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高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法

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湖南大学学报（自然科学版） 2022年第11期49卷 150-160页

作者：李嘉丁峰曹君辉湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 风工程与桥梁工程湖南省重点实验室(湖南大学) 湖南长沙410082

为研究高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法,采用ANSYS有限元分析,探讨钢-STC-SMA结构厚度、环境温度、桥面纵坡等对层间应力的影响规律,建立轻型组合桥面铺装层间应力估算模型,提出层间最大剪应力、最大法向拉应力简化计算公... 详细信息

为研究高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法,采用ANSYS有限元分析,探讨钢-STC-SMA结构厚度、环境温度、桥面纵坡等对层间应力的影响规律,建立轻型组合桥面铺装层间应力估算模型,提出层间最大剪应力、最大法向拉应力简化计算公式.研究结果表明:SMA厚度、STC厚度、环境温度、桥面纵坡等对层间应力有不同程度的影响;在最不利荷载组合下,不计桥面纵坡时,层间最大剪应力变化范围为0.38~0.55 MPa(常温)、0.35~0.55 MPa(高温);层间最大法向拉应力变化范围为0.18~0.23 MPa;层间应力随着桥面纵坡的增加而线性增加,纵坡从0%增加到8%,层间最大剪应力升幅为9.4%(常温)、12.0%(高温),层间最大拉应力升幅为12.0%(常温)、12.5%(高温);通过纵坡坡度修正,建立高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力通用计算公式,并与实桥有限元计算结果对比,误差在9%以内,说明本文提出的计算方法可用于估算不同纵坡下高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力.

关键词：道路工程组合桥面有限元分析高韧性混凝土层间应力计算方法

脉冲力作用下薄壁内衬复合管层间应力状态分析

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脉冲力作用下薄壁内衬复合管层间应力状态分析

作者：韩璐泽东北石油大学

学位级别：硕士

传统管道因其防腐性能差、维修困难等缺点,逐渐无法满足复杂的运输环境。因此本文基于复合管具有防腐性好、高承压等优点,提出了一种以玻璃钢材料作为内衬层与金属钢管通过粘结形成的薄壁内衬复合管,其力学性能可以满足复杂环境下安全... 详细信息

传统管道因其防腐性能差、维修困难等缺点,逐渐无法满足复杂的运输环境。因此本文基于复合管具有防腐性好、高承压等优点,提出了一种以玻璃钢材料作为内衬层与金属钢管通过粘结形成的薄壁内衬复合管,其力学性能可以满足复杂环境下安全稳定输送的要求。复合管在实际运行中,受输送压力或外界动力荷载的影响,层间易发生脱层剥离现象。因此对复合管在脉冲力作用下的层间应力状态变化进行分析,可以为复合管在随机振动下的力学性能研究做基础,也为设计制作方面提供参考依据。对由X52N钢板和玻璃钢板,通过粘结制成的复合板进行模态试验,基于层间相互作用本构建立同尺寸复合板有限元分析模型。通过改变玻璃钢的厚度,分析不同玻璃钢厚度对复合管材料固有频率的影响。通过试验得出的频响函数曲线计算得到复合板的固有频率与有限元模拟结果得到的数据进行对比,验证复合管材层间相互作用在动力学分析中的可行性。建立复合管有限元分析模型,分析径向脉冲力作用下复合管的层间应力状态变化。研究内衬层厚度、外基层管厚度、粘结强度等因素对层间应力状态的影响,得到复合管在径向脉冲力作用下的动力响应特征。研究结果表明,增加内衬层厚度可以有效地减小层间应力,而增加粘结强度会导致层间应力的增大。当粘结强度不足时,可以通过改变内衬层厚度来弥补粘结力的不足。研究轴向脉冲力作用下对复合管层间应力状态的影响。分析内衬层厚度、外基层管厚度、粘结强度等因素对层间应力状态的影响,得到了复合管在轴向脉冲力作用下的动力响应特征。研究结果表明,增加内衬层厚度和粘结强度可以有效地减小层间应力,而增加外基层管厚度会导致层间应力的增大。研究结果可为薄壁内衬修复再生管道截面设计及复合管在动荷载下的脱层剥离问题研究奠定基础。

关键词：薄壁内衬复合管脉冲力层间应力模态分析层间作用

高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法

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高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法

作者：丁峰湖南大学

学位级别：硕士

为研究高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法,采用ANSYS有限元分析,探讨钢-STC-SMA结构厚度、弹性模量、环境温度、桥面纵坡等因素对层间应力的影响规律,建立轻型组合桥面铺装层间应力估算模型,提出层间最大剪应力、最大法向... 详细信息

为研究高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法,采用ANSYS有限元分析,探讨钢-STC-SMA结构厚度、弹性模量、环境温度、桥面纵坡等因素对层间应力的影响规律,建立轻型组合桥面铺装层间应力估算模型,提出层间最大剪应力、最大法向拉应力简化计算公式。本文主要完成了如下工作:(1)提出高韧性混凝土组合桥面STC-面层的层间设计控制指标,考虑时温等效原理,静力分析了轻型组合桥面在车辆的不同行驶状态和桥面纵坡下的受力规律。(2)基于三座典型的钢箱梁桥面系,以控制铺装层层间结构性破坏为目标,建立了“钢-STC-SMA”轻型组合桥面铺装体系的有限元节段模型,将轻型组合桥面的层间最大剪应力与最大法向拉应力作为控制指标,对其相关影响因素进行正交试验设计和有限元计算,得到正交试验结果,即各个指标的有限元计算值。通过极差分析法处理正交试验数据,得到层间控制指标的关键因素的影响程度大小及其排序。(3)基于控制变量法,对各控制指标的影响因素进行逐一分析,得出组合桥面层间应力与车辆行驶状态、桥面纵坡、组合结构厚度、面层模量、钢板厚度等因素的内在联系与变化规律。(4)对影响因素进行单因素回归,得到各单一因素与轻型组合桥面层间最大剪应力和最大法向拉应力之间的变化关系式;接着对影响因素进行多因素回归,根据单因素回归结果,运用逐步回归法,筛选影响因素,进行数值关系拟合,得到轻型组合桥面层间最大剪应力与最大法向拉应力简化计算公式。(5)通过统计检验、抽样检验、试验检验等可靠性检验方法,检验了轻型组合桥面层间最大剪应力和最大法向拉应力的简化计算公式。检验结果显示:简化计算公式回归效果良好;通过抽样得出的有限元仿真模拟结果与简化公式计算值的误差均在4%以内;轻型组合桥面层间最大剪应力与最大法向拉应力简化计算公式的计算结果与实际工程有限元建模的仿真结果的偏差均小于8%。

关键词：道路工程组合桥面有限元高韧性混凝土层间应力计算方法

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铺层复合材料风扇叶片榫头层间应力分析

航空动力学报 2020年第2期35卷 388-396页

作者：康永强陈勇上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学燃气轮机与民用航空发动机教育部工程研究中心上海200240

采用有限元方法对复合材料风扇叶片榫头在拉伸及拉弯耦合工况下的层间应力特点进行研究。根据榫头结构特点,完成了榫头的铺层设计;基于FiberSIM-ACP软件平台,建立了复合材料风扇叶片榫头有限元分析流程,确定了一种满足层间应力分析精度... 详细信息

采用有限元方法对复合材料风扇叶片榫头在拉伸及拉弯耦合工况下的层间应力特点进行研究。根据榫头结构特点,完成了榫头的铺层设计;基于FiberSIM-ACP软件平台,建立了复合材料风扇叶片榫头有限元分析流程,确定了一种满足层间应力分析精度要求的榫头有限元模型,通过与试验结果对比,证实了该有限元模型的有效性。计算结果表明:拉伸工况下层间正应力S33的高应力区位于叶身开始向叶根过渡的变厚度位置,该位置处靠近压力面的14层铺层承受拉伸应力;切应力S13及S23的高应力区在同一区域,切应力大小与铺层角度息息相关,0°铺层承受较大的切应力S13,±45°铺层同时承受较大的切应力S13和S23。增加弯曲载荷后S33的高应力区向榫头上端延伸,承受拉应力的铺层数量增加;切应力的高应力区靠近榫头承力面,高应力区铺层数量增加。

关键词：复合材料风扇叶片榫头铺层设计有限元模型层间应力

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夹层板结构层间应力数值分析

大连理工大学学报 2006年第3期46卷 313-318页

作者：吴振陈万吉大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024

夹层板由两块高强度表层板和较软的中间夹心层组成,表层剪切刚度大,夹层剪切刚度小.这些特点将会给夹层板层间应力分析增加难度.为此推导了角铺设1,2-3高阶剪切变形理论,这一理论满足层间位移、应力连续条件和自由表面条件,并且未知量... 详细信息

夹层板由两块高强度表层板和较软的中间夹心层组成,表层剪切刚度大,夹层剪切刚度小.这些特点将会给夹层板层间应力分析增加难度.为此推导了角铺设1,2-3高阶剪切变形理论,这一理论满足层间位移、应力连续条件和自由表面条件,并且未知量个数独立于夹层板的层数.基于此理论建立了满足C1连续条件的三节点三角形单元并用于夹层板结构层间应力分析.计算结果表明:根据推导的三角形单元,由求得的应变可以精确计算层间横向剪切应力和面内应力,进一步地,采用平衡方程后处理方法可以准确地计算层间法向应力.

关键词：夹层板层间应力高阶剪切变形理论三角形板单元

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螺栓夹持填充孔复合材料层压板层间应力分析

复合材料学报 2015年第2期32卷 542-548页

作者：曹勇冯蕴雯姚雄华西北工业大学航空学院西安710072 中国航空工业集团公司第一飞机设计研究院西安710089

为了研究含螺栓复合材料层压板连接接头的层间应力分布规律,提出了采用填充孔形式和虚拟界面层方法求解层间应力,并建立了三维有限元模型对受面内压缩载荷的螺栓夹持填充孔层压板进行分析。结果表明:层压板层间应力集中不仅发生在孔边,... 详细信息

为了研究含螺栓复合材料层压板连接接头的层间应力分布规律,提出了采用填充孔形式和虚拟界面层方法求解层间应力,并建立了三维有限元模型对受面内压缩载荷的螺栓夹持填充孔层压板进行分析。结果表明:层压板层间应力集中不仅发生在孔边,还会在螺栓头边缘附近出现,且夹持力越大螺栓头边缘附近的层间应力集中越严重;合理的螺栓夹持力能改善孔边应力状态,提高孔边抵抗分层的能力,但无法改善螺栓头边缘附近的层间剪切应力集中状态。因此,在进行含螺栓夹持的层压板机械连接结构孔边层间强度设计时,也要考虑螺栓头边缘的层间剪切应力集中问题,以提高复合材料结构的安全性。

关键词：复合材料层压板层间应力填充孔压缩螺栓夹持力分层失效

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开孔碳纤维层合板层间应力分析

复合材料学报 2011年第5期28卷 228-233页

作者：郭绍伟张永存宋恩鹏孙先念徐雅楠刘书田大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室大连116023 沈阳飞机设计研究所沈阳110035 大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院大连116023

针对具有典型铺设角[0/45/-45/90]的开孔碳纤维层合板,采用三维有限元数值模拟方法,分析了在单向拉伸载荷作用下孔边附近的层间应力,讨论了界面层参数对层间应力的影响,详细给出了典型铺设角之间层间应力的分布规律和最大层间应力产生... 详细信息

针对具有典型铺设角[0/45/-45/90]的开孔碳纤维层合板,采用三维有限元数值模拟方法,分析了在单向拉伸载荷作用下孔边附近的层间应力,讨论了界面层参数对层间应力的影响,详细给出了典型铺设角之间层间应力的分布规律和最大层间应力产生的位置。结果表明:对于相同铺设角的界面层,沿厚度方向的位置影响层间应力的大小,但不影响分布趋势;而铺层顺序(如[角度1/角度2]或[角度2/角度1])对层间应力的大小和分布趋势影响则较小。最大层间正应力产生于[-45/90]的界面层,位于与拉伸方向成90°的位置,是外加拉伸应力的51%;最大层间剪应力产生于[-45/0]的界面层,最大层间环向剪应力位于与拉伸方向成74°的位置,是外加拉伸应力的64%;而最大层间径向剪应力位于与拉伸方向成66°的位置,是外加拉伸应力的25%。

关键词：典型铺设角开孔层合板层间应力自由边效应界面层参数

厚热塑性复合材料AS4/PEEK角铺设层合板的层间应力分析

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应用力学学报 2005年第1期22卷 123-126页

作者：丁淑蓉佟景伟沈珉天津大学天津300072

将表征热塑性复合材料AS4 /PEEK非线性行为和应变速率相关行为的三维弹塑性模型通过程序加以实现。将程序计算结果和文献实验结果相比较可以发现,二者吻合较好,验证了所生成程序的有效性。计算了厚的AS4 /PEEK角铺设层合板[±25]s4在不... 详细信息

将表征热塑性复合材料AS4 /PEEK非线性行为和应变速率相关行为的三维弹塑性模型通过程序加以实现。将程序计算结果和文献实验结果相比较可以发现,二者吻合较好,验证了所生成程序的有效性。计算了厚的AS4 /PEEK角铺设层合板[±25]s4在不同界面上的层间应力。由层间应力的三维分布图,分析了不同界面上层间应力的分布特征,并说明了可能引起层间分层的主要因素。

关键词：热塑性复合材料 AS4/PEEK 三维弹塑性模型应变率相关层间应力

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粘弹层合板阻尼振动的层间应力和实验研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2007年第10期35卷 129-132页

作者：杨少红王安稳海军工程大学理学院湖北武汉430033

应用混合分层理论,并在板的厚度方向采用位移和应力插值函数推导出粘弹层合板的动力学方程.计算了自由阻尼结构的法向位移响应幅值和层间横向应力的相对幅值,分析了粘弹性材料模量的影响.在高频疲劳试验机上试验不同粘弹性材料的自由阻... 详细信息

应用混合分层理论,并在板的厚度方向采用位移和应力插值函数推导出粘弹层合板的动力学方程.计算了自由阻尼结构的法向位移响应幅值和层间横向应力的相对幅值,分析了粘弹性材料模量的影响.在高频疲劳试验机上试验不同粘弹性材料的自由阻尼层合板的稳态振动.结果表明:较高的层间法向正应力是低频振动中引起粘弹层合板分层破坏的主要因素,采用面内方向加强的粘弹层合板能有效地降低界面上法向正应力的值.这与通过动力学方程分析粘弹层合板的结论是一致的.

关键词：层合板阻尼振动层间应力粘弹性材料实验