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Parameters of static response of carbon fiber reinforced polymer(CFRP) suspension cables
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作者 王立彬 吴勇 Mohammad Noori 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第8期3123-3132,共10页
The feasibility of longer spans relies on the successful implementation of new high-strength light weight materials such as carbon fiber reinforced polymer(CFRP). First, a dimensionless equilibrium equation and the co... The feasibility of longer spans relies on the successful implementation of new high-strength light weight materials such as carbon fiber reinforced polymer(CFRP). First, a dimensionless equilibrium equation and the corresponding compatibility equation are established to develop the cable force equation and cable displacement governing equation for suspension cables, respectively. Subsequently, the inextensible cable case is introduced. The formula of the Irvine parameter is considered and its physical interpretation as well as its relationship with the chord gravity stiffness is presented. The influences on the increment of cable force and displacement by λ2 and load ratio p′ are analyzed, respectively. Based on these assumptions and the analytical formulations, a 2000 m span suspension cable is utilized as an example to verify the proposed formulation and the responses of the relative increment of cable force and cable displacement under symmetrical and asymmetrical loads are studied and presented. In each case, the deflections resulting from elastic elongation or solely due to geometrical displacement are analyzed for the lower elastic modulus CFRP. Finally, in comparison with steel cables, the influences on the cable force equation and the governing displacement equation by span and rise span ratio are analyzed. Moreover, the influences on the static performance of suspension bridge by span and sag ratios are also analyzed. The substantive characteristics of the static performance of super span CFRP suspension bridges are clarified and the superiority and the characteristics of CFRP cable structure are demonstrated analytically. 展开更多
关键词 suspension bridge carbon fiber reinforced polymer cfrp main cable steel suspension cable static response
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基于细观仿真建模的CFRP纵-扭超声铣削材料去除机理研究
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作者 张超 任莹晖 +3 位作者 于晓琳 李茂君 余承阳 杜新亮 《中国机械工程》 北大核心 2025年第4期760-769,779,共11页
为揭示碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)纵-扭超声振动铣削材料去除机理,展开了CFRP细观切削仿真研究。分析了纵-扭超声振动铣削运动学特性,建立了CFRP材料三维细观切削模型。仿真对比了传统切削与纵-扭超声振动切削在不同纤维方向角下... 为揭示碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)纵-扭超声振动铣削材料去除机理,展开了CFRP细观切削仿真研究。分析了纵-扭超声振动铣削运动学特性,建立了CFRP材料三维细观切削模型。仿真对比了传统切削与纵-扭超声振动切削在不同纤维方向角下的纤维去除机制、基体损伤、切屑形态及切削力。结果表明,0°纤维方向角时,纵-扭超声振动冲击特性加速了纤维弯断进程,刃口去除纤维机制由传统碾压转变为划擦;45°和90°纤维方向角时,冲击作用增强了切削刃对纤维的剪切效果,90°纤维方向角时剪切效果更显著;135°纤维方向角时,纤维去除机制由大面积弯断转变为局部断裂。纵-扭超声振动铣削有利于抑制基体损伤,改善切屑形态,减少切削区域热量积累,减小平均切削力。最后通过实验验证了仿真分析的准确性。 展开更多
关键词 碳纤维增强树脂基复合材料 纵-扭超声振动 细观仿真 材料去除机理 纤维方向角
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Study of damage behavior and repair effectiveness of patch repaired carbon fiber laminate under quasi-static indentation loading
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作者 Alok Kumar Chinmaya Kumar Sahoo A.Arockiarajan 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期29-41,共13页
Damage caused due to low-velocity impacts in composites leads to substantial deterioration in their residual strength and eventually provokes structural failure.This work presents an experimental investigation on the ... Damage caused due to low-velocity impacts in composites leads to substantial deterioration in their residual strength and eventually provokes structural failure.This work presents an experimental investigation on the effects of different patch and parent laminate stacking sequences on the enhancement of impact strength of Carbon Fiber Reinforced Polymers(CFRP)composites by utilising the adhesively bonded external patch repair technique.Damage evolution study is also performed with the aid of Acoustic Emission(AE).Two different quasi-isotropic configurations were selected for the parent laminate,viz.,[45°/45°/0°/0°]s and[45°/0°/45°/0°]s.Quasi Static Indentation(QSI)test was performed on both the pristine laminates,and damage areas were detected by using the C-scan inspection technique.Damaged laminates were repaired by using a single-sided patch of two different configurations,viz.,[45°/45°/45°/45°]and[45°/0°/0°/45°],and employing a circular plug to fill the damaged hole.Four different combinations of repaired laminates with two configurations of each parent and patch laminate were produced,which were further subjected to the QSI test.The results reveal the effectiveness of the repair method,as all the repaired laminates show higher impact resistance compared to the respective pristine laminates.Patches of[45°/0°/0°/45°]configuration when repaired by taking[45°/45°/0°/0°]s and[45°/0°/45°/0°]s as parents exhibited 68%and 73%higher peak loads,respectively,than the respective pristine laminates.Furthermore,parent and patch of configuration[45°/0°/45°/0°]s and[45°/0°/0°/45°],respectively,attain the highest peak load,whereas[45°/45°/0°/0°]s and[45°/45°/45°/45°]combinations possess the most gradual decrease in the load. 展开更多
关键词 carbon fiber reinforced polymers(cfrp) Quasi-isotropic laminate Quasi static indentation(QSI) Acoustic emission(AE) Composite repair
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基于CFRP-DDRCNN的CFRP缺陷检测方法
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作者 章栩苓 周正东 +4 位作者 毛玲 张灵维 魏士松 盛涛 郑金华 《振动.测试与诊断》 北大核心 2025年第3期589-593,627,共6页
针对碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,简称CFRP)缺陷检测通常由人工进行,存在检测效率低和漏检等问题,以掩码区域卷积神经网络(mask region based convolution nerual network,简称Mask R-CNN)为基础,提出了一种新... 针对碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,简称CFRP)缺陷检测通常由人工进行,存在检测效率低和漏检等问题,以掩码区域卷积神经网络(mask region based convolution nerual network,简称Mask R-CNN)为基础,提出了一种新的碳纤维增强复合材料缺陷检测网络(carbon fiber reinforced polymer defect detect region based convolutional neural network,简称CFRP-DDRCNN)。首先,该网络前端设置了图像裁剪和背景去除模块(background removal module,简称BRM),以提升网络的缺陷检测效率和精度;其次,引入分割图像数据集,将其和原图像数据集一起进行网络训练,以提高网络的缺陷检测精度;然后,引入注意力机制,提高网络的缺陷特征提取能力;最后,通过缺陷尺寸聚类对锚框参数进行优化,以提高缺陷检测精度。实验结果表明,所提出的CFRP-DDRCNN具有良好的CFRP缺陷检测性能,能有效提高CFRP缺陷的检测精度,与Mask R-CNN相比,CFRP-DDRCNN使CFRP缺陷检测的平均精准度提高了87.74%。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 掩码区域卷积神经网络 图像分割 碳纤维增强复合材料缺陷检测网络 缺陷检测
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CFRP筋混凝土柱抗震性能拟静力试验研究
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作者 亓立刚 刘超然 +4 位作者 周颖 杨燕 鲁懿虬 许国文 韩泽斌 《振动与冲击》 北大核心 2025年第10期224-232,共9页
碳纤维增强复合(carbon fiber-reinforced polymer,CFRP)筋是一种高强、耐腐蚀的非金属材料,将其引入混凝土结构可提升结构全寿命周期性能。目前CFRP筋鲜有应用到混凝土结构的一个重要原因在于其线弹性使得CFRP筋混凝土结构不再符合传... 碳纤维增强复合(carbon fiber-reinforced polymer,CFRP)筋是一种高强、耐腐蚀的非金属材料,将其引入混凝土结构可提升结构全寿命周期性能。目前CFRP筋鲜有应用到混凝土结构的一个重要原因在于其线弹性使得CFRP筋混凝土结构不再符合传统的延性抗震认知。为了揭示CFRP筋混凝土柱的抗震机理,以纵筋配筋率、箍筋间距和轴压比为参数,设计、制作了4个全CFRP筋混凝土柱、1个钢筋混凝土柱和1个CFRP/钢筋混合配筋柱试件,并开展拟静力试验,对比各影响因素对构件裂缝形态、承载能力、残余变形、耗能能力的作用,考察CFRP筋的实际发挥作用。试验结果表明,钢筋混凝土试件发生钢筋屈曲、核心混凝土压溃破坏,而全CFRP筋混凝土试件均由于CFRP纵筋陆续脆性断裂而迅速失去承载能力,受压CFRP筋在箍筋处受到箍筋横向抵抗的剪力易被剪断。CFRP筋混凝土柱试件均展现出较高的极限承载力,极限位移角在5%及以上,残余位移极小,耗能性能较弱,具有鲜明的优缺点:“强承载力、低损伤”但“低延性、脆性破坏”。该试验可为CFRP筋混凝土结构的抗震设计和应用提供基础数据。 展开更多
关键词 混凝土柱 碳纤维增强复合(cfrp)筋 拟静力试验 抗震性能 滞回曲线
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CFRP布加固锈蚀RC矩形柱抗震性能试验研究
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作者 马佳星 马颖 +3 位作者 蒋建男 苏俊省 刘浪 李忠献 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期298-310,共13页
为探究碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布加固对锈蚀钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)矩形柱抗震性能的影响,设计并制作了7根RC矩形柱试件,其中6根采用贴面外加电流法进行加速锈蚀。锈蚀完成后,对3根锈蚀... 为探究碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布加固对锈蚀钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)矩形柱抗震性能的影响,设计并制作了7根RC矩形柱试件,其中6根采用贴面外加电流法进行加速锈蚀。锈蚀完成后,对3根锈蚀柱进行CFRP布加固。通过拟静力试验,分析得到了各试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化曲线、累计耗能曲线、等效黏滞阻尼系数、曲率分布、位移组成及有效刚度。结果表明:钢筋锈蚀显著降低了试件的抗震性能,当锈蚀率达到15.09%时,试件的峰值荷载、位移延性系数和耗能能力分别降低了37.5%、14.2%和32.8%;而CFRP布加固能有效提高锈蚀试件的抗震性能,与未加固锈蚀试件C1、C2和C3相比,加固后的试件C1R、C2R和C3R的峰值荷载分别提高11.57%、4.97%和13.32%,延性系数分别提高7.0%、7.2%和12.2%,总累计耗能分别提高112.10%、91.35%和166.12%;随着锈蚀率的增加,试件的有效刚度呈现逐渐下降的趋势。为此,提出了一个适用于预测锈蚀RC矩形柱有效刚度的公式,其计算结果贴合试验值,具有较高的精度和较小的离散性。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料(cfrp)布 锈蚀 钢筋混凝土(RC)矩形柱 抗震性能 拟静力试验 有效刚度
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循环加卸载作用下CFRP约束煤样破坏及能量演化规律
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作者 刘洪林 贡霄汉 +3 位作者 赵红超 黄海山 石光锋 田佳杰 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期2892-2908,共17页
碳纤维增强复合材料(CFRP)以其轻质高强耐腐蚀的物理力学特性在加固区段保护煤柱方面展现出良好的应用前景。为进一步探究CFRP约束煤柱在采动应力场动态演化(特别是循环加卸载)过程中的力学响应机制,基于能量耗散原理,采用声发射RA-AF... 碳纤维增强复合材料(CFRP)以其轻质高强耐腐蚀的物理力学特性在加固区段保护煤柱方面展现出良好的应用前景。为进一步探究CFRP约束煤柱在采动应力场动态演化(特别是循环加卸载)过程中的力学响应机制,基于能量耗散原理,采用声发射RA-AF分析方法,试验研究了循环加卸载作用下CFRP约束煤样破坏特征与能量演化规律。研究结果表明:①相对常规单轴压缩,循环加卸载条件下0层、1层和3层CFRP约束煤样强度分别提升2.65%、10.17%与1.22%,其应力-应变曲线的包络线与单轴加载作用下的应力-应变曲线具有相似性。②煤样在循环加卸载条件下表现出显著的变形记忆特性,其应力-应变曲线形成的滞回曲线面积大小及回转幅度同加卸载次数正相关,密集程度同加卸载次数负相关。③煤样积聚总能量、弹性应变能密度均随轴向应力的增大而增大,且在数值上与轴向应力呈指数函数关系。④CFRP层数由0增加至3层时,耗散能密度从U型分布转为J型分布,耗散能率从L型分布转为V型分布,耗散能占比分别为6.62%、31.46%与42.56%,呈现出增速先快后慢的趋势。⑤循环加卸载作用下,不同约束条件煤样张拉破坏占比差异明显。试验研究揭示了循环加卸载作用下CFRP约束煤样的变形破坏与能量演化特征,为进一步推动CFRP在煤柱加固领域的工业性应用提供了理论支撑。 展开更多
关键词 煤柱加固 碳纤维增强复合材料 循环加卸载 能量耗散 声发射特征
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CFRP平-折-平胶接接头疲劳寿命预测
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作者 许昶 肖勇 邓鹏程 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第2期518-524,共7页
以碳纤维增强基复合材料(CFRP)平-折-平(FJF)胶接接头为对象,通过试验拟合单向板的正则化疲劳寿命模型、剩余刚度模型及胶层的内聚力模型参数,并以此为基础通过ABAQUS软件预测了胶接接头的疲劳寿命。结果表明:在特定最大载荷条件下,预... 以碳纤维增强基复合材料(CFRP)平-折-平(FJF)胶接接头为对象,通过试验拟合单向板的正则化疲劳寿命模型、剩余刚度模型及胶层的内聚力模型参数,并以此为基础通过ABAQUS软件预测了胶接接头的疲劳寿命。结果表明:在特定最大载荷条件下,预测得出的搭接区端部胶层开裂寿命与最终疲劳寿命相较于试验结果的误差值均不大于6%,具有较好的计算精度。胶接接头的搭接区端部胶层开裂寿命近似等于胶接接头最终疲劳寿命,说明搭接区端部胶层开裂寿命占胶接接头全寿命的主要部分,胶层裂纹扩展寿命可以忽略不计。 展开更多
关键词 碳纤维增强基复合材料 平-折-平胶接接头 剩余刚度模型 内聚力模型 疲劳寿命
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CFRP板纵向加固RC柱在水平低周循环荷载下的力学性能研究与应用 被引量:3
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作者 强旭红 陈岩松 +1 位作者 姜旭 谭成 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期148-163,共16页
开发了一种纵向粘贴CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料)板的RC(Reinforced Concrete,钢筋混凝土)柱抗弯加固系统,该加固系统由纵向粘贴在柱表面的预制CFRP板和防止柱底CFRP板脱粘的混凝土加厚层组成.为研究纵向... 开发了一种纵向粘贴CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料)板的RC(Reinforced Concrete,钢筋混凝土)柱抗弯加固系统,该加固系统由纵向粘贴在柱表面的预制CFRP板和防止柱底CFRP板脱粘的混凝土加厚层组成.为研究纵向粘贴CFRP板对RC柱的抗弯性能影响,设计并开展了5根足尺矩形RC柱的水平低周循环加载试验.研究结果表明:粘贴CFRP板加固能有效延缓柱的开裂;柱的破坏模式得到明显改善;相较于未加固柱子,粘贴1层CFRP板和2层CFRP板加固的RC柱极限承载力分别提高了15.1%和17.4%;加固后柱的抗弯承载力和刚度得到提高,但增加CFRP板的层数对极限强度和刚度没有显著影响,反而会降低柱的延性,相较于仅采用增大柱底截面的方式加固的对照柱,粘贴1层CFRP板和2层CFRP板加固的试验柱的延性系数分别降低16.2%和35.1%;试验过程中,由于柱与基础节点承载力的限制,CFRP的最大应变仅达到极限应变的24%,抗拉强度未得到充分发挥.该加固方法已在某医院加固工程中得到应用,跟踪研究表明,加固后柱子的抗弯承载力有明显提升,加固方法得到工程业界的认可. 展开更多
关键词 钢筋混凝土柱 抗弯加固 水平低周循环加载 碳纤维增强复合材料板 纵向粘贴
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弯-剪-扭复合受力CFRP布加固RC梁抗扭性能细观数值分析 被引量:1
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作者 李冬 贺益帅 +2 位作者 张江兴 金浏 杜修力 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期958-973,共16页
为了研究弯-剪-扭复合受力条件下碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)梁的抗扭性能,建立体现混凝土材料非均质性、钢筋-混凝土黏结滑移关系和CFRP布-混凝土相互作用... 为了研究弯-剪-扭复合受力条件下碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)梁的抗扭性能,建立体现混凝土材料非均质性、钢筋-混凝土黏结滑移关系和CFRP布-混凝土相互作用关系的细观数值分析模型。由于缺乏CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下失效破坏的典型物理试验,采用复合对比验证法对数值模型的合理性进行验证,即分别与单独受剪、单独受扭以及受弯-扭复合作用下RC梁和CFRP布加固RC梁的试验结果进行对比验证。进而,基于建立的细观数值分析模型探究了配纤率和扭弯比对CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下抗扭力学性能的影响。结果表明:1)采用CFRP布加固能够显著提高RC梁的峰值扭矩;2)随配纤率增加,RC梁损伤分布范围逐渐变大,CFRP布应变逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,但其增大幅度减小;3)随扭弯比增加,RC梁裂缝分布愈加集中,裂缝与水平方向夹角逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,CFRP布应变减小。建立的考虑弯-剪-扭复合受力作用的数值模拟方法可为后续研究复杂应力状态下CFRP布加固RC梁尺寸效应行为等奠定基础。 展开更多
关键词 cfrp布加固RC梁 剪切 纯扭 弯扭 弯-剪-扭 细观数值模拟方法
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超声振动辅助磨削CFRP复合材料薄管撕裂损伤研究 被引量:2
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作者 康仁科 陆冰伟 +4 位作者 陈凯良 李晟超 戴晶滨 董志刚 鲍岩 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期524-533,540,共11页
针对碳纤维增强复合材料(CFRP)薄管超声振动辅助磨削过程中存在撕裂损伤且形成原因不明确的问题,通过对M55J和T300复合材料薄管开展超声振动辅助磨削试验,探究了超声振幅、进给量及主轴转速对磨削力和撕裂尺寸的影响规律,通过对磨削过... 针对碳纤维增强复合材料(CFRP)薄管超声振动辅助磨削过程中存在撕裂损伤且形成原因不明确的问题,通过对M55J和T300复合材料薄管开展超声振动辅助磨削试验,探究了超声振幅、进给量及主轴转速对磨削力和撕裂尺寸的影响规律,通过对磨削过程的受力分析和对最大未变形切屑厚度的计算,分析了撕裂位置的形成原因和撕裂尺寸的变化规律。结果表明:磨削力随超声振幅的增大而减小,随进给量的增大而增大,与主轴转速的关联性较小;撕裂易出现于CFRP薄管内壁,其长度与高度随超声振幅的增大而减小,随进给量的增大而增大,随主轴转速的增大而减小。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 薄管 超声振动辅助磨削 磨削力 撕裂
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极地低温下CFRP筋与混凝土黏结性能数值分析
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作者 谢剑 王雪寒 刘洋 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1-13,共13页
为进一步了解极地低温下碳纤维增强复合材料(CFRP)筋与混凝土的黏结性能,在现有试验的基础上,采用ABAQUS软件建立考虑CFRP筋表面特征的数值模型,分析64种工况,研究低温下CFRP筋直径、肋高、肋宽与混凝土保护层厚度等参数对黏结性能的影... 为进一步了解极地低温下碳纤维增强复合材料(CFRP)筋与混凝土的黏结性能,在现有试验的基础上,采用ABAQUS软件建立考虑CFRP筋表面特征的数值模型,分析64种工况,研究低温下CFRP筋直径、肋高、肋宽与混凝土保护层厚度等参数对黏结性能的影响。结果表明:考虑CFRP筋表面特征的数值模型可以较好地表征CFRP筋与混凝土之间的应力传递,能够反映低温下CFRP筋与混凝土的损伤情况与黏结破坏机制;低温可显著提高CFRP筋-混凝土的黏结强度;在低温下,随着CFRP筋直径的增加,CFRP筋与混凝土的黏结强度降低,同时弱化了低温对黏结强度的增强效应;随着CFRP筋肋高的增加,CFRP筋-混凝土的低温黏结强度呈现先提高后降低的趋势,肋高为筋材直径8%时黏结强度达到最大值;CFRP筋肋宽的变化主要影响黏结滑移曲线的形状;相比常温试件,在低温下试件发生拔出破坏时的混凝土保护层厚度更大。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合筋 极地低温 混凝土 黏结性能 数值模拟
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自修复愈合剂添加方式对CFRP复合材料层间韧性的影响研究
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作者 铁瑛 范聪杰 张臻臻 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第20期58-67,共10页
采用试验和仿真结合的方法研究了热塑性材料聚乙烯–甲基丙烯酸(Poly ethylene-co-meth acrylic acid,EMAA)添加方式对碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)层间韧性的影响。首先将EMAA制作为直径1.2 mm和50~75μ... 采用试验和仿真结合的方法研究了热塑性材料聚乙烯–甲基丙烯酸(Poly ethylene-co-meth acrylic acid,EMAA)添加方式对碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)层间韧性的影响。首先将EMAA制作为直径1.2 mm和50~75μm的细丝,然后分别以缝合和铺层的方式添加到CFRP复合材料中,通过调整缝线间距和铺层密度研究EMAA添加方式及含量对CFRP复合材料Ⅰ型层间断裂韧性和自修复效率的影响。结果表明,添加EMAA能显著增加CFRP复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性,缝线增韧和铺层增韧时分别提升了110%和402%。此外,采用内聚力模型(Cohesive zone model,CZM)进行数值分析进一步证明了EMAA能够增强CFRP复合材料Ⅰ型层间断裂韧性。经过热修复后再次进行双悬臂梁(Double cantilever beam,DCB)试验,发现采用缝线增韧和铺层增韧的CFRP复合材料层间韧性得到有效恢复,修复效率达到85%和105%。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料(cfrp) 聚乙烯–甲基丙烯酸(EMAA) Ⅰ型层间断裂韧性 增韧 自修复
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冰球和钨珠非正冲击下T800-CFRP层合板损伤特性的研究 被引量:1
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作者 尚晓壮 刘瑶璐 +3 位作者 冯晓伟 胡宁 谭晓军 胡艳辉 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期135-147,共13页
通过试验和仿真相结合的方法研究了T800碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板在冰球和钨珠非正冲击作用下的损伤特性。首先开展了冰球和钨珠在给定工况下高速撞击T800-CFRP层合板试验,以此对仿真模型的有效性进行验证;然后讨论了T800-CFRP层... 通过试验和仿真相结合的方法研究了T800碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板在冰球和钨珠非正冲击作用下的损伤特性。首先开展了冰球和钨珠在给定工况下高速撞击T800-CFRP层合板试验,以此对仿真模型的有效性进行验证;然后讨论了T800-CFRP层合板在两种冲击体以不同冲击能量与冲击角度作用下的损伤特性及其差异性。研究表明:钨珠在冲击能量较低时就能对层合板造成穿孔损伤,但随着冲击能量增大层合板的损伤程度呈下降趋势;冰球对层合板造成损伤的冲击能量阈值与钨珠的相比要高很多,且随着冲击能量的增加损伤程度明显加剧;钨珠在冲击角度为45°和60°时造成的损伤与正冲击的情况相比要更加严重,而冲击角度为30°时造成的损伤却小于正冲击的情况;冰球冲击时,层合板的损伤程度随冲击角度的增加而减小。该研究有助于深化对T800-CFRP层合板在冲击载荷作用下的损伤与破坏行为的认识,具有重要的科学意义和工程应用价值。 展开更多
关键词 T800碳纤维增强复合材料 冰球 钨珠 非正冲击 损伤特性
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超声检测识别CFRP复合材料PTFE夹杂与富树脂缺陷 被引量:1
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作者 付冬欣 林莉 +1 位作者 张书宁 罗忠兵 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第3期83-88,共6页
针对碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)缺陷试样制作困难且不同夹杂缺陷难识别的问题,采用仿真与试验相结合的方法,开展聚四氟乙烯(PTFE)夹杂与富树脂缺陷超声检测研究。首先建立考虑CFRP层结构弹性各向异性的... 针对碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)缺陷试样制作困难且不同夹杂缺陷难识别的问题,采用仿真与试验相结合的方法,开展聚四氟乙烯(PTFE)夹杂与富树脂缺陷超声检测研究。首先建立考虑CFRP层结构弹性各向异性的多向层合板超声反射法有限元模型,对比模拟与试验得到的A扫描时域信号,证明了模型的有效性。在CFRP层合板内部设置宽度6 mm,厚度0.03~0.40 mm的PTFE夹杂和厚度0.03~0.85 mm的富树脂缺陷,模拟得到超声A扫描信号,分析比较两种缺陷厚度变化对超声信号幅值最大值和波形峭度因子的影响。结果显示,随着缺陷厚度增加,PTFE夹杂及富树脂缺陷信号的幅值最大值和峭度因子均呈现先上升后下降最后趋于稳定的趋势,但富树脂缺陷信号幅值最大值低于PTFE夹杂,其峭度因子随厚度变化滞后于PTFE夹杂。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料(cfrp) 数值模拟 缺陷识别 PTFE夹杂 富树脂
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基于改进Elman神经网络的CFRP补强钢板界面脱粘预测研究 被引量:2
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作者 王庆松 张玉 +1 位作者 张洪雨 陈柏桦 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期120-127,共8页
针对碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)补强钢结构出现内部界面脱粘损伤后难以观测的问题,结合Lamb波检测方法和神经网络提出了一种界面脱粘预测方法。搭建了基于Lamb波的CFRP补强钢板信号分析试验平台,利用ABAQU... 针对碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)补强钢结构出现内部界面脱粘损伤后难以观测的问题,结合Lamb波检测方法和神经网络提出了一种界面脱粘预测方法。搭建了基于Lamb波的CFRP补强钢板信号分析试验平台,利用ABAQUS软件建立了CFRP补强钢板的机电耦合有限元模型,并通过试验验证了有限元模型的准确性。将长方形和圆形两种脱粘形状的信号在时域和频域内进行分析,基于自适应遗传算法改进的Elman神经网络建立了CFRP补强钢板脱粘预测模型,并将与脱粘面积相关性较高的信号特征数据作为预测模型的特征数据。对预测模型进行性能测试,脱粘形状为长方形和圆形预测值的平均绝对百分比误差分别为3.03%和8.06%,结果表明改进的Elman网络对于脱粘损伤具有较好的预测精度。 展开更多
关键词 界面脱粘 LAMB波 碳纤维复合材料(cfrp) 脱粘预测 ELMAN神经网络
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锪窝圆角半径对CFRP/Al机械连接结构力学性能影响
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作者 王贤锋 邹凡 +2 位作者 刘畅 安庆龙 陈明 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期342-351,共10页
碳纤维增强复合材料(CFRP)和铝合金(Al)因其优异的机械/物理性能,广泛应用于新一代商用飞机.CFRP/Al沉头螺栓连接结构是重要的连接形式,其中锪窝圆角半径影响了机械连接性能.研究中设计制造不同锪窝圆角的钻锪一体刀具对锪窝圆角尺寸进... 碳纤维增强复合材料(CFRP)和铝合金(Al)因其优异的机械/物理性能,广泛应用于新一代商用飞机.CFRP/Al沉头螺栓连接结构是重要的连接形式,其中锪窝圆角半径影响了机械连接性能.研究中设计制造不同锪窝圆角的钻锪一体刀具对锪窝圆角尺寸进行控制,并采用基于复合材料渐进损伤模型的有限元仿真方法对不同锪窝圆角半径连接结构力学性能进行仿真和试验研究,分析了CFRP/Al叠层机械连接失效机理.结果表明,利用钻锪一体锪窝钻头可以有效控制锪窝圆角;锪窝位于CFRP层相比于位于铝合金层有着更大的极限强度;CFRP和铝合金材料均在锪窝圆角半径为1.0 mm时具有最大的极限载荷,即锪窝圆角略大于螺栓圆角有利于获得更好的机械连接性能. 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 锪窝 圆角半径 机械连接 有限元仿真
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车用CFRP层压圆柱壳冲击损伤分析及最小穿透能量预测
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作者 王丹琦 吴霖滔 +3 位作者 聂冰冰 车文传 邹铁方 张君媛 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期29-38,共10页
为了探究碳纤维增强复合材料(CFRP)在汽车曲面零部件上的应用前景,该文以碳纤维增强复合材料(CFRP)层压圆柱壳作为对象,研究其在落锤冲击工况下的损伤与吸能特性。基于复合材料均质化方法,建立CFRP层压圆柱壳落锤冲击的多尺度模型,探究... 为了探究碳纤维增强复合材料(CFRP)在汽车曲面零部件上的应用前景,该文以碳纤维增强复合材料(CFRP)层压圆柱壳作为对象,研究其在落锤冲击工况下的损伤与吸能特性。基于复合材料均质化方法,建立CFRP层压圆柱壳落锤冲击的多尺度模型,探究曲率半径对冲击损伤和能量吸收的影响;并采用非线性拟合方法建立了最小穿透能量与层压圆柱壳材料参数、结构参数及落锤参数之间的函数关系,实现概念设计阶段最小穿透能量的快速预测,对比仿真结果拟合公式的误差在20%以内。结果表明:相较于平板,层压圆柱壳的峰值载荷宽度更大、更平稳。在60 J冲击作用下,层压圆柱壳各铺层损伤面积相对均匀,其中纤维损伤与曲率半径无关,基体损伤面积随曲率半径增大而增大;当曲率半径为100 mm时,层压壳承载及抵抗变形能力较好,具有较好的抗冲击性;当曲率半径为200 mm时,层压壳耗散能量最多,吸能效果较好。 展开更多
关键词 汽车轻量化 碳纤维增强复合材料(cfrp) 层压圆柱壳 冲击损伤 能量吸收
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基于斜角切削的CFRP螺旋铣孔微观仿真分析
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作者 周兰 王云龙 +3 位作者 安国升 朱瑞彪 李光奇 马蓉 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第21期14-26,共13页
针对碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)螺旋铣孔中铣刀侧刃瞬态铣削体现出的复杂斜角切削特性,为深入揭示不同纤维方向角(θ)的CFRP螺旋铣孔成屑机制,构建基体相、纤维相与界面相CFRP斜角切削有限元模型。分析0... 针对碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)螺旋铣孔中铣刀侧刃瞬态铣削体现出的复杂斜角切削特性,为深入揭示不同纤维方向角(θ)的CFRP螺旋铣孔成屑机制,构建基体相、纤维相与界面相CFRP斜角切削有限元模型。分析0°、45°、90°与135°的CFRP纤维失效机制,探究刀具倾斜角(i)与切屑尺寸间的关系,揭示残余应力随加工参数的变化规律,同时阐明加工参数与θ对切削力的影响。结果表明:纤维在θ为0°与135°时发生弯曲失效,45°时发生剪切失效,90°时弯曲与剪切失效均存在;θ为0°、45°、90°的切屑尺寸均与i呈正相关,θ为135°的切屑尺寸与i无相关性;残余应力与切削速度呈正相关,与切削深度无相关性;θ为90°与0°时切削力分别呈最大值与最小值,当0°<θ<90°时,切削力呈增大趋势,90°<θ<135°时,切削力呈降低趋势;切削力与切削速度、深度均呈正相关,不同切削速度、深度的切削力仿真值与试验值最大误差不超过11%与9%,能够对CFRP螺旋铣孔切削力进行有效预测。 展开更多
关键词 螺旋铣孔 碳纤维增强复合材料(cfrp) 斜角切削 纤维方向角 有限元模型
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预应力CFRP修复含裂纹钢板疲劳寿命的延长预测
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作者 张飞凡 张玉 +1 位作者 张子倩 曹婷 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期85-91,共7页
为研究预应力碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)修复对于海上油气勘探开发平台上含裂纹钢板的疲劳寿命的延长效果。基于围线积分方法建立计算预应力CFRP修复含裂纹钢板应力强度因子(stress intensity factor,SIF)... 为研究预应力碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)修复对于海上油气勘探开发平台上含裂纹钢板的疲劳寿命的延长效果。基于围线积分方法建立计算预应力CFRP修复含裂纹钢板应力强度因子(stress intensity factor,SIF)的仿真分析模型,结合线弹性断裂力学,验证模型的准确性,提出1种简单、高效的SIF计算方法;基于扩展有限元方法(extended finite element method,XFEM)建立预测预应力CFRP修复含裂纹钢板疲劳寿命的仿真分析模型,并利用疲劳试验结果进行验证,分析预应力对含裂纹钢板疲劳寿命的延长效果。研究结果表明:CFRP修复对含裂纹钢板有良好的修复效果,可较为明显地延长其疲劳寿命,随着预应力的增大,其延长效果会进一步增强。研究结果可为海上平台安全评估提供参考。 展开更多
关键词 疲劳寿命延长 cfrp 含裂纹钢板 裂纹扩展 预应力
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