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复合材料l型节点强度直接计算模型研究

武汉理工大学学报 2023年第8期45卷 20-25页

作者：石宝松严仁军武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室武汉430063

l型节点作为复合材料船体结构中常见的连接结构,主要用于甲板与舷侧的连接,其结构强度与复合材料船体结构强度直接相关。针对l型节点强度校核试验周期长、成本高等问题,提出一个可用于l型节点强度校核的直接计算模型。首先参考相关的船... 详细信息

l型节点作为复合材料船体结构中常见的连接结构,主要用于甲板与舷侧的连接,其结构强度与复合材料船体结构强度直接相关。针对l型节点强度校核试验周期长、成本高等问题,提出一个可用于l型节点强度校核的直接计算模型。首先参考相关的船体结构计算规范确定计算模型的尺寸范围,其次通过有限元分析结合规范要求确定2种工况下计算模型的边界条件,最后以蔡-吴失效准则的状态变量值作为参考值,选取合适强度校核标准用于对l型节点强度进行快速校核,得到一个l型节点直接计算模型,为后续l型节点在复合材料船体结构中的应用提供参考依据。

关键词：夹芯复合材料结构 l型节点直接计算

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含有损伤的夹芯复合材料l型节点极限承载力研究

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含有损伤的夹芯复合材料L型节点极限承载力研究

作者：郝传奇武汉理工大学

学位级别：硕士

夹芯复合材料因为具有优异的力学性能和抗腐蚀能力,被广泛应用在船舶结构中。l型节点作为复合材料船体结构中典型的局部结构,主要应用于甲板和舷侧之间的连接。在夹芯复合材料的建造使用过程中,损伤问题几乎不可避免,并且损伤会对结构... 详细信息

夹芯复合材料因为具有优异的力学性能和抗腐蚀能力,被广泛应用在船舶结构中。l型节点作为复合材料船体结构中典型的局部结构,主要应用于甲板和舷侧之间的连接。在夹芯复合材料的建造使用过程中,损伤问题几乎不可避免,并且损伤会对结构安全性带来影响。因此,本文针对含有损伤的夹芯复合材料l型节点展开研究,为l型节点在复合材料船体结构中的应用提供参考。首先,采用ABAQUS软件建立了l型节点的有限元模型,基于编织纤维的构成形式,定义了编织纤维复合材料的三维Hashin失效准则。结合渐进失效分析和内聚力模型对l型节点的极限载荷和失效模式做出预测,将结果与试验进行对比,验证了模拟方法的有效性。在l型节点的圆弧肘板区域引入了半径为20mm的圆形纤维断裂损伤和脱粘损伤,研究了含有损伤的l型节点的极限载荷。结果显示,含有纤维断裂损伤的l型节点的极限载荷相对没有损伤的节点降低14%,而含有脱粘损伤的l型节点的极限载荷相对没有损伤的节点仅降低3%。然后,采用数值模拟方法研究了损伤形状对l型节点极限载荷的影响。结果显示,含有贯穿型损伤的l型节点的极限载荷明显低于含有圆形和椭圆形损伤的l型节点,贯穿型纤维断裂损伤导致l型节点的极限载荷降低了43%,贯穿型脱粘损伤导致l型节点的极限载荷降低了8%。随后,分别对圆形和贯穿型损伤的尺寸效应展开研究。对于脱粘损伤,l型节点的极限载荷会随圆形以及贯穿型损伤尺寸的增大而减小。对于纤维断裂损伤,l型节点的极限载荷仅随着圆形损伤尺寸增大而减小,而与贯穿型损伤尺寸基本没有关系。对损伤位置的研究表明,圆弧肘板正面含有纤维断裂损伤的l型节点的极限载荷低于圆弧肘板侧面含有纤维断裂损伤的l型节点,而圆弧肘板正面的脱粘损伤对l型节点的承载能力基本没有影响。最后,从结构设计角度出发,针对含有纤维断裂损伤和脱粘损伤的l型节点,探讨了夹芯材料属性、加强筋蒙皮厚度、加强筋尺寸和圆弧肘板半径对其极限载荷的影响。结果表明,改变夹芯属性仅对含有脱粘损伤的l型节点有效,对含有纤维断裂损伤的l型节点影响很小。增大加强筋的蒙皮厚度、加强筋尺寸和圆弧肘板半径都能够增大含损伤的l型节点的极限载荷,增大加强筋正面的蒙皮厚度和加强筋高度对含损伤的l型节点极限载荷的提升作用更为明显。

关键词：夹芯复合材料 l型节点纤维断裂损伤脱粘损伤极限承载力

弯曲载荷下夹芯复合材料l型节点强度及破坏模式研究

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弯曲载荷下夹芯复合材料L型节点强度及破坏模式研究

作者：张红梅武汉理工大学

学位级别：硕士

l型节点作为复合材料船舶结构中较为典型的节点形式,主要应用于甲板与侧壁的连接,在实际应用中,该区域由于应力水平高容易成为结构的薄弱区域,所以对其强度的准确预测是复合材料带来经济效益和安全效益的重要保障。但是,由于其结构形式... 详细信息

l型节点作为复合材料船舶结构中较为典型的节点形式,主要应用于甲板与侧壁的连接,在实际应用中,该区域由于应力水平高容易成为结构的薄弱区域,所以对其强度的准确预测是复合材料带来经济效益和安全效益的重要保障。但是,由于其结构形式和制造工艺较为复杂、力学特性的影响参数较多,相关的研究鲜见报道,因此,对此类节点的强度和破坏模式进行研究具有重要的理论意义和工程实用价值。首先,研究了玻璃纤维增强面板及PVC泡沫夹芯两种不同材料的本构关系,讨论了夹芯板理论的适用性,提出使用渐进失效的分析方法来研究l型节点的强度问题。根据不同失效准则的适用性,结合试验材料的特点,定义了一种编织纤维Hashin失效准则及相应的刚度退化模型,并应用FORTRAN语言编写了相应的USDFlD子程序,以此来实现渐进失效分析。然后,开展了夹芯复合材料l型节点的极限强度试验,得到了各测点处的应变分布、结构的极限载荷和位移等,试验中观察到的现象包括响声、圆弧肘板表面发白和可见裂纹,四组试件的破坏位置均发生在圆弧肘板及其附近位置,解剖试件观察到的破坏模式包括面板与夹芯脱粘、面板分层、纤维断裂及夹芯变形。接着,通过实体建模和计算预测了弯曲载荷下夹芯复合材料l型节点的极限强度和破坏模式,并与试验结果进行了对比,数值计算的极限载荷值与试验值的误差为4.94%,极限位移的误差为8.37%,破坏模式和破坏位置与试验结果比较吻合,说明该种方法是可靠而有效的。继而,对l型节点的破坏机理进行了讨论分析,认为圆弧肘板处同时承受轴向压力和弯矩,在层间剪切应力的作用下,首先发生了面板分层失效,继而发生了纤基剪切和纤维断裂,导致层合面板受到损伤,从而致使粘接单元失效和夹芯变形,而后多种破坏模式相互影响并彼此加剧,导致结构的承载能力达到极限并发生最终破坏。最后,对夹芯复合材料l型节点强度及破坏模式的影响因素进行了分析,为其结构设计参数的选择提供了一定的参考。结果显示,三角形肘板并不能显著提高节点的极限承载力,但能减少其破坏模式,而圆弧肘板的半径、l夹角以及载荷形式对l型节点的极限承载力以及破坏模式都有较为明显的影响。

关键词：夹芯复合材料 l型节点弯曲载荷极限承载力破坏模式

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装配式l型复合节点抗震试验及连接性能研究

装配式L型复合节点抗震试验及连接性能研究

作者：王浩河南大学

学位级别：硕士

建筑节能是当今社会发展的要求,而装配式建筑响应可持续发展战略,遵循“绿色建筑”的理念,必然是建筑业今后的发展方向。本文研究为课题组复合墙板系列课题的延续,在此前“一”字型墙板的基础上,提出装配式l型复合节点,试件具体构造形... 详细信息

建筑节能是当今社会发展的要求,而装配式建筑响应可持续发展战略,遵循“绿色建筑”的理念,必然是建筑业今后的发展方向。本文研究为课题组复合墙板系列课题的延续,在此前“一”字型墙板的基础上,提出装配式l型复合节点,试件具体构造形式为墙板中间内置聚苯乙烯保温板,两侧浇筑陶粒混凝土,纵横墙板连接处节点核心区采用C30混凝土浇筑,墙板与地梁之间钢筋连接技术使用灌浆套筒连接,剪力墙采用装配式施工,实现了真正的装配化。论文需要做的主要内容有以下几个方面:设计了三组不同构造的l型复合节点试件:一组为现浇节点,一组为对竖向构件之间钢筋的连接方式采用套筒连接(装配式节点),一组为竖向构件之间钢筋连接采用套筒连接但纵横墙节点核心区采用异形节点。通过对三组试件进行低周反复荷载试验,通过试验数据分析其破坏机理、承载力与变形、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、延性性能等特性;在试验研究的基础上,运用ABAQUS有限元分析软件对试件进行了非线性有限元分析,通过对试验结果和有限元分析结果的比对,得到了与试验相吻合的计算分析模型。结论如下:(1)l型试件在低周反复加载时,正负向承载力呈正向小,负向大的趋势,原因为l型墙板受力不对称,正向加载时腹板为主要受力区域,负向加载时腹板、翼缘以及节点区域协同受力。(2)装配式试件相比于现浇试件,装配式试件的屈服位移及极限位移较大,使用套筒连接对装配式试件的承载力有所提升,主要因为套筒的屈服强度大,对竖向钢筋起加强的作用,但装配式试件的延性系数比现浇试件小,耗能能力稍弱,说明对竖向钢筋使用半灌浆套筒连接增强了竖向构件连接处的刚度,导致其变形能力较差。(3)装配式l型异形节点试件相较与装配式l型矩形节点试件的滞回曲线更饱满,刚度较大,耗能能力好,延性系数比装配式l型矩形节点试件大,说明加强节点核心区能提高试件抵抗变形的能力,抗震性能好,符合“更强节点”的理念。(4)三类试件的节点区域纵筋在达到屈服应变之前,腹板及翼缘板底部纵筋已经屈服,混凝土逐渐破坏形成塑性铰,节点核心区相继出现多条细微斜裂缝,但混凝土并未破坏脱落,节点核心区不为其薄弱位置,满足“强柱弱梁,强节点弱构件”的原则。(5)在同等位移加载下,装配式试件纵筋应变明显高于现浇试件,反映装配节点较现浇节点整体性差,导致节点混凝土破坏相对严重。装配式异形节点试件纵筋应变要大于装配式矩形节点试件,说明装配式异形节点刚度大,受力大。(6)利用ABAQUS有限元模拟在一定范围上能够真实反映异形柱节点的承载能力、裂缝开展等抗震性能。但因钢筋混凝土结构的材料的非线性塑性受力变形行为较为复杂,难以模拟,与试验结果相比,仍有一定的局限性和差异性。

关键词：装配式建筑套筒连接抗震性能 l型节点有限元分析

陶粒混凝土l型复合剪力墙节点抗震试验及有限元分析

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工业建筑 2024年第8期 9-18页

作者：马少春谭世龙鲍鹏常好诵河南大学建筑工程学院/开封市工程修复与材料循环工程技术研究中心黄河实验室(郑州大学) 中冶建筑研究总院有限公司

为了解决传统外墙保温易燃易脱落等棘手问题,提出一种陶粒混凝土l型复合剪力墙节点,可实现墙体保温和承重一体化。通过对设计的3个试件开展试验及有限元研究,重点分析了滞回及骨架曲线、承载能力、延性、耗能及残余位移等。结果表明:墙... 详细信息

为了解决传统外墙保温易燃易脱落等棘手问题,提出一种陶粒混凝土l型复合剪力墙节点,可实现墙体保温和承重一体化。通过对设计的3个试件开展试验及有限元研究,重点分析了滞回及骨架曲线、承载能力、延性、耗能及残余位移等。结果表明:墙板节点属于弯剪破坏范畴;腹板脚部破坏严重,核心区损伤较轻,满足“强节点、弱构件”设计要求。延性系数是普通混凝土复合剪力墙的1.66倍,变形能力较好。黏滞阻尼系数及功比系数分别是同类墙板的4.53倍和1.87倍,耗能优势显著,有利于试件整体抗震。计算与试验结果吻合较好。通过模拟扩展分析,找到了轴压比和保温板厚度对剪力墙节点工作性能的影响规律。建议后续研究可适当提高剪力墙节点腹板边缘及脚部的材料强度、改善配筋及构造形式等,以提升或改善其工作性能。

关键词：复合剪力墙 l型节点低周反复试验滞回及骨架数值分析

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钢筋混凝土叠合装配式管廊节点的力学性能试验研究

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混凝土 2022年第10期 145-150,155页

作者：王永俊王年近王激扬闫自海陈勇莫佳杰浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058 中电建路桥集团有限公司江苏北京100048 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州311122

以杭州市钱塘新区某钢筋混凝土叠合装配式综合管廊工程为背景,设计制作了5个不同预制板高厚比和配筋率的叠合装配式l型节点试件,并进行了压弯力学性能试验。通过对管廊节点试件的破坏形态、变形能力、开裂和抗弯抗剪承载力等力学性能进... 详细信息

以杭州市钱塘新区某钢筋混凝土叠合装配式综合管廊工程为背景,设计制作了5个不同预制板高厚比和配筋率的叠合装配式l型节点试件,并进行了压弯力学性能试验。通过对管廊节点试件的破坏形态、变形能力、开裂和抗弯抗剪承载力等力学性能进行了分析,研究结果发现:桁架筋对抗剪承载力的贡献能有效提升叠合板的协同工作性能;在适筋范围内,极限承载力随配筋率的增减而增减,减小一定的配筋率可使墙肢在屈服状态下出现塑性较;现行规范的承载力计算方法可适用于装配叠合式管廊构件。

关键词：叠合装配式管廊 l型节点挠度承载力

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船体夹芯复合材料典型节点强度试验考核方法研究

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船体夹芯复合材料典型节点强度试验考核方法研究

作者：聂海民武汉理工大学

学位级别：硕士

夹芯复合材料l型节点和T型节点是复合材料船体结构中较为常见的局部结构,船体结构绝大部分构件是由这些典型节点连接在一起,这些节点结构的强度直接影响到整船结构的强度。船体结构强度试验可分为:原型试验和模型试验。原型试验能准确... 详细信息

夹芯复合材料l型节点和T型节点是复合材料船体结构中较为常见的局部结构,船体结构绝大部分构件是由这些典型节点连接在一起,这些节点结构的强度直接影响到整船结构的强度。船体结构强度试验可分为:原型试验和模型试验。原型试验能准确地反映实际结构的强度,但其结构尺寸一般较大,试验成本较高;模型试验能在一定程度上降低试验成本,但是不能准确地反映实际结构的强度。本文结合原型试验和模型试验的优点,提出夹芯复合材料l型节点和T型节点强度试验考核方法,在不考虑缩尺比的前提下,研究能够有效地反映l型节点和T型节点真实受力情况的试件最小尺寸,并探寻l型节点和T型节点约束和载荷的施加方法。首先,采用ABAQUS软件建立夹芯复合材料TA型节点有限元模型,基于正交编织纤维的特点,将Shokrieh-Hashin准则进行修改作为正交编织纤维复合材料面板的失效判据,采用渐进失效分析方法计算复合材料面板强度,采用内聚力模型模拟面板与芯材之间的胶层,对弯曲荷载作用下TA型节点的极限载荷和破坏模式作出预测,并与试验结果对比,验证了该模拟方法的适用性。然后,基于此数值模拟方法,对夹芯复合材料l型节点开展试验考核研究。上层建筑强度计算结果表明该上层建筑结构危险区域位于l型节点圆弧过渡区,选取圆弧过渡区作为l型节点试验区域,根据上层建筑结构特点,选定l型节点初始模型。根据l型节点实际受力情况,探索l型节点约束和载荷的施加方法,使得l型节点圆弧过渡区应力分布与该处在上层建筑结构中应力分布相似,并根据选取的约束和载荷设计试验工装。进而探寻满足试验要求的l型节点试件最小尺寸,使得采用该小尺寸模型进行试验也能有效地反映l型节点试验区域结构真实受力情况,研究表明在保证夹芯板厚度不变的前提下,l型节点夹芯板最小长度为600mm,最小宽度为300mm。最后,对夹芯复合材料T型节点开展试验考核研究。一体化复合材料上层建筑强度计算结果表明该上层建筑结构危险区域位于T型节点梯形过渡区,选取梯形过渡区作为T型节点试验区域,根据上层建筑结构特点,选定T型节点初始试验模型。根据T型节点实际受力情况,探索T型节点约束和载荷的施加方法,使得T型节点梯形过渡区应力分布与该处在上层建筑结构中应力分布相似,并根据设计的约束和载荷设计试验工装。进而探寻满足试验要求的T型节点试件最小尺寸,使得采用该小尺寸模型进行试验也能有效地反映T型节点试验区域结构真实受力情况,结果表明T型节点在夹芯板厚度不变的前提下,其底板最小长度为450mm。

关键词：夹芯复合材料 l型节点 T型节点试验考核最小尺寸

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内埋光纤l型夹芯复合材料结构渐进失效分析

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2019年第1期43卷 11-15页

作者：严仁军于启成武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室武汉430063 武汉理工大学交通学院武汉430063

针对内埋光纤l型夹芯复合材料接头结构,通过有限元仿真,研究了内埋光纤夹芯结构的损伤失效问题.建立了含内埋光纤和不含内埋光纤的l型夹芯复合材料接头的三维有限元模型,编制用户子程序进行渐进失效分析.通过与文献中的试验结果进行对... 详细信息

针对内埋光纤l型夹芯复合材料接头结构,通过有限元仿真,研究了内埋光纤夹芯结构的损伤失效问题.建立了含内埋光纤和不含内埋光纤的l型夹芯复合材料接头的三维有限元模型,编制用户子程序进行渐进失效分析.通过与文献中的试验结果进行对比验证了有限元方法的有效性.在此基础上,讨论了含内埋光纤夹芯复合材料结构的损伤失效机制,并研究了内埋光纤形成的树脂富集区的高度对结构损伤失效的影响.结果表明,埋入光纤引起夹芯结构圆弧肘板上面板应力集中系数超过1.10,使面板处的材料提前发生失效,导致夹芯结构强度降低约3%;当树脂富集区高度大于1.5 mm时,埋入光纤对夹芯结构的损伤失效影响增大.

关键词：夹芯复合材料结构光纤光栅传感器 l型节点渐进失效分析

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