复合材料胶接修补问题的试验研究和分析

用带中心裂纹的Ｌｙ１２ＣＺ铝合金板模拟飞机的损伤结构,对于不同的修补方式（单边和双边修补）,不同的补片材料（铝合金和复合材料）和几何尺寸以及脱胶等因素,进行了静强度和疲劳裂纹扩展试验． 实验表明． 胶结修补能明显地提高损伤结构的强度和疲劳寿命,同时实验还为修补实践的选材和几何参数的设计等提供了大量数据． 文中最后给出了修补结构疲劳裂纹的有限元计算估计,并与试验结果进行了比较和分析．     

轻质泡沫混凝土的劈裂破坏力学行为分析

利用平台巴西圆盘加载方式和钢质压条加载方式,对两种厚度为25mm和50mm、不同密度的轻质泡沫混凝土(400～1000kg/m3)进行巴西圆盘劈裂试验,研究密度和厚度对泡沫混凝土裂纹宽度、劈裂强度、断裂韧度、断裂能的影响规律。结果表明,在橡胶垫平台巴西圆盘和钢质压条加载方式下,其劈裂断裂特征大致分为四个阶段:线性弹性段、非线性弹性段、起裂阶段、失稳阶段。同样加载率下最大裂纹宽度随着泡沫混凝土密度增加逐渐减小,劈裂拉伸强度、断裂韧度、断裂能呈幂函数形式增加。借鉴Reinhardt非线性软化曲线,对不同密度泡沫混凝土的应力软化关系进行曲线拟合,建立基于拉伸强度、断裂韧度等控制参数的应力-裂纹宽度关系三段式模型。基于试验结果,对理想多孔材料细观力学预测模型进行修正,获得泡沫混凝土孔隙率与拉伸强度的半经验公式。     

腐蚀环境下复合材料修补件力学特性研究

采用复合材料补片胶接修补含裂纹LY12CZ铝合金板,开展了试验室大气环境和加速预腐蚀环境下复合材料修补件静强度拉伸和疲劳裂纹扩展对比试验研究.结果表明,复合材料补片均能显著提高损伤结构的拉伸强度和疲劳寿命,且短周期的预腐蚀环境对修补件两种力学特性的影响可以忽略不计.同时,基于Paris公式和Rose分析模型,建立了常规环境和预腐蚀环境下疲劳裂纹扩展寿命预测模型,通过与试验结果的对比证明了该模型的工程有效性.     

折射式激光多普勒测速系统

为了测量透明物体横向运动时的位移速度,提出了一套基于激光外差干涉技术的折射式激光多普勒测速系统,并对该系统所采用的多普勒效应测速方法进行了研究。首先,通过外差干涉系统使测量光与参考光发生干涉,利用信号探测系统探测它们合光束光强变化波形。然后,使用信号分析软件分析此波形,得到合光束的拍频,即测量光与参考光的频率之差。最终,利用此拍频值进行理论计算,求出垂直于探测光方向匀速运动时三棱镜样品的位移速度,并分析了整个系统的测量误差。实验结果表明,对20μm/s、80μm/s、140μm/s、200μm/s等给定的位移速度,该系统的速度测量误差不超过1.5%。测量结果具有良好的可重复性,证实了该系统的有效性与可靠性。实验系统原理简单,输出信号信噪比较高,测量精度高,具有广泛的适用性。     

静电雾化锥射流模式下液锥形态的研究

本文分析了静电雾化锥射流模式下液锥表面静电应力、表面张力应力分布特性,基于应力平衡建立了液锥力学模型,并对流量、荷电电压及针形喷嘴的内半径等参数对液锥结构形态的影响进行了预测。首先设计了针形喷嘴静电雾化实验装置,应用高速摄影技术观测了静电雾化的典型雾化模式和液锥形态演化特性。实验结果表明:锥射流雾化模式仅在一定的荷电电压范围内才会出现;针形喷嘴的流量增加,液锥锥角减小,液锥长度增长;随着荷电电压或针形喷嘴内半径的增加,液锥锥角增大,液锥长度缩短。实验结果与液锥力学模型的预测结果一致。     

含片状缺陷共晶复合陶瓷的细观强度模型

根据缺陷在共晶复合陶瓷中的分布特点,假设缺陷为片状、缺陷周围介质为横观各向同性,建立了含缺陷共晶复合材料的细观力学模型;根据损伤理论定义了胞元等效外载应力场,依据等效夹杂理论得到了含缺陷各向异性基体复合材料Griffith强度,考虑缺陷的空间分布随机性得到了复合材料强度与缺陷尺寸、缺陷体积含量等参数的关系。结果表明:强度与缺陷半径的-1/2次方成线性关系,且缺陷尺寸较小时强度变化明显;片状缺陷体积含量对强度影响显著,尤其当缺陷含量小于3%时,少量缺陷即可造成强度极大地下降;缺陷形状及基体的各向异性对强度也有着重要影响,各向同性基体中片状缺陷不为圆形时,缺陷始终从短轴开始扩展,各向异性基体中片状缺陷为圆形时,则缺陷首先从弹性模量大的方向上扩展,最终缺陷形状和弹性模量满足特定的比例关系。     

预静态加载后的混凝土动态受压特性试验

进行了混凝土在应变速率分别为10-5/s、10-4/s、10-3/s的条件下,经历极限抗压强度分别为0、40%、60%、75%和85%的单调荷载作用的动态单轴压缩试验,在此基础上分析了经历不同单调加载历史和应变速率下混凝土的峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化规律。试验结果表明,随着应变速率的提高,动态单轴抗压强度明显增加;当单调加载应力水平高于某一应力阈值时,混凝土极限抗压强度明显降低;混凝土弹性模量随着应变速率的提高而增加,随着单调加载幅值的增加表现出先增大后减小的趋势;混凝土峰值应变随着应变速率的提高而增加,随着单调加载幅值的增加而减少。     

钢管混凝土柱抗火性能的试验研究

对2个钢管混凝土柱进行了抗火性能的试验研究。试验采用足尺试验形式,柱长3800mm,钢管外部有20mm厚砂浆保护层。通过试验,得出钢管混凝土柱的截面温度场分布规律和耐火极限。试验结果表明,砂浆保护层的存在使得钢管表面温度比炉内温度降低大约300℃～500℃,提高了钢管混凝土柱的耐火极限。钢管混凝土柱第一次受火达到炉内最高温度810℃,没有破坏,冷却到常温,第二次受火,柱子破坏,破坏时炉内最高温度为828℃。与一次受火破坏钢管混凝土柱相比较,炉内最高温度降低了122℃,二次受火钢管混凝土柱耐火极限温度明显降低。上述结果可为今后结构抗火性能的研究提供依据。     

淋溶作用下煤矸石产酸/产碱动力学的实验研究

为研究煤矸石在淋溶作用下产酸/产碱过程的化学动力学参数,以辽宁阜新矿区新鲜煤矸石为研究对象,采用改进的静态淋溶实验方法,对三种不同矿物组分煤矸石在淋溶过程中的产酸/产碱速率进行了实验研究。结果表明:淋溶作用下煤矸石的产酸/产碱过程可分为快速和慢速两个时期。快速期内产酸/产碱速率分别受硫铁矿及方解石矿物含量的影响;慢速期内的产酸/产碱速率分别受其他硫化物和硅酸盐矿物含量的影响。经计算,实验所用三种煤矸石的快速产酸速率分别为5.184、3.504、4.465mmol.kg-1.day-1;慢速产酸速率分别为0.256、0.844、0.395mmol.kg-1.day-1;快速产碱速率分别为8.64、6.16、6.72mmol.kg-1.day-1;慢速产碱速率分别为0.109、0.320、0.429mmol.kg-1.day-1。煤矸石淋溶液酸碱性演化过程可根据影响表观pH值的矿物成分划分为方解石碱性期、硫化物产酸期、硅酸盐滞后产酸期和硅酸盐产碱期四个阶段,但受不同煤矸石所含矿物组分的差异的影响,上述四个时期的持续时间各异。     

火灾情况下混凝土板温度场的解析解

针对火灾情况下火场温度和构件边界的温度均随时间不断变化的问题,应用杜哈美尔定理分析了边界温度按一定规律随时间变化的热传导问题。推导得到了火灾情况下混凝土板温度场的解析解公式,并应用MATLAB编程计算得到了解析解结果。比较解析解的计算结果和试验结果发现:两者得到的截面温度场都呈非线性分布;两者的变化趋势一致,即近火面的温度梯度很大,距受火面越远,温度梯度越小;温度曲线都是凸向坐标轴。因此,推导得到的解析解公式适合于求解火灾时混凝土板横截面的温度场。同时,只要能够求出非齐次项与时间无关时的辅助问题的解,便可应用杜哈美尔定理求解该热传导问题的温度场,因此该方法可推广应用于火灾情况下其它构件温度场解析解的计算。     

Subcritical Growth of an Internal Circular Crack in an Aging Viscoelastic Laminated Composite

Delayed fracture of a laminated composite under tensile loads applied at infinity is studied. The composite consists of alternating elastic and aging viscoelastic layers and contains an internal penny-shaped mode I macrocrack located in parallel to the layers. A modified Leonov–Panasyuk–Dugdale crack model and the critical crack-tip opening criterion constitute a fracture model. The subcritical crack growth equations are derived using the Volterra principle and the method of operator continued fractions. The laws governing delayed fracture are studied for a specific composite material     

钢筋混凝土结构锈胀开裂宽度的试验研究及预测模型

设计了45片钢筋混凝土(RC)构件,基于RC构件通电加速锈蚀,对该批构件进行腐蚀试验研究,测试了锈胀裂缝宽度及其位置和发生时间。以钢筋锈蚀率、保护层锈胀开裂、锈胀裂缝宽度、相对保护层厚度和混凝土强度为分析参数,结合测试数据,利用加速腐蚀和自然腐蚀的对应关系,通过数理统计回归分析建立了锈胀开裂宽度的预测模型。分析了各参数对锈胀开裂扩展的影响。该模型对RC结构耐久性设计提供一定的参考。使用本文建立的模型以及规范模型对文献试验数据和一座服役近40年的实桥构件的锈蚀率和锈胀裂缝宽度进行了预测,计算结果表明本文模型有较强的适用性,能够用于实桥锈胀损伤分析。     

焊接接头热影响区的海水腐蚀疲劳裂纹扩展速率

本文采用T型板状焊接接头试件承受弯曲循环载荷进行空气中和海水自由腐蚀条件下的疲劳裂纹扩展试验(海水中试验条件为R=0-0.1,加载频率0.2Hz,海水温度20℃±1℃),得到了海上平台钢E36-Z35焊接接头热影响区在空气中和海水中裂纹扩展速率da/dN～AK曲线和Paris公式中相应的C和m值,并进行了讨论. 应用本文得到的试验数据,用断裂力学方法对板状焊接接头在空气中和海水中自由腐蚀条件下的疲劳裂纹扩展寿命进行了估算,结果表明,在适当考虑裂纹起始寿命的情况下,用断裂力学方法估算的疲劳裂纹扩展寿命与试验结果相当符合.文中还讨论了初始裂纹尺寸的选取对估算裂纹扩展寿命的影响.     

复合材料的裂纹动力学问题的模型

复合材料产生裂纹后，其纤维处形成“桥连”，这是一个不可避免的现象。由于桥连问题很复杂，在数学方法的处理上有很大困难，至今人们研究的大多是桥连的静力学问题，而对其动力学问题研究得很少。只有建立复合材料的桥连动力学模型，才能更好地研究复合材料的断裂动力学问题。为了便于分析复合材料的问题，将桥连处用载荷代替，当裂纹高速扩展时，其纤维也连续地断裂。通过复变函数论的方法，将所讨论的问题转化为Riemann-Hilbet问题。利用建立的动态模型和自相似方法，得到了正交异性体中扩展裂纹受运动的集中力Px/t及均布载荷作用下位移、应力和动态应力强度因子的解析解，并通过迭加原理，最终求得了该模型的解。     

过载作用下聚乙烯疲劳裂纹扩展行为研究

论文针对中密度聚乙烯材料(MDPE),采用平板试样进行了I型疲劳裂纹扩展和单次过载下裂纹扩展试验．发现与金属材料类似,单次拉伸过载对聚乙烯(PE)的疲劳裂纹扩展有明显的迟滞作用,降低了裂纹扩展速率．试验还通过变载荷刻线法获取疲劳裂纹扩展前缘的实际形貌和变化规律,对常规变载荷刻线方法进行了调整和验证,其修正方法对高分子材料的疲劳裂纹扩展前缘刻线具有较好的效果．通过观察发现含楔形塑性区的裂尖钝化是裂纹迟滞的主要原因．过载引入的塑性区内残余应力对裂纹迟滞也起了重要作用．论文利用Dugdale模型计算了塑性区尺寸,使用基于残余应力的Wheeler模型对过载迟滞进行了很好的拟合．     

自动检测da/dN的微机系统

研制了一种da/dN自动检测系统;介绍了其工作原理和裂纹长度a及循环数N的采集方法;与传统的目测法做了对比;显示了该系统的优越性。     

试验确定自增强圆筒的表面裂纹K1因子和疲劳扩展规律

本文提供了一种可以进行自增强处理的圆筒试样,通过实验用柔度法确定了该试样的表面裂纹的应力强度因子,介绍了含表面裂纹试样的柔度测试技术,导出了柔度与表面裂纹尖端前缘各点的应力强度因子的关系式,该式可作为各种含表面裂纹试样柔度法测表面裂纹 K_1因子的参考,本文还测定了不同自增强程度下,自增强圆筒的表面裂纹疲劳扩展规律。     

疲劳裂纹扩展门槛值试验的可靠性分析

本文用30块30CrMnSiA合金铜的CCT试件所测得的ΔK_(th)试验数据检验了随机变量ΔK_(th)的分布特性,确认材料与厚度相同的试件在相同应力比下所测得的ΔK_(th)值基本遵循正态分布。在此基础上对ΔK_(th)试验进行了如下可靠性分析:具有指定可靠度与置信度的ΔK_(th)值,不同材料ΔK_(th)的统计对比,最少试件数。     

整体化复合材料结构残余应力实验研究

通过钻孔法测试了T型整体化复合材料结构件在不同固化工艺方案下的残余应力,并研究了多墙类加筋壁板的腹板和蒙皮的残余应力分布,以及不同钻孔深度对结构件内部残余应力测试结果的影响。研究结果表明:共固化方式下产生的残余应力要小于胶结共固化方式下的残余应力。