采用相控阵超声检测方法对CFRP进行质量检测,并对其内部缺陷进行了定量评估。首先,通过检测数据分析实现了CFRP内部缺陷的A/B/C扫图像显示。其次,提出了一种基于多平面重建和体绘制的三维成像方法,实现了CFRP样件的整体三维成像。最后,通过分层缺陷预制体制备进行了缺陷三维成像精度实验。研究结果表明,CFRP内部缺陷的三维成像可视化结果的平均误差精度可以达到2.2 mm。

针对CFRP优化设计过程中由于设计变量较多导致收敛慢的问题,提出一种基于变量分层的协同优化设计方法。该方法中,将协同优化分为系统层面与子层面,子层面包括结构层面与材料层面,结构件的截面轮廓控制节点及其权因子作为结构层面的局部变量进行NURBS结构优化设计,CFRP铺层角度作为材料层面的局部变量进行固有频率优化设计,提取结构件总厚度作为系统层面的公共变量,通过子层面与系统层面设计变量的交互实现CFRP结构件宏细观协同优化设计。以汽车CFRP顶盖协同优化设计为算例,验证所提方法的可行性。优化结果表明汽车CFRP顶盖在满足强度与刚度性能的条件下,与汽车钢制顶盖相比,质量降幅为74.5%,固有频率增幅为125.5%。与整体优化法相比,分层协同优化法的优化效率显著提高。

为从超声振动影响切削方向角的角度去研究旋转超声辅助钻削CFRP过程中超声振动对孔壁质量的影响,分析了超声振动对钻削过程中刀具与纤维之间方向角的影响,然后基于自行研制的超声振动工具头采用单因素方法对单向层压CFRP进行了3mm直径孔的超声振动辅助钻削试验,最后观察了0°、45°、90°和135°四个典型切削角度上的表面形貌和粗糙度。结果表明超声振动通过改变刀具与纤维间切削角和增加刀具断屑能力的方法来改变钻削机理,旋转超声振动辅助钻削下各个方向的表面质量随振幅变化趋势不同,当振幅在4μm与16μm时孔壁平均粗糙度最好,Ra值相比普通钻削分别降低了32.6%和29.8%。

为了研究碳纤维高强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)在预制混凝土管片破损修复中的受力性能,以沿海某城市双线地铁盾构区间线路为项目依托,通过弯剪试验研究了破损管片经过CFRP修复后的抗剪与滑移行为。试验结果表明:随着CFRP粘贴长度的增加,承载力提高较大,整体挠度也相应增加,剥离滑移发生在CFRP与混凝土界面;随着层数的增加,承载力增加80%~100%,相对滑移下降60%~75%,抗剪能力提高180%;粘贴1层CFRP基本可满足现行规范要求。

对使用轻质材料制作的轻量化空间光学反射镜的应用背景进行了阐述,并论述了轻量化技术的关键环节-镜体材料的选择;提出高轻量化率镜体的材料选择准则:将碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)与铍(Be)、碳化硅(SiC)材料进行了综合比较和讨论,并针对CFRP材料的镜体结构进行了有限元仿真计算,最终选择了CFRP作为轻质空间光学反射镜的镜体材料.

为了考察硫酸盐环境下CFRP-混凝土界面黏结性能的退化规律,开展了162块CFRP-混凝土试件的单剪试验,研究了混凝土黏结面粗糙程度、混凝土强度等级、腐蚀龄期对CFRP-混凝土界面极限荷载、最大滑移量、黏结强度、断裂能的影响,并基于SEM扫描电镜技术分析了界面破坏机理。结果表明,混凝土强度从C30提升至C50,极限荷载上升幅度在1%~7%不等,总体上混凝土强度等级对提高界面黏结性能的影响不明显;硫酸盐环境下,环氧树脂胶体能较好的保护CFRP黏结区域;随着腐蚀龄期的增长,CFRP-混凝土界面的黏结性呈先增高后降低的趋势,增强点出现在第7天,30 d后界面极限荷载呈高速下降趋势;界面能在7 d时达到最大,随后逐渐降低;硫酸钠晶体的膨胀劣化是影响CFRP-混凝土界面黏结性能的主要因素。

介绍了一种使用CFRP加固老化钢筋混凝土梁的方法。采用新混凝土部分替换老化混凝土来防止CFRP和被加固梁间发生界面剥离破坏,并采取了相应构造措施来保证新旧混凝土的整体性。试验结果表明,采用复合加固技术可以将被加固老化钢筋混凝土梁的极限承载能力提高47%左右。

通过双面剪切试验设计了九组试验方案,以CFRP黏结长度、黏结宽度、黏贴层数三个因素为变量,根据CFRP应变、黏结应力的变化规律,研究了C30混凝土试件和碳纤维片材界面的黏结性能,以及在各级荷载作用下沿黏结长度的分布情况,分析了CFRP-混凝土界面的有效黏结长度。结果表明,随着CFRP黏结厚度、长度、宽度的增大,试件的极限荷载和应变均明显增加,但对初始剥离荷载和应变的影响不大;当继续增加荷载时,应力传递区域的长度不断加大,呈现动态变化趋势。

基于"预加力使混凝土成为弹性材料"的概念,并运用"有效惯性矩法"和力的平衡方法对碳纤维布加固部分预应力梁跨中正截面进行了应力、应变分析,给出了截面开裂弯矩和开裂截面几何特性,为碳纤维布加固部分预应力梁的研究提供了理论基础。

进行了6根CFRP方钢管再生混凝土短柱和2根方钢管再生混凝土短柱的轴压性能试验。研究了再生粗骨料取代率、CFRP包裹层数对CFRP方钢管再生混凝土短柱受力性能的影响。试验结果表明,CFRP方钢管再生混凝土短柱的承载力随着再生粗骨料取代率的增加而降低;增加CFRP包裹层数,其试件承载力变大。