湿热老化对BFRP粘接接头横向冲击力学性能的影响

为了给车辆粘接结构的碰撞安全提供参考, 选取玄武岩纤维复合材料(BFRP)制作了单搭接接头; 根据车辆服役环境, 选取温度/湿度为80℃/30%和80℃/95%两种环境(GWCS和GWGS), 对接头分别进行了0、5、10和15 d的老化, 通过准静态拉伸测试了失效载荷和失效形式随时间的变化规律; 利用差示扫描量热法分析了BFRP和粘接剂在老化前、后的玻璃态转变温度; 对未老化和老化15 d后的接头进行了冲击能量为0、20、40和60 J的横向冲击试验, 分析了能量吸收、最大冲击载荷和最大变形随冲击能量的变化规律, 同时测试了接头失效载荷和失效形式的变化规律。分析结果表明: GWCS环境下, 老化后接头失效载荷下降比较小, 粘接剂发生后固化反应, BFRP发生分子链断裂, 接头更容易发生基体开裂或者纤维撕裂; GWGS环境下, 老化能明显加速接头性能的退化, 容易造成粘接剂与BFRP界面发生水解和膨胀, 老化15 d后失效载荷下降了54.99%, 失效断面为界面与内聚为主的混合失效; GWCS环境下, 老化后接头具有较好的承受冲击载荷和抵抗变形的能力, 冲击后失效载荷变化不大; GWGS环境下, 老化后接头受横向冲击影响明显, 承受冲击载荷和抵抗变形的能力较差, 在60 J冲击后接头表面损伤严重, 失效载荷下降明显, 下降幅度为58.71%, 失效断面为界面与内聚为主的混合失效, 损伤裂纹较为明显。可见, 车辆服役过程中, 粘接结构需尽量避免受高温高湿环境的作用, 尤其注意横向冲击对老化后粘接结构的影响。     

胶粘剂和CFRP吸湿对复合材料粘接接头失效的影响

对胶粘剂和复合材料的影响进行解耦;采用常温环境分别对胶粘剂、碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)和CFRP/铝合金粘接接头进行不同时间周期的浸泡,研究了不同应力状态对粘接接头失效的影响;以准静态失效测试的失效强度和失效模式分析为主,结合傅里叶变换红外光谱仪分析、差示扫描量热法分析和扫描电子显微镜分析,分别研究胶粘剂和CFRP吸湿后的失效机理,揭示了吸湿对复合材料粘接接头失效的影响机理。分析结果表明：胶粘剂在吸湿30 d后发生了水解,失效强度下降约53.7%,失效应变约为原来的3.2倍;CFRP吸湿后表面粘附性降低,容易引起界面失效,但打磨之后能够得到改善,CFRP吸湿后纤维/基体界面力学性能降低,在正应力状态下更容易造成纤维撕裂;CFRP/铝合金粘接接头的失效强度在吸湿30 d后下降了约23%,失效断面中胶粘剂出现了韧性断裂和界面失效;通过对胶粘剂、CFRP和CFRP/铝合金粘接接头吸湿后的失效分析,发现剪应力状态下的CFRP/铝合金粘接接头失效主要受胶粘剂吸湿后的性能下降影响,其次是界面失效的影响,而正应力状态下的CFRP/铝合金粘接接头失效还受CFRP性能下降造成的纤维撕裂影响。     

车身粘接结构断裂失效准则改进

为了解决现有失效准则无法满足粘接结构真实失效预测的问题, 利用试验测试与仿真分析相结合的方法建立一种基于应力的断裂失效准则; 设计了5组典型拉剪比的ISR-7008/铝合金粘接接头, 并对5组不同拉剪比的粘接接头进行准静态拉伸试验, 获得了初始断裂载荷与最大断裂载荷, 确定了胶层断裂失效点的起始位置; 建立了粘接接头的仿真模型并在仿真模型中施加初始断裂载荷, 提取出5组典型拉剪比的接头失效区域内初始断裂点的各种应力; 通过对失效点的各种应力进行比值和线性组合处理, 得出等效应力计算公式, 基于该等效应力计算公式建立适用于粘接结构的初始失效和后续失效统一的失效准则; 设计了验证试验方案, 通过对比试验结果和仿真结果, 分析了失效准则的有效性。分析结果表明: 在75°嵌接接头中, 仿真分析获得的失效载荷为1 717.6 N, 试验测试获得的失效载荷为1 936.4 N, 试验和仿真的相对误差为11.3%;仿真结果与试验测试的胶层失效过程基本吻合, 验证了本文建立的失效准则的有效性。建立的基于应力的失效准则实现了粘接结构初始失效准则和后续失效准则的统一, 可以较为准确地预测复杂应力状态下粘接接头的失效过程, 并且该失效准则解决了弹性粘接剂厚胶层的仿真问题, 为工程实际应用中的粘接结构强度设计提供了一定参考。     

路基静态土压力与温度的关系研究

对长春-双辽高速公路K37 km处换填山皮石断面与K42 km处石灰土处置断面的土压力与温度监测结果进行分析,利用OriginPro8.0软件分析路基不同埋置深度处静态土压力随温度的变化规律.研究结果表明:随着温度的降低,路基静态土压力呈现先增后减的趋势,在K37 km处静态土压力随温度的平均变化率为1.64;而K42 km处静态土压力随温度的平均变化率为0.60.对比两处断面的监测结果可知,在静态土压力方面,换填山皮石断面比石灰处置土断面对温度的敏感性更高.     

考虑温度和载荷影响的动车信息窗粘接结构寿命预测

针对动车信息窗粘接结构, 考虑环境和载荷对粘接结构寿命的影响, 提出了一种加速老化与自然老化相结合的寿命预测方法; 对粘接结构影响因素进行分析, 建立了加速老化的温度-动态载荷耦合循环谱, 制作了铝合金对接接头, 分别进行0、10、20、30循环周期的加速老化试验, 定期测试接头的剩余强度和失效形式, 获得粘接剂剩余强度随载荷循环次数的变化规律; 提取自然老化下不同行驶里程的实车胶条, 进行剩余强度测试, 获得了粘接剂剩余强度随行驶里程的变化规律; 采用多项式函数分别拟合载荷循环次数、行驶里程与粘接剂剩余强度衰减率的函数关系式, 建立了载荷循环次数与行驶里程之间的函数关系式。研究结果表明: 相比粘接接头初始强度, 温度循环10、20、30周期后粘接接头的剩余强度下降幅度依次为11.6%、15.9%、20.7%, 而温度-动态载荷耦合循环后强度分别下降了14.1%、18.9%、24.8%, 说明动态载荷加剧了接头强度的衰减, 并且均呈现先快后慢的下降趋势; 温度-动态载荷耦合试验作用后, 接头断面的失效形式和机理变化明显, 初始时接头胶层发生老化失效, 而后随着载荷循环次数的增加, 接头主要失效机理由老化失效转变为疲劳失效; 加速老化与自然老化下粘接剂失效强度的衰减率变化趋势基本一致, 建立的载荷循环次数与行驶里程的函数关系式能够较准确地预测粘接结构的寿命, 预测得到动车最大安全里程为8.34×10⁶ km。     

钢轨扣件失效对列车动态脱轨的影响

建立了非对称车辆/轨道耦合动力学模型, 分析轨道扣件失效对车辆动态脱轨的影响, 考虑离散轨枕支承对车辆/轨道耦合作用的影响, 通过假设轨道系统刚度沿纵向分布发生突变来模拟扣件组失效状态, 推导了考虑钢轨横向和垂向以及扭转运动的轮轨滚动接触蠕滑率计算公式, 利用Hertz法向接触理论和沈氏蠕滑理论计算轮轨法向力及轮轨滚动接触蠕滑力, 采用新型显式积分法求解车辆/轨道耦合动力学系统运动方程, 通过数值分析计算, 得到轮轨横垂向力之比、轮重减载率、脱轨危险状态的持续时间和轮对踏面上轮轨接触点位置的变化。连续5个钢轨扣件不同程度失效对列车动态脱轨的影响的数值模拟结果表明, 如果失效因子从0.8增大到1.0, 即钢轨扣件经历从接近完全松脱到完全松脱, 钢轨扣件失效对列车动态脱轨影响呈指数规律。     

接头位置及刚度对预制箱形结构内力的影响

利用弹性二维有限元分析模型, 把广州地铁三号线明挖段初步设计阶段的整体双跨箱形结构划分为顶板、底板和边墙5块构件, 计算了边墙与顶板的连接接头的设置位置及其抗弯刚度变化对预制双跨箱形结构内力的影响。结果表明: 接头抗弯刚度的变化主要影响边墙最大正弯矩、顶板最大负弯矩和顶板最大正弯矩; 而且接头的位置离顶板轴线距离越小, 顶板最大正弯矩和边墙最大正弯矩越大, 而顶板最大负弯矩越小; 因为顶板最大正弯矩和边墙最大正弯矩均小于顶板最大负弯矩, 所以接头设置在边墙适当的负弯矩处比较有利。     

焊接工艺对6061-T6铝合金接头疲劳性能的影响

通过脉动拉伸疲劳性能试验和对疲劳断口的形貌分析,分别对不同线能量、不同预热温度和不同层间温度下的6061-T6铝合金MIG焊对接接头疲劳性能进行了研究.结果表明:随着线能量的增加和预热温度的降低,接头指定寿命为1×107的中值疲劳极限σ01有所升高,且在不同层间温度下,层间温度为70 ～90℃时中值疲劳极限σ01较高.疲劳试验中所有断裂试件均在焊缝处断裂,其断口形貌分析表明:试验试件焊缝处表面或近表面的气孔是整个疲劳断裂的启裂源,在脉动载荷的作用下,裂纹从此处产生并向内部逐渐扩展.疲劳裂纹启裂区和扩展区具有典型的疲劳断裂特征,疲劳纹清晰,终断区为韧窝型断口形貌.     

加工与存储温度对SBS改性沥青的性能影响分析

选取4个加工温度(160,170,180,190℃)与3个存储温度(90,120,150℃)对3种SBS改性沥青(E+S-YS,E+S-YY,S+S-YY)进行改性加工与存储;应用沥青常规试验与重复蠕变试验,进行了感温性、高温性能、低温性能的试验研究。研究结果表明:不同的加工温度与储存温度,对3种SBS改性沥青的性能影响不同,当加工温度为180℃、存储温度为150℃时,S-YY改性剂的改性沥青各项性能达到最优;当加工温度为170℃、存储温度为120℃时,S-YS改性剂的改性沥青各项性能达到最优。针对不同类型的SBS改性沥青提出相应的制备与存储的温度推荐值。     

地铁B型车车体静强度及模态计算

应用有限元方法及ANSYS软件建立了地铁车辆车体结构有限元分析模型, 根据地铁车辆受力分析和危险程度, 选择拖车(头车) 作为计算、分析对象, 确定了有限元模型的计算载荷、常见计算工况和评定标准, 计算了车体在整备状态下的车体静强度, 分析了整备状态和超常状态下的固有频率和振型。结果表明, 地铁车体静强度在常见计算工况下皆能满足相关标准的要求, 车体一阶扭转和一阶垂向弯曲自振频率偏低, 一般要求车体在整备状态下的自振一阶垂弯频率应大于10 Hz, 以避开转向架的点头频率; 减小结构质量的同时增大结构刚度, 在满足车体强度要求下, 可以实现以降低次要的振型频率来提高主要的振型频率的目的, 并可进一步地减轻车体质量。     

复合材料粘接结构强度与环境耐久性综述

为深化对复合材料粘接结构环境耐久性的研究,从胶粘剂基础研究和面向工程的粘接结构应用研究两方面综述了国内外研究现状,探讨了粘接结构老化、疲劳及其耦合作用对强度的影响,总结了单因素和多因素耦合作用下的老化机理,根据基础研究归纳了粘接结构强度预测方法和疲劳寿命预测方法,并对未来研究重点及方向进行展望。分析结果表明：温度和湿度对粘接结构力学性能影响最为显著,多因素耦合作用下的老化更具破坏性,随温度产生的固化收缩、热膨胀系数的差异以及随湿度产生的水解和增塑作用均会使粘接剂老化,且载荷能够加速吸湿对粘接界面造成损伤,从而引发结构过早失效;老化与疲劳之间存在双向耦合作用,随时间变化的交变载荷不仅会影响粘接结构的疲劳寿命,同时还会加速粘接结构老化,而粘接结构在长期服役过程中的老化又会降低结构的疲劳性能;目前尚缺乏对湿热环境与交变载荷耦合作用下老化机理的深入研究,工程应用中的内聚力模型对延展性胶粘剂和厚胶层的预测效果欠佳,应进一步提高内聚力模型在复杂应力状态下的使用精度;损伤力学模型应考虑车辆实际服役工况并加入湿热耦合因素影响以提高使用精度;粘接结构疲劳寿命预测大多基于半经验模型,且对接头疲劳行为的预测局限于特定环境条件;随着粘接技术的进一步发展,对复杂应力状态下粘接结构服役性能的有效评估与建立准静态、疲劳和环境退化综合影响的渐进损伤模型将是未来研究的重点。     

路用纤维沥青性能的研究

采用纤维吸持沥青试验、纤维沥青粘附性试验、纤维沥青剪切强度等对几种掺常用路用纤维的纤维沥青进行了性能试验,研究纤维沥青的性能.试验结果分析发现纤维对沥青的吸附和稳定的能力很强,纤维与沥青的粘附性均较好;掺纤维后沥青的剪切强度大幅提高,特别是在温度较高时.提出纤维沥青剪切强度-温度敏感性系数,用以评价纤维沥青的感温性.纤维沥青的温度敏感性较纯沥青低,温度稳定性好.聚合物纤维对沥青吸持稳定和加筋的综合能力比木质素纤维大.     

盾构隧道斜螺栓接头受力性能与火灾下温度分布规律

利用有限元计算软件ABAQUS建立了环向复合管片与环向斜螺栓接头的三维实体模型; 考虑复合管片材料的非线性, 采用弹塑性本构模型, 分析了环向斜螺栓接头在常温下的力学特性; 根据HC升温曲线, 分析了接头模型的传热特性, 研究了复合管片衬砌和环向斜螺栓接头在火灾下的温度分布规律。分析结果表明: 采用高强螺栓能够有效减小接头张开量, 增大接头刚度; 在采用高强螺栓的情况下, 斜螺栓最大轴应力易在初始阶段达到屈服, 屈服后接头弯矩和轴力的增大对斜螺栓的应力影响并不大, 但对斜螺栓变形影响较大, 当接头负弯矩从7 kN·m增加到122 kN·m, 接头轴力从368kN增加到734 kN时, 斜螺栓最大应变增加1.6倍, 当接头正弯矩从53 kN·m增加到182 kN·m, 接头轴力从903kN增加到1 056 kN时, 斜螺栓最大应变增加5.9倍; 常温下接缝附近斜螺栓的轴应力呈现反对称分布, 除接缝外其他部位斜螺栓的轴应力基本相等, 约为400MPa, 接缝处轴应力绝对值最大值可达700 MPa; 火灾情况下手孔处温度上升最快且达到的温度最高, 80 min时即可达到1 000 ℃, 接缝处混凝土在100min后达到稳定温度, 螺母处混凝土在150 min后达到稳定温度, 稳定温度均为1 000 ℃左右。     

公路与桥梁连接处的设计与分析

公路与桥梁连接处的跳车现象是我国公路中常见病害,对于桥头跳车的防治,必须从设计入手,通过对勘察数据的详细分析,确定最佳施工设计方案,减少桥头路基沉降,同时,加强施工质量,有效处理好公路与桥梁的连接问题。详细分析引起桥头跳车的原因,并根据施工实践从优化设计、地基处理、桥路连接处防治等几方面提出具体的防治措施。     

玄武岩纤维增强沥青混凝土高温稳定性分析

文中对表征沥青胶浆的高温指标（动态剪切流变试验的车辙因子、重复蠕变试验的累计应变）与表征沥青混合料高温指标（车辙试验的动稳定度和动态蠕变试验的累计应变）进行了相关性分析。     

埋入式H型钢桩-桥台节点受弯性能与承载力

为研究整体式桥台无缝桥中埋入式H型钢桩-桥台节点的受弯性能,通过建立节点的有限元模型,分析了桥台厚度、混凝土强度、钢桩朝向、埋深比、钢材强度和轴压比6个参数对节点受弯承载力和破坏模式的影响,并在此基础上,针对不同的破坏模式提出了节点受弯模型与承载力计算公式。研究结果表明：绕钢桩强轴弯曲的节点在埋深比小于2.0时发生桥台混凝土承压破坏,增大钢桩埋深比和混凝土强度等级可有效提高节点受弯承载力;绕钢桩强轴弯曲的节点在埋深比大于2.0时,或绕钢桩弱轴弯曲的节点在埋深比大于1.0时,发生钢桩屈服破坏,提高钢桩的钢材强度等级可提高节点受弯承载力;随着轴压比的增大,发生绕钢桩强轴屈服破坏的节点的受弯承载力明显降低,但轴压比对发生桥台混凝土承压破坏或冲切破坏的节点的受弯承载力的影响可以忽略;提出的节点受弯承载力计算方法能较为准确地预测不同破坏模式的埋入式H型钢桩-混凝土桥台节点的受弯承载力,计算值与有限元结果比值的均值和计算值与试验结果比值的均值为分别为0.981和0.941,因此,可用于该类型节点的受弯承载力计算和破坏模式分析;建议钢桩埋深不少于2.0倍桩宽与混凝土桥台厚度大于2.4倍桩宽,这样可有效避免桥台混凝土的承压破坏和桥台边缘混凝土的冲切破坏。