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均布压力下T型连接极限承载特性试验研究*

更新时间:2009-03-28

T型连接在航空、船海等领域的复合材料结构上应用相当广泛。航空应用包括框、肋、翼梁等与蒙皮的连接,舰船应用包括上层建筑正交板材(如舱壁与壳板)的连接以及舵翼骨架与蒙皮的连接等。目前国内外学者对T型连接进行了各种研究,从研究载荷来看,主要为拉脱载荷与弯曲载荷,如Kesavan等[1] 、Wu等[2]分别研究了复合材料T型接头在拉伸载荷下的应力分布与失效机理,胡孝才等[3]研究了拉伸载荷下初始破坏位置对接头承载能力的影响,李梦佳等研究了Z-pin参数[4]、缝合参数[5]对T型接头拉脱承载能力的影响,齐红宇等[6]、吴海等[7-8]对弯曲载荷作用下复合材料T型接头的失效机理进行了分析。从研究内容来看,主要包括极限承载特性[9]、疲劳特性[10-11]、界面性能[12]等的研究,研究方法主要为数值仿真分析[13]与试验研究。

以上对于T型连接的研究大都针对航空领域,船海领域的研究相对较少,而船海领域与航空领域的T型连接存在较大区别,主要表现在:①材料不同。航空领域使用较多的增强材料为单向碳纤维,而船海领域使用的大都为玻纤织物,而且树脂基体也不同。②结构形式与工艺不同。航空的T型结构主要包括两种,一种为非整体型,即在复合材料板上背靠背连接两个L型件;另一种为整体型,即T型连接的腹板和凸缘用连续纤维增强并整体一次成型。而舰船上应用的T型结构较大,构件在连接前通常已预制成型,需要在连接结构部件两侧铺设覆盖层进行二次成型连接。③载荷形式不同。航空研究的载荷主要有拉脱、侧弯、剪切等,而对于船海领域常见的静压与波浪砰击等均布压力载荷作用研究较少。本文针对船用复合材料舵与稳定翼骨架与蒙皮结构,设计了两种T型连接结构,分别对其在波浪砰击载荷作用下的损伤机理、承载特性以及相关规律进行了试验研究,比较两种T型连接的差异,分析了跨距对承载特性的影响。所提出的试验载荷等效方法和均压下T型连接承载特性评价方法,对均压下T型连接的设计具有一定指导意义。

杨译:Clearly,to learn from a teacher is old-fashioned.[5]153

1 研究思路与方法

在复合材料结构方案设计初期,需开展元器件及局部模型试验研究,以获取典型结构的基本力学性能。试验之前,首先要确定试验模型及试验载荷,通常为了节约试验成本会对原尺度结构进行缩比,同时,由于实际载荷在试验中不能或不便施加,有时还需将实际载荷等效为试验载荷。不管是试验模型提取还是试验载荷等效,需要注意的是必须使试验中重点校核区域的承载特性与实际情况相近,确保试验结果有效。试验后将结果反馈到原尺度结构进行评价及改进设计。基于上述思想,主要研究思路如下:

1)原尺度结构分析。针对研究的骨架-蒙皮T型连接问题,采用有限元软件建立原尺度整体分析模型并进行初步分析。计算模型需考虑构件的基本尺度和铺层特征,模型可适当简化,其目的在于掌握原尺度结构主要构件的变形及应力分布特征规律。

1240 微波消融治疗前臂甲状旁腺移植组织功能亢进 2例并文献复习 陶林波,章建全,蒋 霞,蒋小燕,沈 浩

STAT-5是信号转导和转录激活因子(signal transducers and activators of transcription,STAT)家族中重要的成员之一,被认为是细胞增殖促进因子和凋亡抑制因子。研究发现,STAT-5包含两个蛋白结构基本相同的亚型:STAT-5a和 STAT-5b[4]。STAT-5的激活主要经JAK2途径,它的异常激活和过度表达均可诱导细胞恶性转化和肿瘤的发生[18]。在肿瘤微环境中,许多恶性肿瘤细胞都发现STAT-5的异常表达,如:白血病、肺癌、乳腺癌、甲状腺癌等[8,19]。

月修中应重点关注回火器滤网的清洗、安装情况,对滤网片不好安装的,要对底盘进行攻丝,以免松脱造成防爆片爆炸;要利用月中更换系统的机会清洗回火器,且根据各烧嘴压力情况适时更换干净的回火器;水冷套管变形较多时,应排查、更换回火器;确认炉区各烧嘴处是否有冷铜,若冷铜距烧嘴较近,宜先用大火烧融,确认后再停炉吹风冷却;做好漏风、漏水等管道密封工作;后期要将各烧嘴冷却水一律开至最大,更换使用状况不良的蝶阀和不带钢丝的软管。

为了节约试验成本,在提取局部模型前先对原结构进行缩比,根据缩比仿真分析可知,在相同均布载荷作用下,原结构与缩比结构的位移比与缩尺比相同,应力大小相等且分布规律相同,如图2所示(缩尺比为2)。因此,在承受相同的均布载荷时,缩比模型可以反映原结构的应力水平。此外,由于面积也进行了缩比,均布载荷等效后的集中载荷之比为缩尺比的平方。

3)模型试验。进行T型试件极限承载试验,试验前需准备好试验试件与仪器,制定试验加载方案。试验过程中需注意观察试验现象,记录好试验数据。

4)结果分析与评价。通过试验结果分析构型、跨距对T型连接承载特性的影响规律,并对原尺度结构的承载能力进行定量评价。

综上所述,通过详细介绍了建筑室内装饰装修设计当中绿色环保设计理念的应用要点,本建筑工程室内装饰装修施工已经顺利完成,经过检验之后,建筑室内装饰装修各项指标满足相关要求,室内装修质量较高,说明以上措施可行,可以为相关工程提供良好借鉴。

2 模型提取与载荷等效

模型提取与载荷等效情况如图1所示。复合材料舵翼典型结构如图1(a)所示。在波浪砰击载荷(0.1 MPa均布载荷)作用下,其变形与主应力分布如图1(b)所示,变形特征为:壳板的位移随骨架布置成波浪形分布,在骨架跨端与跨中壳板的转角为零;应力特征为:跨端壳板外表面受拉、内表面受压,跨中正好相反;最大拉应力、压应力分别位于跨端壳板外表面和内表面。

  

(a) 模型提取(a) Model extraction

  

(b) 应力位移分布(b) Stress and displacement distribution

  

(c) 应力位移对比曲线(c) Stress and displacement contrast curves图1 模型提取与载荷等效Fig.1 Model reduction and load equivalent

为了研究跨距的影响,设置5档跨距,分别为60 mm、80 mm、100 mm、120 mm、140 mm,主要加载过程如下:

等效后原结构与提取模型仿真计算结果对比如图1(b)所示,位移及应力沿跨度方向(x方向)的分布曲线对比如图1(c)所示。通过对比可知,在网格尺寸相同的情况下,原结构与提取模型的应力在T型连接(x=300 mm)附近区域的分布规律基本相同,这是主要关注的连接区域;原结构与提取模型的位移分布规律也相差不大。以上对比结果说明将均布载荷等效为集中载荷的方法有效可行。

2)试验模型与载荷的提取。在原尺度整体模型分析基础上,提取典型的T型局部模型以用于试验研究,为节约试验成本,可对局部模型进行全尺度缩比。同时,根据试验加载需要,必须将面板承受的波浪砰击载荷等效为腹板端部的集中载荷,等效原则为主要构件关心区域的应力水平与分布特征相近。

  

(a) 位移(a) Displacement

  

(b) 应力(b) Stress图2 缩比后位移与应力Fig.2 Displacement and stress after shrinking

3 模型试验及分析

3.1 试验准备与过程

影响复合材料T型连接的参数,主要有腹板、面板的尺寸与材料,填充区或者过渡区材料与形状以及跨距等。为了比较过渡区形状和材料的差异,设计了A、B两种构型,如图3所示。图中玻璃钢层合板厚6 mm,增强材料为E玻纤多轴向织物,基体材料为430 LV乙烯基酯树脂。为了保证试件制作质量,整个接头采用真空辅助二次成型工艺。构型A、B的主要区别为构型A填充材料为HCP70泡沫,且预先削成梯形;构型B连接处为倒圆角,填充材料为韧性树脂。

  

(a) 构型A(a) Type A

  

(b) 构型B(b) Type B图3 两种T型连接Fig.3 Two types of T connections

根据跨中壳板转角为零的特点,提取图1(a)所示局部T型连接结构,T型结构面板的有效承载区域(黑色线框区域)位于原结构两跨中之间,黑色线框区域以外的面板部分用于试验中施加边界条件。试验载荷等效时将原结构壳板的均布压力等效为T型结构腹板端部的集中力,便于试验施加,而集中力的大小为黑色线框区域均布压力的总和。

1)线性载荷重复加载试验:尝试加载1 kN,每一试件重复3次。

2)极限加载试验:试验加载为梁顶端位移加载,加载速度为1 mm/min,持续加载,直至卸载或试件出现明显的结构破坏,每一试件1次,以获取完整的载荷/位移曲线。

3.2 试验结果与规律分析

3.2.1 T型连接破坏模式和失效机理分析

Multi-attribute decision making method with interval-valued dual hesitant fuzzy information

构型A、B的载荷位移曲线如图4所示,通过比较可知,构型A、B载荷曲线主要存在两个主要区别:①构型A存在明显的初始破坏点,该点的载荷出现了突然下降(图4(a)椭圆所示),随后继续上升,而构型B不存在明显的初始破坏点;②构型A的载荷达到峰值后成断崖式下降,而构型B的载荷达到峰值后,下降速度较缓慢,这是因为韧性树脂的特性发挥了作用。

  

(a) 构型A(a) Type A

  

(b) 构型B(b) Type B图4 载荷位移曲线Fig.4 Load and displacement curve

通过观察不同跨距试件的破坏模式可知,跨距对构型A、B连接结构的破坏模式影响较小。构型A的破坏模式如图5所示,在压缩载荷作用下,构型A连接结构的初始破坏模式出现在泡沫芯材与两侧包覆层相接位置,此处在较大的剪切力作用下开始出现界面剥离裂纹;随着载荷的增加,裂纹延伸到两侧包覆层和基座板相接界面位置,当载荷继续增加至极限载荷时,弧形过渡区两侧玻璃钢出现了断裂破坏,结构丧失了承载能力。构型B的破坏模式如图6所示,其初始破坏模式出现在弧形过渡区玻璃钢表层,此处存在较大的应力集中问题,开始出现了发白现象,表明玻璃钢出现了初始破坏;随着轴向压缩载荷的增加,应力集中现象更为明显,发白区域出现了扩大现象,当载荷继续增加至极限载荷时,弧形过渡区玻璃钢材料出现了断裂破坏,整个结构丧失承载能力。

  

(a) 初始破坏(a) Initial failure

  

(b) 极限破坏(b) Ultimate failure图5 构型A破坏模式Fig.5 Failure mode of type A

  

(a) 初始破坏(a) Initial failure

  

(b) 极限破坏(b) Ultimate failure图6 构型B破坏模式Fig.6 Failure mode of type B

3.2.2 跨距对T型连接的影响分析

张志彤:2013年,我国水旱灾害频繁。松花江、黑龙江发生流域性大洪水,有9个热带气旋登陆,一些地区发生了较为严重的暴雨洪水和山洪地质灾害,南方部分地区发生了严重高温伏旱。全国汛情、旱情、灾情主要有6个特点:

表1列出了不同构型、不同跨距T型连接结构试验结果。下面分别就构型、跨距对T型连接初始刚度、极限破坏载荷、极限承载弯矩(极限破坏载荷与1/2跨距的乘积)的影响规律进行具体分析。

 

1 T型连接试验结果

 

Tab.1 Test result of T connections

  

结构形式编号跨距/mm初始刚度/(N/mm)极限破坏载荷/N极限承载弯矩/(N·m)AA160869512653380A280364810123405A310021017388369A412010755713343A51407924986349BB16060037936238B28027306710268B310011834966248B41207353996240B51404853158221

1)跨距对初始刚度的影响。加载跨距对连接结构的刚度影响如图7所示,随着跨距的增加,初始刚度呈现明显的下降趋势。加载跨距为60 mm时,结构刚度特性差距较大,构型A的初始刚度约高于构型B的45%;加载跨距为80~140 mm时,拉伸状态下构型A和构型B的结构初始刚度较为接近。总的来说,构型A的结构初始刚度略高于构型B,这是由两种构型过渡区的形状和材料不同而导致的。

  

图7 跨距对初始刚度影响曲线Fig.7 Effect of span on initial stiffness

2)跨距对极限破坏载荷的影响。加载跨距对连接结构的极限破坏载荷影响如图8所示,其变化趋势为:随着跨距的增大,极限破坏载荷逐渐减小。跨距相同的情况下构型A的极限破坏载荷均高于构型B,且随着加载跨距的增加,相差值成减小趋势。

广西财经学院的学风问题不是个案,而是新建本科院校的普遍现象。许多学者研究了这个问题。“近些年,新建本科院校在教学实践中不断积极探索学风建设的途径,在学风建设方面作了许多努力……但学风建设的效果并不十分明显”[3],安桂玲、魏彦红调查衡水学院发现,2010年上学期在图书馆借书0本的学生有43.7%,参加学术活动0次的学生有33.7%,并结合其他调查结果得出结论“新建本科院校学风不良”[4]。

  

图8 跨距对极限破坏载荷影响曲线Fig.8 Effect of span on ultimate failure load

诗歌的构成要素是韵律和隐喻。诗歌是一种隐喻性的思维,是“隐喻式语言”[1]119-124。隐喻使诗歌妙趣横生,激发读者的想象力和思维的创新性。作为中国浪漫主义文学源头的《楚辞》,想象丰富,诗味浓郁,隐喻功不可没。《楚辞》语言华美,其中的隐喻随处可见,可以说,《楚辞》是系统化的隐喻综合体,隐喻是《楚辞》的显著标志,是《楚辞》写作的一大诗学机制。

  

图9 跨距对极限承载弯矩影响曲线Fig.9 Effect of span on ultimate bearing moment

4 原T型连接结构承载能力评估

4.1 评价方法

根据某一跨距T型连接模型极限承载试验结果,可对均布压力作用下,原尺度T型连接结构在任意跨距时的承载能力进行评估,评估方法如下:

首先,根据跨距对T型连接结构极限承载弯矩影响较小的特点,已知某一跨距T型连接极限承载试验结果,即可近似推出其他跨距T型连接的极限破坏载荷;然后,根据载荷等效原则,将试验集中载荷换算成均布载荷;最后,根据缩比原则,确定原尺度结构的破坏均布载荷。

具体推导过程如下:

如图10所示,假设原尺度结构尺寸与全尺度缩比试验模型的缩尺比为λ,试验模型测试跨距为d,试件宽度为s,试验测得极限破坏载荷为F。当原始结构跨距D与测试跨距d不成λ比例时,需先根据不同跨距极限承载弯矩M相近的特点,近似得出缩比模型在缩比跨距(D/λ)下对应的极限破坏载荷F

F

(1)

根据合力相同的载荷等效原理,缩比模型极限破坏载荷对应的均布载荷为:

3)跨距对极限承载弯矩的影响。如图9所示,对同一构型而言,加载跨距对连接结构极限承载弯矩的影响较小,随着跨距的增加基本呈现小幅度上下波动趋势。这说明过渡区域局部弯矩对T型连接的破坏起主导作用,极限承载弯矩适于作为衡量不同构型T型连接优劣的指标。很明显,构型A的极限承载弯矩高于构型B,说明构型A的极限承载能力比构型B好。

P

(2)

参考文献(References)

P=P

(3)

  

图10 模型与原结构示意图Fig.10 Sketch of model and original structure

4.2 算例分析

以文中的T型连接构型B为例,试验测得极限承载弯矩M≈240 N·m,试件与原结构的缩尺比λ=2,试件宽s=30 mm,原结构跨距D=300 mm。则根据式(3)可得原结构均布破坏载荷P=0.71 MPa,而设计波浪载荷P=0.1 MPa,因此,结构的安全系数约为7,有较大的安全余量。

HU Xiaocai, DAI Di, YAO Xuefeng, et al. Study on initial failure location of T-joint[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2009, s1: 152-154.(in Chinese)

5 结论

本文针对复合材料舵翼骨架与蒙皮T型连接结构,从模型提取、载荷等效、试验研究及评价几个方面,提出了完整的研究方法与评价方法,所得主要结论如下:

空巢老人对生活质量的认知影响着其情感体验和行为取向,认知功能与日常生活能力呈正相关,独居老人认知能力下降速率是非独居者的两倍,“空巢”环境对其认知能力具有负面影响[8-9]。由此可见,延缓认知老化是维护空巢老人心理健康的重要方面之一。

1)将波浪载荷等效为集中载荷方法有效可行,简化了试验载荷的施加,尤其是为下一步的疲劳试验加载提供了基础。

2)A、B两种T型结构各有优劣,构型A极限破坏载荷大于构型B,但存在分层初始破坏,构型B极限破坏载荷虽小,但不存在明显的初始破坏点。

3)极限承载弯矩受加载跨距影响较小,适于作为不同跨距、不同构型T型连接优劣的衡量标准。

4)基于试验结果、载荷等效与缩比原则,建立原T型连接结构承载能力评价方法,推导了原T型连接结构均布破坏载荷计算公式,该公式还可反过来指导结构设计。

根据缩比原则,在应力水平相同的情况下,原尺寸结构的均布破坏载荷与缩比模型相同,即

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[3] 胡孝才, 戴棣, 姚学锋, 等.T接头初始破坏位置研究[J].航空制造技术, 2009, s1: 152-154.

如果在给定安全系数的情况,也可以根据式(3)对结构允许的最大跨度进行设计。仍以上述构型B为例,如果给定安全系数4,即P=0.4 MPa,则可快速计算跨距最大为

[4] 李梦佳, 陈普会, 孔斌, 等. Z-pin参数对复合材料T型接头拉脱承载能力的影响[J]. 复合材料学报, 2015, 32(2): 571-578.

(3)TK-NCC01型钻具回次进尺长度可达2 m,在保证较高岩心采取率的同时提高了钻进取心效率,能有效的控制钻井成本,取得较好的经济效益。

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表5显示的是普通教师心理健康的性别差异,从健康均分可以看出,男女教师心理健康水平无明显差异,但女教师强迫症状和恐怖因子分显著高于男教师(P<0.05),其它7个因子无明显性别差异(P>0.05)。

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在传统会计信息处理工作中,工作人员一般通过原始凭证和记账凭证的收集、归类、编制和加工完成的,整体的会计信息处理工作较为复杂、烦琐,尤其是碰到企业经营额较大的情况,会计人员的工作量很大。 如今,会计信息化的不断发展,企业财务人员可以将企业生产经营活动产生的财务单据收集起来,统一由各个部门汇总到财务部门,会计工作人员利用收集的资料编制会计分录,再制作出记账凭证,在完成以上工作的基础上,再完善和检查,最后编制出精准的会计报表,这样一来,使得会计数据统一到一张非常直观的报表上,便于企业管理者以此为据,进行企业的管理决策,从而带动企业发展。

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刘令,李华东,梅志远,周晓松
《国防科技大学学报》2018年第02期文献

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