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基于多层次迭代修正的纤维增强复合薄壁截顶圆锥壳振动响应分析

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复合材料学报 2024年第3期41卷 1601-1610页

作者：许卓许沛尧初晨姚楠李晖顾大卫李鹤闻邦椿东北电力大学机械工程学院吉林132011 东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室沈阳110819 浙江工业大学机械工程学院杭州310014

提出了一种纤维增强复合薄壁截锥壳的振动响应分析模型。针对纤维增强复合薄壁截锥壳的结构特点,考虑基础激励载荷方向与母线的夹角、纤维铺层方向与x轴的夹角,利用板壳振动理论、复弹性模量等方法对所研究结构进行了理论建模。利用双... 详细信息

提出了一种纤维增强复合薄壁截锥壳的振动响应分析模型。针对纤维增强复合薄壁截锥壳的结构特点,考虑基础激励载荷方向与母线的夹角、纤维铺层方向与x轴的夹角,利用板壳振动理论、复弹性模量等方法对所研究结构进行了理论建模。利用双向梁函数法表示振型函数,并通过能量法和模态叠加法对其固有特性和振动响应进行求解。为了验证模型的正确性,基于自行搭建的振动测试平台,以TC300/环氧树脂基纤维增强复合薄壁截锥壳为对象,进行了振动特性测试。为减小因样件加工时产生的材料参数误差影响,开发了二分粒子群迭代法对材料参数进行修正。研究发现,测试结果与理论计算获得的共振响应误差最大不超过3.0%,验证了所提出的理论模型与计算方法的正确性和有效性。

关键词：纤维增强圆锥壳基础激励多层次迭代修正振动响应

碳纤维增强胶合木钢填板螺栓连接节点横纹受力性能研究

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建筑结构学报 2024年第6期45卷 235-245页

作者：张晓聪徐德良季栋梁陆伟东南京工业大学土木工程学院江苏南京211816

胶合木钢填板螺栓连接节点横纹受力会出现脆性破坏的现象。为研究碳纤维(CFRP)增强对胶合木钢填板螺栓连接节点的横纹受力破坏模式、承载能力和变形能力的影响,考虑CFRP铺设位置和层数,开展销槽承压强度试验,再以螺栓边距、中距、数目... 详细信息

胶合木钢填板螺栓连接节点横纹受力会出现脆性破坏的现象。为研究碳纤维(CFRP)增强对胶合木钢填板螺栓连接节点的横纹受力破坏模式、承载能力和变形能力的影响,考虑CFRP铺设位置和层数,开展销槽承压强度试验,再以螺栓边距、中距、数目、排列方式和CFRP增强方式为参数,开展节点的横纹受拉试验和有限元分析。结果表明:双面或四面粘贴2层或4层CFRP布,销槽承压强度最大可提高171%,离散系数最大可降低84%;CFRP增强节点的破坏模式由脆性破坏转变为延性破坏,极限载荷最大可提高181%,位移延性系数最大可提高625%;增强后螺栓横纹边距和中距可适当减小。基于试验结果及相关规范,给出CFRP增强横纹销槽承压强度和CFRP增强胶合木钢填板螺栓连接节点的横纹受拉承载力表达式,可为工程设计提供参考。

关键词：胶合木钢填板螺栓连接纤维增强破坏模式横纹受拉承载力

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纤维增强注塑熔接线强度预测模型与实验研究

工程塑料应用 2024年第5期52卷 81-87页

作者：姜曙周俊王华欣翟孟雷黄明刘春太石程河南工程学院土木工程学院郑州451191 郑州大学橡塑模具国家工程研究中心郑州450002 易汇达(河南)新材料科技有限公司河南洛阳471000

熔接线是影响注塑制品强度的关键因素之一,而目前以汇合角预测熔接线强度的力学模型并没有体现注塑工艺的影响。为了科学定量地认识熔接线区域强度的变化规律,准确预测熔接线力学性能,首先对带扇形孔的制品进行注塑模拟分析,研究了注塑... 详细信息

熔接线是影响注塑制品强度的关键因素之一,而目前以汇合角预测熔接线强度的力学模型并没有体现注塑工艺的影响。为了科学定量地认识熔接线区域强度的变化规律,准确预测熔接线力学性能,首先对带扇形孔的制品进行注塑模拟分析,研究了注塑温度、注射速率以及保压压力对熔接线汇合角的影响,结果显示注塑温度、保压压力不是通过改变熔体前沿汇合角来影响熔接线强度。基于此,为全面体现注塑工艺、汇合角对熔接线强度的影响,在现有模型基础上通过引入注塑工艺影响因子重新构造了体现注塑工艺、汇合角对熔接线区域强度影响的预测模型。设计并制造了用于成型扇形孔制品的注射模具,开展了不同工艺条件下30%长玻纤增强聚丙烯扇形孔制品注塑实验,根据实验结果推导出了体现注塑温度和保压压力影响的注塑工艺影响因子数学表达式,利用实验数据拟合确定了模型中的相关参数,并对模型进行了回归分析。结果表明,新构建的强度预测模型可以准确计算不同注塑温度、保压压力下熔接线不同位置的强度。

关键词：熔接线汇合角熔接线强度纤维增强注塑成型

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纤维增强再生混凝土高温后力学性能研究进展

复合材料科学与工程 2024年

作者：刘胜兵雷世杰武汉工程大学土木工程与建筑学院

再生混凝土因其节能环保、可循环利用，在土木工程中具有广阔的应用前景。不过再生混凝土存在强度低等固有缺陷，且经历火灾高温后混凝土结构容易爆裂破坏，因此可采用掺加纤维的方式改善其高温后力学性能。本文在大量查阅国内外文献的... 详细信息

再生混凝土因其节能环保、可循环利用，在土木工程中具有广阔的应用前景。不过再生混凝土存在强度低等固有缺陷，且经历火灾高温后混凝土结构容易爆裂破坏，因此可采用掺加纤维的方式改善其高温后力学性能。本文在大量查阅国内外文献的基础上，基于纤维增强理论及混凝土高温劣化与损伤机理，总结了钢纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维及混杂纤维等不同纤维增强再生混凝土高温后力学性能的研究成果，分析纤维种类与掺量、温度变化等因素对高温后纤维增强再生混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量等力学性能的影响，以及经历不同高温后，不同纤维对再生混凝土基体发挥增强作用的微细观机理，最后提出当前研究存在的问题和有待进一步研究的方向，为纤维增强再生混凝土高温后力学性能的理论研究和实际应用提供参考。

关键词：再生混凝土纤维增强高温损伤力学性能研究进展

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纤维增强复合材料加强混凝土的约束效应研究

复合材料科学与工程 2024年

作者：千银敏沈寒峰王涛张开金武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室中交第一公路勘察设计研究院有限公司郑州城市职业学院建筑工程学院

为准确预测纤维增强复合材料应用于混凝土中的约束效应，提出了基于随机森林算法和CatBoost算法的纤维增强复合材料约束混凝土的强度效应模型和应变效应模型。本文收集了502个纤维增强复合材料沿侧面缠绕圆柱体混凝土试件的数据，其参... 详细信息

为准确预测纤维增强复合材料应用于混凝土中的约束效应，提出了基于随机森林算法和CatBoost算法的纤维增强复合材料约束混凝土的强度效应模型和应变效应模型。本文收集了502个纤维增强复合材料沿侧面缠绕圆柱体混凝土试件的数据，其参数包括混凝土截面尺寸、纤维增强复合材料缠绕厚度、断裂应变和弹性模量、无约束混凝土强度和应变、约束强度效应和约束应变效应，并对已有的经验性约束强度效应和约束应变效应模型进行对比评估。选取了决定系数(R2)、均方根误差和平均绝对误差这三个评估指标，对所建立的随机森林模型和CatBoost模型进行对比评估。结果表明：在约束强度效应方面，随机森林模型和CatBoost模型的R2基本在0.84以上，均大于已有经验性模型(0.78～0.83)；在约束应变效应方面，随机森林模型和CatBoost模型的R2基本在0.87以上，均大于已有经验性模型(0.65～0.75)；由此表明所建立的随机森林模型和CatBoost模型性能优于已有经验性模型，均可较为准确地预测纤维增强复合材料应用于混凝土中的约束效应，其中CatBoost模型的准确性更高。

关键词：复合材料纤维增强混凝土约束强度效应约束应变效应

纤维增强聚合物模内表面装饰微孔发泡复合成型中的结晶行为研究

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纤维增强聚合物模内表面装饰微孔发泡复合成型中的结晶行为研究

作者：宋森珍景德镇陶瓷大学

学位级别：硕士

聚合物的结晶行为对于形成承载均匀的高力学性能产品结构具有决定性影响。纤维增强模内表面装饰微孔发泡复合成型（FR-IMD/MIM）是利用模内表面装饰成型工艺（IMD）改善纤维增强微孔发泡注射成型（FR-MIM）产品表观质量缺陷的重要加工方... 详细信息

聚合物的结晶行为对于形成承载均匀的高力学性能产品结构具有决定性影响。纤维增强模内表面装饰微孔发泡复合成型（FR-IMD/MIM）是利用模内表面装饰成型工艺（IMD）改善纤维增强微孔发泡注射成型（FR-MIM）产品表观质量缺陷的重要加工方法,用以成型集高力学性能、高表观质量和轻量化于一体的聚合物产品。该工艺成型过程中,由于涉及气相、液相、固相多相耦合流变行为,使得聚合物的结晶过程异常复杂;纤维分子间具有较强的范德华力,纤维增强相的引入弱化分子链流动性,导致结晶速率降低,结晶阈值提高,最终造成FR-IMD/MIM制品服役性能劣化。针对上述问题,本文对FR-IMD/MIM工艺条件下的多相耦合流场中的聚合物结晶行为展开系统研究,主要工作内容如下:（1）通过数值模拟与试验,探究超临界流体（SCF）注气比例和纤维含量对多相耦合聚合物结晶行为的影响。结果表明:SCF注气比例增大,纤维取向程度降低,泡孔尺寸逐渐减小,泡孔数量密度逐渐增加,结晶温度随着SCF注气比例增加而降低,结晶速率提高,最终结晶度、晶粒尺寸和β晶相对含量均呈现先增大后减小的趋势;纤维含量增加,纤维取向程度增加,泡孔尺寸减小,泡孔数量密度增加,结晶温度逐渐升高,结晶速率降低,但纤维含量增加可以提高结晶度,细化晶粒尺寸,提高β晶相对含量。（2）为解决纤维增强相的引入导致FR-IMD/MIM结晶速率降低问题,通过数值模拟与试验,研究不同覆膜厚度下制品结晶行为和力学性能。结果表明:FR-IMD/MIM中的覆膜具有滞热效应,能提高熔体温度,加快结晶速率,增大结晶度、晶粒尺寸和β晶相对含量;随着膜厚增加,结晶速率、结晶度和β晶相对含量均有所降低;膜厚增加,纤维取向降低,泡孔尺寸增大,数量密度减小。其拉伸、弯曲及剪切强度均得到提升,但覆膜较厚时,力学性能有所劣化。FR-IMD/MIM中覆膜能有效改善膜下表观质量,FR-MIM与FR-IMD/MIM制品在近浇口的表观质量相对较好,随着熔体流程增加,表观缺陷逐渐明显。（3）通过L（4～5）正交试验研究FR-IMD/MIM工艺参数对结晶度的影响,并利用BP神经网络预测和正交试验设计方法对工艺参数优化,制取高结晶特性制品。结果表明:提高熔体温度、模具温度及注射速率、延长冷却时间有利于提升结晶度,但模具温度和注射速率过高会使结晶度降低,注气比例增大,结晶度减小。基于BP神经网络可预测性和正交试验设计,得到细化优化后最佳参数组合（熔体温度234℃、注射速率180 mm/s、冷却时间50 s、模具温度58℃、SCF注气比例0.20%）。通过广角X射线衍射和偏光显微镜测试验证,优化后结晶度相对提升8.03%,结晶区域更加明显,由此证明该优化方案的可行性。

关键词：微孔发泡纤维增强模内表面装饰纤维取向泡孔结构结晶行为 BP神经网络

纤维增强聚合物模内表面装饰微孔发泡复合成型中泡孔结构、纤维取向及力学性能

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纤维增强聚合物模内表面装饰微孔发泡复合成型中泡孔结构、纤维取...

作者：王凯景德镇陶瓷大学

学位级别：硕士

纤维增强聚合物微孔发泡注射成型（FR-MIM）是制造优异力学性能、轻量化聚合物产品的重要工艺方法。然而,在该工艺成型过程中,熔体流动前沿的喷泉效应及熔体内部的强剪切作用使泡孔和纤维向表面翻转并聚集,最终在产品表面形成气泡痕和... 详细信息

纤维增强聚合物微孔发泡注射成型（FR-MIM）是制造优异力学性能、轻量化聚合物产品的重要工艺方法。然而,在该工艺成型过程中,熔体流动前沿的喷泉效应及熔体内部的强剪切作用使泡孔和纤维向表面翻转并聚集,最终在产品表面形成气泡痕和浮纤等表观缺陷,严重制约了其在外观件中的应用。针对此问题,本文提出双侧面模内表面装饰纤维增强聚合物微孔发泡复合成型工艺（DS-IMD/FR-MIM）,通过在模具型腔两侧嵌入覆膜,与纤维增强发泡熔体紧密粘合,遮蔽FR-MIM产品表面的浮纤、气泡流痕等表观缺陷,成型出具有高表观质量、优异力学性能的轻量化聚合物产品。本文以美标拉伸及弯曲样条为研究对象,结合仿真模拟与成型试验的方法,研究该复合成型工艺中的不同覆膜方式、不同导热率覆膜和工艺参数设置对泡孔结构、纤维取向及其力学性能的影响,主要研究内容如下:（1）解析FR-MIM成型过程中产生表面浮纤及气泡痕等缺陷机理,对提出DSIMD/FR-MIM工艺过程及原理系统阐述,并对试验展开设计,对成型设备、样品的制备方法、数值仿真、表征方法以及数据处理方法进行说明。（2）研究FR-MIM成型工艺中不同覆膜方式对泡孔结构、纤维取向及其力学性能的影响。结果表明,DS-IMD/FR-MIM样条两侧具有高表面质量,解决了无覆膜的FR-MIM工艺熔体冻结快与发泡效果差的问题,平衡了常规单侧覆膜纤维增强微孔发泡（SS-IMD/FR-MIM）工艺泡孔与纤维非对称的分布;DS-IMD/FR-MIM工艺通过添加20%玻纤增强试样力学性能,与不含玻纤的样条相比,其拉伸强度和弯曲强度分别提高约170%和80.2%;DS-IMD/FR-MIM工艺在样条内部形成大量微米级泡孔,有效减轻了样条重量,平均减重达10.2%。（3）研究DS-IMD/FR-MIM成型过程中,不同导热率覆膜对泡孔结构、纤维取向及其力学性能的影响。结果表明,随着覆膜导热率的增加,泡孔数量减少,发泡效果变差,泡孔更集中于芯层;纤维取向张量逐渐增加,且芯层增加最为明显;样条的断裂伸长率逐渐降低,但拉伸和弯曲强度逐渐增加,相比于导热率为0.17W/m·K的聚丙烯（PP）覆膜样条和0.25 W/m·K的聚酰胺（PA）覆膜样条,导热率为0.33W/m·K的聚乙烯（PE）覆膜样条拉伸强度分别提高了7.86%和4.88%,弯曲强度分别提高了7.44%和10.3%。（4）研究DS-IMD/FR-MIM工艺参数对泡孔结构、纤维取向及其力学性能的影响。采用单因素分析法对熔体温度、模具温度、注射速率、填充体积与SCF注气比例展开研究。结果表明,当工艺参数分别为:熔体温度250℃、模具温度40℃、注射速率5 cm/s、填充体积94%和SCF注气比例0.6%时,形成的泡孔尺寸及数量、纤维取向等微观结构可获得最佳力学性能。

关键词：纤维增强微孔发泡模内表面装饰泡孔结构纤维取向力学性能

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纤维增强冻结充填材料强度与变形性能研究

低温建筑技术 2024年第5期46卷 16-19页

作者：牛慧雅上海市建筑科学研究院有限公司上海201108

为探索纤维增强冻结充填的应用潜力,设计正交试验测试冷冻固结法来完全或部分替代胶凝材料提供材料强度,同时采用纤维提高强度和变形性能,试验了剑麻、玄武岩和纤维素纤维等三种纤维对冻结充填材料力学性能的影响。试验结果表明剑麻和... 详细信息

为探索纤维增强冻结充填的应用潜力,设计正交试验测试冷冻固结法来完全或部分替代胶凝材料提供材料强度,同时采用纤维提高强度和变形性能,试验了剑麻、玄武岩和纤维素纤维等三种纤维对冻结充填材料力学性能的影响。试验结果表明剑麻和玄武岩纤维对冻结充填材料抗压强度增强效果明显。冻结充填材料强度远高于水泥胶凝和纤维增强效果,且纤维增强冻结充填材料表现出高弹模性、韧性变形。

关键词：冻结充填纤维增强剑麻纤维玄武岩纤维纤维素纤维

纤维增强型泥浆泵活塞开裂行为的细观尺度分析

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煤矿机械 2024年第1期45卷 61-64页

作者：荣明达田宏杰米陇峰李晴中煤科工西安研究院(集团)有限公司西安710077

针对泥浆泵活塞的复合材料特征,考虑纤维增强体与橡胶基体之间粘结界面对宏观力学的影响,采用ABAQUS-Python二次开发的方法,生成了包含随机分布的纤维增强体的泥浆泵活塞模型;基于内聚力模型,建立了包含纤维增强体、异相材料界面相、橡... 详细信息

针对泥浆泵活塞的复合材料特征,考虑纤维增强体与橡胶基体之间粘结界面对宏观力学的影响,采用ABAQUS-Python二次开发的方法,生成了包含随机分布的纤维增强体的泥浆泵活塞模型;基于内聚力模型,建立了包含纤维增强体、异相材料界面相、橡胶基体和同相材料界面相的复合材料细观力学模型;以受轴向拉伸的泥浆泵活塞截面为研究对象,采用内聚力模型对界面的力学行为进行描述,通过试验对比,明确了界面性质对轴向拉伸性能的影响。结果表明,纤维对基体的增强效果随界面强度的提高而增强;增强体体积分数越大,应力集中程度更高,界面开始发生脱粘的应变越小,越容易发生开裂。

关键词：纤维增强细观力学内聚力模型