On the modeling of fiber dispersion in fiber-reinforced elastic materials

When an isotropic material is subject to a uniaxial tension, the principal strain transverse to the direction of applied load is always negative. However, in fiber reinforced materials the transverse principal strain can change its sign as the load increases, passing through the zero-points, known as perversions. We investigate how the number of perversions in a material reinforced by two symmetrically aligned families of distributed fibers depends both on the degree of fiber dispersion and the model used for fiber dispersion. Angular integration and three variants of the generalized structure tensor approach are considered and discussed. The study of perversions clearly demonstrates the qualitative difference between these approaches in the case of high dispersion of fibers. The results suggest that this difference is primarily due to the way compressive fibers are modeled.     

简易振动台试验设备研制

为了完成多桩型复合地基抗液化性能振动台试验,利用实验室已有的反力墙和作动器,设计了一个小型的简易单向振动台系统和堆叠式剪切模型箱。堆叠式剪切模型箱内部尺寸为1200mm×800mm×772mm,由8层铝合金框架和7层橡胶条叠合而成。利用ANSYS有限元软件对模型箱及地基-模型箱进行了动力分析,并通过饱和粉细砂地基模型振动台试验验证了模型箱的效果。结果表明,所设计的模型箱能够较成功地模拟天然场地的边界条件,为多桩型复合地基抗液化性能振动台试验的顺利进行打下基础。     

主动隔振下固支薄板基础振动抑制的参数多目标优化

考虑动力设备-隔振器-薄板基础为复合主动隔振体系,并将薄板视为固支形式;以传递力作用在薄板基础上某点导纳为中间变量,在传递力、导纳、薄板振动峰值位移及峰值点距离影响因素分析的基础上,进行了系统耦联参数的多目标优化研究。优化算法采用较新的强度Pareto进化算法(SPEA2),该算法具有参数设置少、收敛速度快、寻优能力强及Pareto最优解分布均匀等优点。目标函数考虑为薄板振动的位移峰值及峰值点间的距离,目的是在有效控制薄板振动的同时,尽可能地使薄板趋于单峰值点振动,这对于板上附属操作设备及工作人员是有利的;最后,在最优参数的基础上对隔振器的安装位置进行讨论研究。数值计算结果表明,本文方法可有效地计算出隔振系统的最优参数,并为工业建筑及其他工程振动的最优隔振设计提供新思路。     

碳纤维复合材料的激光清洗等离子体光谱在线检测研究

近年来碳纤维复合材料（CFRP）由于性能优异,受到工业领域广泛关注。采用激光清洗技术预处理碳纤维复合材料表面的污染物和环氧树脂等杂质,有利于改善碳纤维复合材料表面性能,提高碳纤维复合材料胶接界面的结合强度。在线检测激光清洗过程,实时判断碳纤维复合材料的表面清洗质量,是保证激光清洗效果的关键环节,也是激光清洗装置自动化、集成化的核心技术。激光诱导等离子体光谱技术可以快速分析材料表面元素变化,实现在线检测激光清洗表面状态,在激光清洗领域有很广的应用前景。采用Nd∶YAG高能量脉冲激光器产生的1 064 nm激光在空气环境中诱导产生等离子体,利用改进型光栅光谱仪(ME5000)获取等离子体光谱,在线检测激光清洗碳纤维复合材料。研究外界空气环境对等离子体光谱检测结果的影响,发现350~700 nm波段的元素谱线可用于碳纤维复合材料表面物质成分分析;采用电子扫描显微镜观测的激光清洗表面形貌和X射线电子能谱仪测得的元素变化共同表征等离子体光谱检测的有效性,通过采集不同激光能量以及不同作用次数的等离子体光谱图,获得碳纤维复合材料表层树脂物质通过激光单次清洗干净的阈值,研究激光清洗质量与激光诱导等离子体谱线成分及其强度变化的关系。结果表明：在获取的激光诱导等离子体光谱中,光谱图中谱线波长在393.3 nm的S(Ⅱ)和589.5 nm的S(Ⅱ)谱线可有效在线表征碳纤维复合材料表面清洗质量;激光单次去除干净表面环氧树脂的阈值为10.68 mJ;低激光能量时需要清洗多次可以去除干净表面树脂;高激光能量时清洗单次可使表面树脂去除干净,多次清洗易造成基体损伤。实验结果为激光清洗碳纤维复合材料的智能集成化应用提供工艺依据和技术支持。     

NUMERICAL SIMULATION OF CRACK GROWTH OF REINFORCED CONCRETE FLEXURAL MEMBERS BASED ON XFEM1)

基于最大主应力准则,利用扩展有限元法对钢筋混凝土三点弯曲梁的裂纹扩展进行数值模拟。通过与已有模型试验结果的比对,验证了该方法的准确性与有效性。研究发现,带裂纹钢筋混凝土构件的裂纹扩展与力学性能不但受到单裂纹的尺寸、位置、倾角的影响,而且还受多裂纹间位置关系的影响;其中,裂纹横向分布位置和裂纹纵向分布位置是影响带裂纹钢筋混凝土梁裂缝扩展的主要因素。     

考虑侧面摩擦的侧限压缩模型的数值解法

海上箱筒型基础结构下沉到位后,舱内土体的受力变形可以看作是侧限压缩模型问题,上部荷载引起的侧壁摩擦力与土体应力之间的关系较为复杂。本文通过简化模型,列出了侧限压缩模型的平衡微分方程,分析了方程解析计算时存在的难点,结合摩擦应力边界条件的特点,构造函数迭代法对该方程进行数值求解,展示了计算的收敛过程,得到接触侧面上水平应力和土体表面位移的非线性分布规律,并将其结果与ABAQUS数值模拟结果进行了对比。结果表明,函数迭代法收敛速度较快,计算过程稳定,对其他存在变量耦合边界条件的微分方程数值求解有一定的参考价值。     

Damped vibration of a graphene sheet using a higher-order nonlocal strain-gradient Kirchhoff plate model

A higher-order nonlocal strain-gradient model is presented for the damped vibration analysis of single-layer graphene sheets (SLGSs) in hygrothermal environment. Based on Kirchhoff plate theory in conjunction with a higher-order (bi-Helmholtz) nonlocal strain gradient theory, the equations of motion are obtained using Hamilton's principle. The higher-order nonlocal strain gradient theory has lower- and higher-order nonlocal parameters and a material characteristic parameter. The presented model can reasonably interpret the softening effects of the SLGS, and indicates a reasonably good match with the experimental flexural frequencies. Finally, the roles of viscous and structural damping coefficients, small-scale parameters, hygrothermal environment and elastic foundation on the vibrational responses of SLGSs are studied in detail.     

集中载荷作用下FRP布加固带裂缝木梁的弯曲

将FRP布视为正交各向异性材料,考虑其拉伸与压缩时的双弹性模量性质,给出了四周粘贴FRP布加固带裂缝木梁四点弯曲的边值问题,得到了FRP布加固木梁挠度的解析解,并验证了其有效性和适用性.参数分析表明:相比于侧面粘贴CFRP布,在木梁受拉侧沿轴向粘贴CFRP布的刚度加固效果更加显著;CFRP布加固木梁的挠度随CFRP加固布厚度和弹性模量的增加而减小,但当侧贴CFRP布厚度增加到某一值时,继续增加厚度对木梁挠度的减少效果已不明显;当受拉侧CFRP布厚度较小时,木梁挠度随CFRP布厚度的增加非线性减小,而当受拉侧CFRP布厚度较大时,木梁挠度随CFRP布厚度几乎呈线性减小.同时,当侧贴CFRP布的剪切模量很大时,此时,CFRP布加固带裂缝木梁的挠度趋于CFRP布加固完整无裂缝木梁的挠度,此时,CFRP加固完全消除了裂缝因素.     

FRP加固梁的FRP-混凝土界面脱胶分析

为了研究纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer, FRP) 加固梁的FRP-混凝土界面脱胶破坏过程,本文将混凝土梁和FRP 板均视为线弹性的欧拉-伯努利梁(Euler-Bernoulli beams), 且两者通过粘结层胶结在一起. 对于FRP-混凝土结构,有两种形式的脱胶破坏：板端脱胶破坏和跨中裂缝导致的脱胶破坏.对于FRP-混凝土梁,利用合理的粘结模型按第2 种脱胶失效形式,详细讨论了FRP-混凝土界面的脱胶过程,得到了不同阶段的胶结滑移、界面剪应力和FRP 轴向力的解析解. 实验研究验证了理论分析的结果,参数研究进一步探讨了胶结长度和粘结层厚度对于FRP-混凝土界面脱胶行为的影响.     

钢筋混凝土箱梁非线性及剪滞效应的试验研究

制作了钢筋混凝土简支箱梁模型,试验包括模型梁开裂范围内的加载及开裂后的加载。在开裂范围内,对该试验梁分别进行了顶板满布均布荷载、均布荷载作用于肋板上方、集中力作用于跨中以及对称集中力作用下的加载;对开裂后的试验梁,进行了对称集中力作用下的加载。用应变采集仪与电脑连接,并用半桥测量,温度自补偿方法测取应变值,采用百分表测试梁体挠度,采用读数显微镜观测裂缝。测量得到应力、应变的分布规律,验证了钢筋混凝土箱梁中存在剪滞效应。试验结果与考虑混凝土非线性的有限段法的计算结果吻合较好,验证了有限段法在混凝土箱梁剪滞效应分析中的适用性。