试件的极限粘结应力分别降低了14.94%、15.92%。(2)极限粘结应力随混凝土强度的提高而增大,当初始横向裂缝宽度相同时,混凝土强度C35试件的极限粘结应力比C25试件的大11.5%左右。(3)峰值滑移随混凝土强度增加而减小。     

蜂窝夹层复合材料老化强度与疲劳性能的试验研究

本文对蜂窝夹层复合材料老化强度和疲劳试验进行了研究。通过对该材料在老化前后的拉伸、压缩、面内剪切机械性能测试,以及在不同应力水平下的疲劳试验,分析试验结果,得出了标准老化环境对试件的拉伸、压缩承载能力影响不大,而蜂窝夹芯的排列方向对面内剪切试件的强度和疲劳寿命将产生一定的影响等一些对实际工程应用的问题有参考价值的结论和看法。本文还就蜂窝夹层复合材料老化强度和疲劳试验中的一些试验方法、试件的破坏形式、试验件的胶接方法进行了探讨。     

激光冲击修复后压力容器钢Q345R耐腐蚀及抗疲劳性能研究

对激光冲击强化后的压力容器材料Q345R钢的耐腐蚀性能和抗疲劳性能进行研究。通过电化学实验,并结合扫描电子显微镜分析其耐腐蚀性。结果显示,有吸收层保护和无吸收层保护激光冲击后,相较于原试样,耐腐蚀性分别提升5.8倍和2.6倍;微观实验结果表明经过激光冲击后腐蚀试样表面裂纹明显少于未处理试样。但随着冲击次数增加,耐腐蚀性有所下降。疲劳试验结果显示,相同应力条件下,腐蚀1和2 h的疲劳寿命相较于原试样降低36.8%和56.4%,经过一次或三次激光冲击后试件的疲劳寿命分别提升43.8%和198.2%,经XRD检测,激光冲击能在表面形成一定深度的残余压应力层并抑制裂纹扩展。     

混凝土层裂强度测量的新方法

提出了利用Hopkionson压杆测量混凝土层裂强度的新实验方法:用高聚物材料取代传统的金属材料透射杆,混凝土试件为细长杆,由于高聚物波阻抗比混凝土小,试件中压缩波在试件/吸收杆界面反射后形成拉伸波使试件产生层裂破坏,通过吸收杆上透射波形可以确定混凝土层裂强度。由于波在粘弹性材料中的弥散效应,吸收杆中透射波形会发生变化,但三维有限元分析表明,在利用吸收杆上透射波确定混凝土层裂强度时弥散产生的影响可以忽略。按照一维特征线理论,可以由吸收杆上的应变波形确定出混凝土材料的层裂强度。     

ZrN单层、多层、梯度层及复合处理层对不锈钢固体粒子冲蚀行为的影响

对比研究了离子镀ZrN单层、多层、梯度层及其与离子渗氮复合处理对2Cr13马氏体不锈钢抗大小攻角固体粒子冲蚀性能的影响规律,通过硬度、韧性、结合强度、动静态承载能力等特性的综合测试与分析,探讨了表面处理层对不锈钢固体粒子冲蚀行为的作用机制.结果表明,上述4种表面改性层均显著提高了2Cr13不锈钢表面的硬度和抗微切削能力,因而有效改善了2Cr13钢抗30°小攻角固体粒子冲蚀性能.经离子渗氮层上沉积ZrN梯度层的复合处理后,其硬度由表面至基材呈梯度分布,界面应力分布连续性好,承载能力和抗塑性变形能力高,多冲疲劳性能优,能够显著提高基材抗90°大攻角固体粒子的冲蚀能力.然而,ZrN单层、多层、梯度层的抗多冲疲劳性能较差,其抗大攻角固体粒子的冲蚀能力反而不及2Cr13基材.     

基于修正压力场理论的再生混凝土梁抗剪承载力计算方法研究

基于修正压力场理论分析有腹筋再生混凝土梁的剪切破坏机理,建立了更接近有腹筋再生混凝土梁实际受力的抗剪模型,并通过考虑再生骨料有效粒径和受箍筋作用下的裂缝宽度与构件裂缝处应力的联系,分析了再生骨料咬合力对梁斜截面抗剪性能的影响,提出了再生混凝土梁极限抗剪承载力的计算方法。此外,本文将理论结果与课题组自制的6根再生混凝土梁的抗剪承载力试验结果进行了对比,理论值与试验值吻合较好,验证了本文方法的有效性,从而为设计人员提供了一种预测再生混凝土梁极限抗剪承载力的计算方法。     

大环径比O形金属橡胶密封件的疲劳力学特性及试验研究

金属橡胶内部线匝之间相互咬合钩联,形成非常复杂的空间网状结构,是一种累积损伤的材料,而金属橡胶密封件除了内部线匝还有外包覆,因此常规金属疲劳理论无法适用. 以O形金属橡胶密封件作为研究对象,搭建疲劳损伤试验,选取耗能ΔW,损耗因子η和损伤因子D作为疲劳损坏评判指标,开展大环径比O形金属橡胶密封件疲劳寿命性能研究和疲劳寿命试验,采用控制变量法研究加载振幅、激振频率、孔隙度对金属橡胶疲劳磨损和疲劳寿命的影响. 研究结果表明:金属橡胶密封件的迟滞回线呈现明显的“柳叶状”,并且在15万次振动周期前耗能能力有所下降;金属橡胶密封件的刚度随着孔隙度的减小而增加,试验样件的疲劳损伤随着孔隙度的减小而增加;加载振幅的增加会不同程度地加剧金属橡胶密封件的疲劳磨损,试验内容填补了O形金属橡胶密封件疲劳寿命性能研究的空白,为金属橡胶密封件的疲劳寿命研究提供一定的基础.      

预应变对中碳钢扭转疲劳特性的影响

应用扭转疲劳试验机对退火后的非预应变45#钢及其3种预应变材料进行 实验. 实验结果表明：预应变量小于5%时，与非预应变材料相比疲劳极限降低10\%； 预应变量大于5{%}时，随着预应变量的增加，其疲劳极限有恢复的趋势，当预应变量达到 8%时，预应变材料与非预应变材料的疲劳极限几乎相等；当循环应力达到1*10^7$时，各种试件表面都有明显的停留裂纹存在.     

大变形软材料接触摩擦的在线测试装备与技术分析

我国高档密封件与液压件产品几乎全部依赖进口,国家重大技术装备及国防装备等配套零部件行业的许多问题与摩擦学有十分重要的关系,基础件摩擦学又是国际上的研究热点与发达国家的竞争高地. 在本文中阐述了国内外关键机械零部件的接触界面原位在线测试的研究进展,及其在大变形软材料密封系统中的应用,综述了摩擦润滑中迁移状态实时在线观测技术、聚合物密封界面在线观测技术和国内在摩擦过程的微区域原位研究等进展,还分析了特殊与极端工况条件下大变形聚合物密封的性能测试、可靠性寿命分析以及多工况联合测试的技术进展,分析和讨论了高性能密封件行业的基础共性难题,最后进行了总结与展望.      

TC21钛合金显微组织对超长寿命疲劳行为的影响

本文主要研究钛合金的网篮尺寸对于超声疲劳行为的影响。研究发现,对于TC21钛合金,高应力下疲劳裂纹萌生于试样表面;低应力下疲劳裂纹萌生于试样亚表面。最大应力-循环次数(S-N)曲线显示,在两段连续下降的曲线之间有一个表面萌生向内部萌生的转变平台。对于网篮尺寸为60μm的钛合金,转变平台对应的应力幅为540MPa,疲劳极限为430MPa。网篮尺寸为40μm的转变平台应力幅为600MPa,疲劳极限为530MPa。分析得知网篮尺寸为60μm的TC21钛合金疲劳性能低于网篮尺寸为40μm的TC21钛合金。     

Effects of stress ratio on fatigue life of carbon-carbon composites

Cyclic loading causes cumulative damage and therefore degrades the inelastic properties of composite materials. Present work investigates the damage development under tension-tension fatique, and the effect of stress ratio on the fatigue life of carbon-carbon (C/C) composites at room temperature at a frequency of 3 Hz. The fatigue damage has been identified through ultrasonic non-destructive technique, optical microscopy and scanning electron microscopy.From the S-N curve it has been observed that the endurance strength of C/C composite is quite high; approximately 85% of the ultimate tensile strength. The fatigue life of C/C composites has also been observed to increase with the stress ratio. Matrix cracks, filament splitting within the yarns, complete delamination and the nucleation of the interfacial flaws have been identified as the failure mechanisms during the fatigue tests. On the other hand, the failure modes during the static test were found to be complete fiber fracture accompanied by partial delamination. A statistical fatigue life distribution for carbon-carbon composites has also been presented in this paper.     

基于FE/EFG耦合方法的沥青路面裂纹扩展模拟

沥青路面裂纹在行车荷载下的裂纹扩展规律对于沥青路面的设计、维护具有重要的指导意义.通过预切口沥青混合料小梁疲劳试验,利用无网格伽辽金/有限元耦合方法,对沥青路面表面裂纹扩展进行了数值模拟,研究了面层厚度、面层模量、基层厚度、基层模量对裂纹扩展的影响规律.结果显示:随着预切口距离加载中心距离的增大,沥青混合料小梁的疲劳寿命增大,裂纹尖端的Ⅰ型应力强度因子减小,裂纹所表现出的Ⅱ型特性增 强;在沥青路面表面裂纹扩展过程中,应力强度因子经历一个急剧上升,达到一个极值后缓慢下降,然后又缓慢上升,最后急剧增加的过程;随面层、基层厚度的增加,表面裂纹尖端的应力强度因子降低;面层、基层模量对裂纹扩展路径的影响较大.     

Fatigue characterization of tire rubber

An investigation of the fatigue behavior of tire rubber was undertaken. The tire rubber used in this work is a blend of natural rubber and polybutadiene. It is vulcanized and filled with carbon black. Fatigue tests were conducted on edge-notched prismatic specimens subjected to tension–tension loading in a displacement-controlled machine. The maximum strain was 8% and the minimum strain was 0.8%. The waveform of the fatigue cycle was sinusoidal at a frequency of 10 Hz. Initial cracks of various lengths were cut into the edge of the rubber specimens with a sharp razor blade. The tearing energy was calculated during the test. A power law relation between the crack growth rate and tearing energy was obtained. The fatigue life of tire rubber was estimated based on the integration of the power law relations and the tearing energy versus fatigue cycles curves in conjunction with the value of the critical tearing energy at crack growth initiation.     

沥青路面形貌对抗滑性能影响的理论分析

在分析沥青路面形貌特点和轮胎与路面摩擦力产生机理的基础上,根据汽车轮胎学、黏弹性理论及橡胶摩擦理论,从理论上分析了沥青路面形貌对抗滑性能的影响.结果表明:沥青路面宏观构造凸出体的高度和密度,微观构造微凸体的高度、密度和尖锐度对沥青路面抗滑性能具有明显影响.沥青路面宏观构造凸出体的高度和密度增大,沥青路面抗滑性能增强;微观构造微凸体高度和密度增加,沥青路面抗滑性能增强.具有尖锐微凸体的沥青路面比具有平钝微凸体的沥青路面拥有更好的抗滑性能.     

沥青混凝土面板低温疲劳破坏的实验研究

我国北方地区的土石坝和水池的防渗沥青混凝土面板,常出现低温裂缝。因此,对沥青混凝土在低温条件下的温度应力疲劳进行实验研究很有必要.本项研究研制了适用于沥青混凝土低温低周大变形的弯曲疲劳试验机,进行了沥青混凝土在不同低温下的疲劳破坏性能试验。对试验结果用粘弹性理论和推广的应变区分法(SRP)和应变能区分法(SEP)进行了分析,首次得出了沥青混凝土的疲劳寿命与弯曲应力、应变和应变能的关系,并试用于实际工程的予测.