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不同竹纤维布置下的胶合竹抗剪性能

不同竹纤维布置下的胶合竹抗剪性能

作者：李佳湖南大学

学位级别：硕士

Glubam胶合竹材为现代竹结构的重要组成部分和发展方向，因此，充分了解材料的性能，为充分可靠的利用材料提供支持是发展现代竹结构的重中之重。尽管当前，胶合竹在建筑、桥梁中已经推广使用，现代竹结构体系轮廓初现，但是，对其材料... 详细信息

Glubam胶合竹材为现代竹结构的重要组成部分和发展方向，因此，充分了解材料的性能，为充分可靠的利用材料提供支持是发展现代竹结构的重中之重。尽管当前，胶合竹在建筑、桥梁中已经推广使用，现代竹结构体系轮廓初现，但是，对其材料的研究还需要继续深入。本文对胶合竹材的抗剪性能作了比较深入全面的研究，旨在通过试验，为竹结构的设计提供试验依据，为强度理论研究和有限元分析提供重要数据，同时为竹结构建筑节点的剪切性能与地震荷载下的结构安全提供一定的参考作用。作者首先对材料的含水率、密度等基本物理性能进行研究。结果表明，胶合竹材是一种含水率稳定，密度较高的新型绿色材料。之后，对课题组进行的抗压试验进行了补充，完善了材料抗压试验的内容，结果表明：横向的抗压强度（26.5MPa）仅为纵向抗压强度（50.8MPa）的一半左右。但是已经大大克服了天然竹材容易径裂的问题，不仅能保证了受力方向的强度，同时确保其他方向上有足够的强度防止失稳破坏，兼具了结构的整体稳定性。在此基础上研究发现，材料的纤维数量对其性能有重要影响。本文的关键工作就是对不同纤维下胶合竹材的抗剪性能进行探究。试验选取了三种不同纤维配比的胶合竹板，通过对试验方案的比选、试验的设计、试件的加工获得了不同纤维数量和不同加载方式对材料的抗剪性能的影响。最后得到的以下结论：(1)对于同种加载方式，纤维的数量将影响剪切强度的大小;(2)不论何种胶合竹板，其面内剪切强度都远低于面外剪切强度;(3)纤维的排列方式主要对材料的面内剪切性能有影响，越是交错排列紧密，面内剪切强度越高。其次，在前文的数据的支持下，作者对胶合竹材的试验进行了分析，对强度的统计分布模型进行拟合，发现面外剪切强度的分布能用Weibull分布来描述，面内剪切强度的分布则较好的符合正态分布。给出了除试验平均值外，材料的容许应力值、由材料性能推导出结构构件的抗力计算公式、95%保证率下的标准值和剪切强度设计值。然后在总结课题组前期的力学试验基础上，给出了4:1典型胶合竹的力学性能的强度设计值与容许应力值。最后，本文根据已有的理论分析和试验数据，建立了剪切强度与纤维数量百分比之间的计算公式，为材料的设计提供计算方法和思路。

关键词：现代竹结构 Glubam胶合竹材抗剪强度纤维数量面内剪切面外剪切

水或碱溶液浸泡对碳纤维增强乙烯基酯拉挤板材性能的影响

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水或碱溶液浸泡对碳纤维增强乙烯基酯拉挤板材性能的影响

作者：苗玉飞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,碳纤维增强高分子(CFRP)复合材料被广泛应用于土木工程结构的加固、修复或新建结构,由于在土木工程中环境复杂、结构服役寿命长,CFRP复合材料的耐久性能问题逐渐凸显,特别是在潮湿或碱性环境(如混凝土内部环境)下,CFRP复合材料... 详细信息

近年来,碳纤维增强高分子(CFRP)复合材料被广泛应用于土木工程结构的加固、修复或新建结构,由于在土木工程中环境复杂、结构服役寿命长,CFRP复合材料的耐久性能问题逐渐凸显,特别是在潮湿或碱性环境(如混凝土内部环境)下,CFRP复合材料的长期性能演化关系到FRP增强结长期服役的安全性。乙烯基酯树脂具有优异的耐水、耐化学腐蚀等特性,且由于粘度低,加工性能优于环氧树脂。因此,本文采用升温加速试验方法,研究乙烯基酯树脂与碳纤维增强乙烯基酯拉挤板材在水或强碱溶液浸泡条件下的性能演化及退化机理,该研究将促进高耐久性能CFRP复合材料的开发及其土木工程结构的应用。乙烯基酯树脂在固化过程中产生较大收缩;浸泡于水或强碱溶液其吸水符合两阶段水吸收行为;吸水导致树脂发生溶胀,在水浸泡下其溶胀应变远小于收缩应变,而碱液浸泡下溶胀应变大于收缩应变;树脂吸水后塑化明显,树脂酯键在水或强碱浸泡条件下发生水解,且强碱浸泡会加速树脂的水解反应;水、碱液浸泡使乙烯基酯树脂的力学性能发生退化,且碱液浸泡下树脂力学性能的破坏较水浸泡下的更为严重。乙烯基酯CFRP拉挤板材在水、碱液浸泡过程中的吸水也符合两阶段水吸收行为;树脂基体和碳纤维-树脂粘结界面吸收水分,且界面的吸水乙烯基酯CFRP起主要作用。短梁剪切强度和面内剪切强度结果表明,水或强碱溶液浸泡导致碳纤维-树脂的界面粘结性能发生不可逆退化,且碱加速界面粘结性能的退化。动态热力学性能测试结果和扫描电镜结果验证了界面粘结性能的退化。水、碱液浸泡使乙烯基酯CFRP拉挤板材的力学性能发生退化,且碱液浸泡加速树脂力学性能的退化,在浸泡后期抗拉强度和抗拉模量都趋于稳定值;在试验初期乙烯基酯CFRP拉挤板材抗拉强度由基体模量变化和界面变化共同决定,之后随着基体吸水达到稳定乙烯基酯CFRP拉挤板材内外模量差值不断减小,界面剪力同时随之减小,乙烯基酯CFRP拉挤板材抗拉强度将由受拉时纤维应力的均匀程度决定。VE具有优异的耐水、耐碱性能,但乙烯基酯CFRP拉挤板材的界面性能在水或碱浸泡下却快速退化,而其拉伸性能影响较小,为提高乙烯基酯CFRP板材的耐水或强碱溶液浸泡性能,需要着重研究如何提高碳纤维与乙烯基酯界面粘结性能,如开发适合乙烯基酯的碳纤维表面上浆处理剂。

关键词：升温加速老化乙烯基酯树脂 CFRP拉挤板材水或碱液浸泡短梁剪切面内剪切界面破坏抗拉强度

三维碳纤维机织复合材料面内准静态拉伸和剪切性能研究

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三维碳纤维机织复合材料面内准静态拉伸和剪切性能研究

作者：孙立达哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

作为一种先进的复合材料,三维机织复合材料具有较为优异的力学性能,广泛应用于各个工程领域。较之层合工艺,三维机织工艺提高了复合材料的整体性,空间分布的三维纤维束骨架结构极大增强了材料的面外力学性能及各个方向的抗损伤能力。与... 详细信息

作为一种先进的复合材料,三维机织复合材料具有较为优异的力学性能,广泛应用于各个工程领域。较之层合工艺,三维机织工艺提高了复合材料的整体性,空间分布的三维纤维束骨架结构极大增强了材料的面外力学性能及各个方向的抗损伤能力。与此同时,机织复合材料复杂的结构给其力学性能研究带来了极大挑战。本文以碳纤维增强环氧树脂基三维机织复合材料为研究对象,首先针对其面内剪切载荷作用下的力学性能开展了实验和仿真研究,然后对该材料的纬向拉伸力学性能开展了仿真研究,给出了用于模拟三维机织复合材料拉伸和剪切失效的仿真方法。第一章介绍了本论文研究的目的和意义。重点进行国内外文献的调研,总结国内外学者对三维机织复合材料研究的实验方法和仿真理论,主要包括剪切实验、剪切夹具设计、有限元建模、损伤破坏准则、损伤演化模型以及剪切非线性理论等研究。第二章开展了三维机织复合材料面内剪切实验研究及相应的有限元建模工作。设计并开展了三维机织复合材料面内准静态剪切实验,得到了剪切实验应力-应变曲线、剪切刚度、剪切强度以及偏移剪切强度。通过对实验后试件表面进行显微拍照,分析了剪切实验件的损伤机理。通过对实验件表面几何结构的测量,建立了三维机织复合材料单胞模型。第三章开展了三维机织复合材料拉伸力学性能仿真研究。将Linde准则应用于三维情况对拉伸失效行为进行模拟,预测了本文三维机织复合材料的拉伸力学性能。通过与文献中实验结果进行对比,验证了本文给出的拉伸仿真方法的可靠性。第四章对三维机织复合材料面内准静态剪切性能进行了仿真研究。通过采用改进的Hashin准则来考虑剪切非线性的因素,并引入Hahn和蔡给出的剪切非线性本构关系来实现纤维束的剪切非线性行为模拟。通过编写ABAQUS子程序实现了纤维束非线性剪切损伤因子应力计算及其剪切行为仿真,并将其推广应用于基体的剪切模量折减及大应变情况。对于基体,采用最大剪应力准则作为损伤判据,并采用指数形式的损伤演化规律。通过对机织复合材料单胞进行剪切行为仿真,得到了面内剪切的应力-应变曲线,并与实验结果进行对比研究。

关键词：三维机织复合材料单胞面内剪切纬向拉伸仿真

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碳纤维机织复合材料层内损伤细观仿真研究

碳纤维机织复合材料层内损伤细观仿真研究

作者：李安琪吉林大学

学位级别：硕士

近年来随着复合材料在工业工程的需求和应用以及认可度逐年提高,对纤维增强复合材料的研究也受到关注,主要围绕其力学性能和损伤机理。根据材料研究经验,研究方法主要分为试验、理论和仿真,随着研究加深仍存在难点需要攻克,主要分为三点... 详细信息

近年来随着复合材料在工业工程的需求和应用以及认可度逐年提高,对纤维增强复合材料的研究也受到关注,主要围绕其力学性能和损伤机理。根据材料研究经验,研究方法主要分为试验、理论和仿真,随着研究加深仍存在难点需要攻克,主要分为三点:机织复合材料准确的渐进损伤机理描述;确定合适的机织复合材料的损伤准测和失效模型;多种复杂工况下机织复合材料的性能预测。其中实际应用的复杂载荷下,机织物的结构特点导致的面内剪切变形对材料性能的渐进影响研究尚且不足。因此,本文通过机织复合材料单向拉伸和面内剪切试验以及弹性研究,揭示试验试件的多种损伤模式扩展过程,基于有限元和渐进损伤演化理论,自定义材料模型,进行宏-细观尺度仿真,与试验对比,实现对机织复合材料在拉伸和面内剪切工况下编织结构变形对于力学性能变化和渐进损伤失效的影响分析和预测。首先,围绕机织复合材料弹性阶段,建立有限元模型和理论模型。对比结果证明两种模型都能有效预测材料宏观弹性性能,其中理论模型计算方便快捷,而细观有限元方法可以清晰准确模拟机织复合材料在多种载荷下的变形和应力应变分布。其次,基于数字图像相关法进行机织复合材料的单向拉伸试验,结合试验现象分析材料应变场在载荷下的分布规律及损伤过程。使用有限元软件ABAQUS进行机织复合材料拉伸的宏观仿真。在三维Hashin失效准则的基础上,选用线性连续刚度退化方案来模拟损伤演化,编写Vumat用户子程序,实现细观预测材料的失效损伤扩展过程,验证仿真有效,在此基础上仿真研究改变工艺参数对于材料失效性能的影响。最后,根据标准试验办法进行机织复合材料的面内剪切试验,建立宏观面内剪切模型,在上述模型基础上,针对面内剪切载荷下,优化材料刚度折减方案,更新材料的渐进损伤模型,实现了材料面内剪切变形下力学性能变化和损伤过程的预测,分析材料的损伤扩展过程及失效机理,讨论编织角对失效性能的影响规律。

关键词：碳纤维机织复合材料渐进损伤分析面内剪切理论分析模型有限元模型

环氧树脂-蜂窝铝夹芯板面内压缩、剪切试验研究与数值模拟

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环氧树脂-蜂窝铝夹芯板面内压缩、剪切试验研究与数值模拟

作者：闫慧明燕山大学

学位级别：硕士

蜂窝铝夹芯板由蜂窝铝芯层和上下两层具有一定强度的面板通过粘接等方法组成,面板主要承受弯曲荷载,芯层承受剪力并传递荷载,在保证结构强度的条件下可以大大减轻结构的重量。蜂窝铝夹芯板因其质轻、比强度高、比刚度大、耐冲击、隔音... 详细信息

蜂窝铝夹芯板由蜂窝铝芯层和上下两层具有一定强度的面板通过粘接等方法组成,面板主要承受弯曲荷载,芯层承受剪力并传递荷载,在保证结构强度的条件下可以大大减轻结构的重量。蜂窝铝夹芯板因其质轻、比强度高、比刚度大、耐冲击、隔音隔热等优点被广泛应用于各种领域,如航空航天、汽车制造、船舶航海、建筑装修和国防军事等。本文通过试验研究与数值模拟相结合的方法,针对一种新型的环氧树脂-蜂窝铝复合夹芯板进行面内压缩及剪切研究。首先进行了环氧树脂-蜂窝铝夹芯板面内压缩与面内剪切试验,总结蜂窝铝夹芯板的破坏过程及破坏形式,通过改变参数蜂窝铝芯层厚度、表层厚度、蜂窝孔径尺寸,对其荷载-位移曲线进行剖析,并对比不同蜂窝铝夹芯板的极限承载力和吸能效果。其次建立了环氧树脂-蜂窝铝夹芯板有限元模型,数值模拟蜂窝铝夹芯板面内压缩与面内剪切过程,为了验证建立的有限元模型是准确的,对比数值计算与试验结果的荷载-位移曲线与蜂窝铝夹芯板破坏过程。在此基础之上,针对试验中设定的参数,进行参数扩大化研究,分析各种参数变化对蜂窝铝夹芯板的极限承载力和吸能效果的影响。研究表明,环氧树脂-蜂窝铝夹芯板有较好的面内压缩和剪切力学性能,在受力过程中,未发生芯层与表层的剥离、脱落现象,说明环氧树脂-蜂窝铝夹芯板有良好的整体稳定性。发现减小芯层厚度、增大表层厚度和减小蜂窝孔径对夹芯板面内压缩影响较大,减小芯层厚度和蜂窝孔径对面内剪切影响较大,而表层厚度的变化对面内剪切影响不明显。

关键词：蜂窝铝夹芯板环氧树脂面内压缩面内剪切极限承载力吸能效果数值模拟

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纺织复合材料面内剪切试验方法初步研究

结构强度研究 2004年第4期 48-53页

作者：郭稳学郑锡涛陈晨中国飞机强度研究所一室陕西西安710065

对圆管扭转、轨道剪切、紧凑剪切等几种剪切试验构想及原理进行了对比分析与研究，其结论可为纺织复合材料面内剪切试验方法的制定提供借鉴意义。

关键词：航空纺织复合材料面内剪切试验方法匀学性能

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复合材料层合板面内剪切的检测与分析

玻璃钢 2012年第1期 1-7页

作者：张旭上海玻璃钢研究院有限公司

本文介绍了复合材料层合板的面内剪切试验方法,以ASTM美国标准ASTM D 7078/D7078M-05为方法指导,讨论了方法的优势、劣势以及使用过程中的经验,并对试验中出现的不连续现象作了归纳和假设。

关键词：层合板面内剪切试验方法

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E玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料剪切性能

电力建设 2014年第11期35卷 79-84页

作者：吴斌峰孙清李亮王虎长赵雪灵西安交通大学土木工程系西安市710049 中国电力工程顾问集团公司西北电力设计院西安市710075

为了探究E玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料(E-glass fiber reinforced polymer,E-GFRP)的剪切性能,对EGFRP进行了±45°拉伸试验、45°偏轴拉伸试验和层间剪切强度试验,研究了E-GFRP的面内(纵横)剪切强度、面内(纵横)剪切模量和层间剪... 详细信息

为了探究E玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料(E-glass fiber reinforced polymer,E-GFRP)的剪切性能,对EGFRP进行了±45°拉伸试验、45°偏轴拉伸试验和层间剪切强度试验,研究了E-GFRP的面内(纵横)剪切强度、面内(纵横)剪切模量和层间剪切强度;探讨了E-GFRP剪切破坏的特征。依据现有的多种复合材料计算模型对试件的面内剪切模量进行计算并与试验结果对比,比较各计算模型的预测效果。结果表明:与45°偏轴拉伸试验相比,±45°轴向拉伸试验测定E-GFRP材料的剪切性能参数更可靠;各模型给出的面内弹性剪切模量预测值中,哈尔平-蔡(HalpinTsai)模型和王震鸣推荐公式的预测值与试验值吻合程度最好。

关键词： E玻璃纤维玻璃钢纤维复合材料(GFRP) 面内剪切层间剪切试验研究

在压缩和剪切载荷作用下碳纤维增强塑料壁板屈曲和后屈曲特性的理论和试验研究

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洪都科技 1983年第1期 31-37页

作者：赵渠森

试验是针对各种不同的碳纤维增强塑料结构元件进行的。这些结构包括受压缩载荷的平板加强和未加强的壁板,受剪切载荷的平板和U型梁。本研究的主要目的是确定屈曲和后屈曲的特性,以及它们对于铺迭配置的依赖关系。采用干涉条纹的Moire法... 详细信息

试验是针对各种不同的碳纤维增强塑料结构元件进行的。这些结构包括受压缩载荷的平板加强和未加强的壁板,受剪切载荷的平板和U型梁。本研究的主要目的是确定屈曲和后屈曲的特性,以及它们对于铺迭配置的依赖关系。采用干涉条纹的Moire法研究屈曲特性。此外,用STAGSC代码对屈曲特性作理论研究。在所有未经加强的壁板的试验中,极限载荷总是超过屈曲载荷许多,而承受压缩载荷的经加强的壁板,其破坏载荷只稍高屈曲载荷。理论与试验结果表明两者是十分一致的。

关键词：壁板面内剪切后屈曲屈曲载荷试验研究