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自攻螺钉与拉铆钉混合连接受剪承载性能试验研究

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工程科学与技术 2024年

作者：褚云朋伏金蓉钟志豪陈晓强西南科技大学工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室

为改善自攻螺钉连接的构件在地震作用下易发生拉脱导致结构严重破坏的缺点，提升冷弯薄壁型钢组合墙体抗破坏能力，本文分析了组合墙体层间连接处的传力机理，针对自攻螺钉的破坏模式，提出了拉铆钉与自攻螺钉混合连接。为研究混合连接... 详细信息

为改善自攻螺钉连接的构件在地震作用下易发生拉脱导致结构严重破坏的缺点，提升冷弯薄壁型钢组合墙体抗破坏能力，本文分析了组合墙体层间连接处的传力机理，针对自攻螺钉的破坏模式，提出了拉铆钉与自攻螺钉混合连接。为研究混合连接的抗剪性能，共进行了48组连接接头抗剪性能试验，包含冷弯薄壁型钢结构常用的5种连接板厚度，搭接板厚比变化范围1.0～2.0，连接方式包含纯自攻螺钉连接、纯拉铆钉连接及混合连接。观察混合连接的破坏模式，自攻螺钉未发现拉脱破坏，其破坏模式主要表现为:板承压破坏与螺钉倾斜组合破坏、铆钉剪断破坏及板承压与铆钉部分剪断组合破坏3种；相较单一连接方式，混合连接荷载–位移曲线表现出更长的塑性阶段；当板厚比大于1.5，且组合板厚小于3 mm，混合连接的承载力及延性较单一连接增长明显；利用现有计算方法对混合连接的承载力进行累加计算，与试验结果进行对比，其计算结果偏保守。结果表明：混合连接能较好的弥补拉铆钉和自攻螺钉受剪过程中的缺陷，有效改善自攻螺钉拉脱破坏，从而提升连接的承载力及延性；板厚和板厚比是影响混合连接破坏模式及承载力的重要因素，与单一连接相比，板厚比越大，承载力提升越大；排布方式对混合连接的力学性能及破坏机理影响有限；在本文试验工况下，结合混合连接的破坏模式，在现有计算方法的基础上，提出改善后的计算方法，其计算结果更合理。

关键词：拉铆钉连接拉铆钉–螺钉混合连接组合墙体受剪性能抗剪承载力计算方法

高能氦离子辐照对CLAM钢微观结构和力学行为的影响

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材料工程 2024年第5期52卷 138-147页

作者：罗爱博梁延祥姚勇王罗斌万强西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室四川绵阳621010 中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999

聚变堆包层结构材料在服役期间会产生辐照损伤,CLAM钢作为热核聚变堆的首选结构材料,对其进行辐照行为研究十分有必要。采用高能氦离子对CLAM钢进行辐照实验,利用纳米压痕实验结合原子力显微镜(AFM)研究CLAM钢在辐照过程中的微观组织演... 详细信息

聚变堆包层结构材料在服役期间会产生辐照损伤,CLAM钢作为热核聚变堆的首选结构材料,对其进行辐照行为研究十分有必要。采用高能氦离子对CLAM钢进行辐照实验,利用纳米压痕实验结合原子力显微镜(AFM)研究CLAM钢在辐照过程中的微观组织演化和力学性能的变化。结果表明:辐照后的CLAM钢中形成位错环和He泡,且随着辐照剂量的增加,位错环和He泡密度增加,尺寸增大。辐照后CLAM钢发生显著的辐照硬化效应,随着辐照剂量的增加,辐照硬化程度增加,但当辐照剂量增大到一定程度,辐照硬化效应减弱。利用DBH模型和FKH模型讨论辐照中微观结构的变化对辐照硬化效应的影响。随着辐照剂量的增加,压痕周围材料隆起堆积的范围减小,堆积高度增加,且高剂量辐照后压痕周围的堆积中出现了剪切带,表明CLAM钢辐照后脆性明显增加。

关键词： CLAM钢氦离子辐照辐照硬化纳米压痕 DBH模型 FKH模型

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铀部件表面复合镀层的界面力学行为研究

机械强度 2024年第3期46卷 728-735页

作者：史平安王天忠中国工程物理研究院总体工程研究所绵阳621999 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室绵阳621999

针对铀部件表面复合镀层界面结合强度较低,甚至出现局部脱落或开裂问题,在磁控溅射沉积工艺下复合镀层界面特性研究的基础上,建立了镀层界面力学行为研究的数值模型,研究了沉积温度、镀层材料性能,以及构件尺寸等对Al/Ti、Al/Al_(2)O_(3... 详细信息

针对铀部件表面复合镀层界面结合强度较低,甚至出现局部脱落或开裂问题,在磁控溅射沉积工艺下复合镀层界面特性研究的基础上,建立了镀层界面力学行为研究的数值模型,研究了沉积温度、镀层材料性能,以及构件尺寸等对Al/Ti、Al/Al_(2)O_(3)复合镀层界面力学行为的影响。结果表明,沉积温度超过300℃时,外镀层界面会出现较大的应力波动,会直接影响到复合镀层的界面结合强度。因此,Al/Ti、Al/Al_(2)O_(3)复合镀层的沉积温度应不超过300℃。与复合镀层Al/Ti相比较,复合镀层Al/Al_(2)O_(3)不仅能够提高Al镀层和基体界面的结合力,还能够降低界面处的应力波动,将是进一步改善铀及铀合金耐蚀性和耐磨性的主要研究方向。

关键词：铀部件复合镀层沉积温度界面应力

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乳液自组装法制备Al/B/PTFE含能微球及其性能表征

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火炸药学报 2024年第5期47卷 453-460,I0005页

作者：师鹏翔王建陈杰张行泉邓勇军王军中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳621000 西南科技大学分析测试中心四川绵阳621010 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室四川绵阳621010

为了探究高活性金属含能微球的制备工艺以及燃烧性能,以Viton为黏结剂,聚四氟乙烯(PTFE)、硼粉(B)和铝粉(Al)为高能组分,采用乳液自组装技术制备了Al/B/PTFE含能微球,并对溶剂的挥发温度、乳化剂的种类、水相和油相的体积比和搅拌速度... 详细信息

为了探究高活性金属含能微球的制备工艺以及燃烧性能,以Viton为黏结剂,聚四氟乙烯(PTFE)、硼粉(B)和铝粉(Al)为高能组分,采用乳液自组装技术制备了Al/B/PTFE含能微球,并对溶剂的挥发温度、乳化剂的种类、水相和油相的体积比和搅拌速度等工艺进行了优化;采用扫描电子显微镜(SEM)对Al/B/PTFE含能微球形貌进行了表征;采用TG-DSC法分析了Al/B/PTFE含能微球的热分解性能;通过高速摄影和密闭爆发器表征了Al/B/PTFE含能微球的燃烧反应性能。结果表面,水浴温度为25℃、乳化剂为PVA、水油比为80∶30和搅拌速度为700 r/min是Al/B/PTFE含能微球的最佳制备工艺;所制备的Al/B/PTFE含能微球的粒径均匀、球形度高且粒径可控,主要粒径分布范围在约300~900μm;微球的流散性、反应热、燃烧火焰面积和压力输出性能随着粒径的增加,出现先增加后减弱的现象;Al/B/PTFE含能微球的最大反应热,最大火焰面积和最高峰值压力为1097.97 J/g,186.06 cm^(2)和213.3 kPa,分别是物理混合样品的1.77倍、5.16倍和1.37倍。

关键词：物理化学乳液自组装含能微球燃烧反应 Al/B/PTFE 金属燃料

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自攻螺钉与拉铆钉混合连接受剪承载性能试验

工程科学与技术 2024年第4期56卷 88-97页

作者：褚云朋伏金蓉钟志豪陈晓强西南科技大学四川绵阳621010 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室四川绵阳621010

为改善自攻螺钉连接的构件在地震作用下易发生拉脱导致结构严重破坏的缺点,提升冷弯薄壁型钢组合墙体抗破坏能力,分析了组合墙体层间连接处的传力机理,针对自攻螺钉的破坏模式,提出拉铆钉与自攻螺钉混合连接。为研究混合连接的抗剪性能... 详细信息

为改善自攻螺钉连接的构件在地震作用下易发生拉脱导致结构严重破坏的缺点,提升冷弯薄壁型钢组合墙体抗破坏能力,分析了组合墙体层间连接处的传力机理,针对自攻螺钉的破坏模式,提出拉铆钉与自攻螺钉混合连接。为研究混合连接的抗剪性能,共进行了48组连接接头抗剪性能试验,包含冷弯薄壁型钢结构常用的5种连接板厚度,不同搭接板厚比(变化范围1.0~2.0),包含纯自攻螺钉连接、纯拉铆钉连接及混合连接的连接方式。观察混合连接的破坏模式,自攻螺钉未发现拉脱破坏,其破坏模式主要表现为:板承压破坏与螺钉倾斜组合破坏、铆钉剪断破坏及板承压与铆钉部分剪断组合破坏3种;相较单一连接方式,混合连接荷载–位移曲线表现出更长的塑性阶段;当板厚比大于1.5且组合板厚小于3.0mm,混合连接的承载力及延性较单一连接增长明显;利用现有计算方法对混合连接的承载力进行累加计算,与试验结果对比,计算结果偏保守。研究发现:混合连接能较好地弥补拉铆钉和自攻螺钉受剪过程中的缺陷,有效改善自攻螺钉拉脱破坏,从而提升连接的承载力及延性;板厚和板厚比是影响混合连接破坏模式及承载力的重要因素,与单一连接相比,板厚比越大,承载力提升越大;排布方式对混合连接的力学性能及破坏机理影响有限;在本文试验工况下,结合混合连接的破坏模式,在现有计算方法的基础上,提出改善后的计算方法,其计算结果更合理。

关键词：拉铆钉连接拉铆钉-螺钉混合连接组合墙体受剪性能抗剪承载力计算方法

Kevlar29纱线动态拉伸力学性能与本构方程

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爆炸与冲击 2024年第1期44卷 47-59页

作者：周玄徐立志任文科高光发南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室浙江宁波315211 西南科技大学工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室四川绵阳621010

为了能够清晰地表征芳纶纱线在不同应变率下的力学行为,进行了Kevlar29纱线的准静态和动态拉伸试验,结合分离式霍普金森拉杆理论和运动目标追踪法,获得了Kevlar29纱线在不同应变率下的应力-应变曲线,分析了纱线动态拉伸的变形与断裂过程... 详细信息

为了能够清晰地表征芳纶纱线在不同应变率下的力学行为,进行了Kevlar29纱线的准静态和动态拉伸试验,结合分离式霍普金森拉杆理论和运动目标追踪法,获得了Kevlar29纱线在不同应变率下的应力-应变曲线,分析了纱线动态拉伸的变形与断裂过程,揭示了Kevlar29纱线力学性能的应变率效应;通过最小二乘法拟合得到了基于纱线应变率效应的黏弹性本构方程,分析了三元件和五元件本构模型的差异及适用性。结果表明:随着应变率升高,Kevlar29纱线的断裂应变减小,拉伸强度和韧性先增大后减小,拉伸模量先增大后趋于稳定;五元件黏弹性本构模型能够较好地表征纱线力学性能的应变率效应。

关键词： Kevlar纤维拉伸力学性能黏弹性本构模型应变率效应

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新型分层装配式节点钢框架地震易损性分析

建筑科学与工程学报 2024年第1期41卷 103-114页

作者：褚云朋肖雅馨罗萍钟燕陈雪琴西南科技大学工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室四川绵阳621010 西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010

为提高装配式钢框架的装配效率,结合节点抗震性能要求,提出一种新型全螺栓分层装配式节点。对新型和传统两类节点进行抗震性能试验研究,并把节点参数引入整体框架模型中,采用SAP2000建立两类框架模型并进行增量动力分析。考虑基于层间... 详细信息

为提高装配式钢框架的装配效率,结合节点抗震性能要求,提出一种新型全螺栓分层装配式节点。对新型和传统两类节点进行抗震性能试验研究,并把节点参数引入整体框架模型中,采用SAP2000建立两类框架模型并进行增量动力分析。考虑基于层间位移角的单参数损伤模型和基于变形与累积耗能的双参数损伤模型,定义结构性能水准限值并划分破坏等级,对结构进行地震易损性分析。结果表明:在单、双参数损伤指标下,新型节点框架的易损性曲线都包络于传统节点钢框架的易损性曲线内,且新型节点框架的抗倒塌储备系数更大,说明采用新型节点能降低结构在各破坏状态下的失效概率,提高框架的抗倒塌能力;在LS1、LS2极限状态下结构基于单参数损伤指标的峰值加速度中位值比基于双参数损伤指标下的峰值加速度中位值小,在LS3、LS4极限状态下则相反,说明累积耗能对结构抗震性能评估影响明显,结合双参数损伤指标能更好地预测结构的损伤程度;新型节点框架在单、双参数损伤模型下的倒塌储备系数均高于传统框架,说明新型框架的抗倒塌储备能力更高,有利于结构抗震。

关键词：分层装配式钢框架全螺栓连接节点损伤模型易损性分析

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冻融循环后混凝土冲击劈拉强度预测模型

硅酸盐通报 2024年第2期43卷 448-455,465页

作者：胥晔陶俊林李洪祥西南科技大学土木工程与建筑学院绵阳621010 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室绵阳621010

为预测混凝土材料冻融循环后冲击劈拉强度,本文对混凝土标准冻融试件和混凝土劈拉试件进行0、25、50、75、100次的冻融循环试验,通过动弹仪对混凝土标准冻融试件进行动弹性模量测试,采用电液伺服万能试验机和分离式霍普金森压杆系统分别... 详细信息

为预测混凝土材料冻融循环后冲击劈拉强度,本文对混凝土标准冻融试件和混凝土劈拉试件进行0、25、50、75、100次的冻融循环试验,通过动弹仪对混凝土标准冻融试件进行动弹性模量测试,采用电液伺服万能试验机和分离式霍普金森压杆系统分别在0.5和0.5×10^(6)、1.0×10^(6)、2.0×10^(6)kN/s的力加载速率下对劈拉试件进行劈拉试验,分析了冻融损伤以及力加载速率对混凝土冲击劈拉强度的影响。结果表明:随着冻融次数的增加,标准冻融试件的表观状况、质量、相对动弹性模量均不断劣化;当冻融次数一定时,随着力加载速率的提高,混凝土试件的冲击劈拉强度不断提升。在上述试验基础上,建立了冻融循环后混凝土冲击劈拉强度预测模型,该模型可为冻融循环后混凝土冲击劈拉强度的预测提供理论依据。

关键词：混凝土冻融循环冲击劈拉强度相对动弹性模量霍普金森压杆系统预测模型

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型钢组合加固震损RC框架抗震性能试验研究

建筑结构 2024年第11期54卷 124-132,118页

作者：褚云朋龚寅东梁锋蓝迪易港鑫西南科技大学土木工程与建筑学院绵阳621010 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室绵阳621010

震损RC框架需在震后得到快速修复,考虑采用加强局部构造及提高整体结构抗震能力的方法,以恢复甚至提高震损框架的抗震能力。结合框架在地震作用下的受力特性及破坏模式,先对柱采取外包角钢与缀条的局部加固,后对整体框架分别采取薄壁钢... 详细信息

震损RC框架需在震后得到快速修复,考虑采用加强局部构造及提高整体结构抗震能力的方法,以恢复甚至提高震损框架的抗震能力。结合框架在地震作用下的受力特性及破坏模式,先对柱采取外包角钢与缀条的局部加固,后对整体框架分别采取薄壁钢板剪力墙、斜支撑、V形屈曲约束支撑方式进行加固,并对加固后试件进行低周往复加载试验。结果表明:组合加固后试件抗震性能改善明显,将原框架的“强梁弱柱”转为符合抗震要求的“强节点弱构件,强柱弱梁”破坏。破坏时支撑及薄壁钢板先破坏,能有效避免主体框架过早破坏。试件加固后承载能力、初始刚度、延性及累积耗能均比未加固试件提高显著,且承载力及刚度退化均较缓慢,最后破坏为累积损伤所致。采用V形屈曲约束支撑加固的试件由于其具有多重耗能能力,其抗震性能及延性均好于其他两种组合加固方式的试件,综合考虑试件加固后的抗震性能及破坏模式,建议选用此种方法加固。

关键词：震损RC框架组合加固 V形屈曲约束支撑抗震性能破坏模式