采用碱溶液浸泡和煮沸对椰壳纤维进行预处理,研究了处理时长对椰壳纤维吸水率、表面形貌、拉伸强度、弹性模量和表面静摩擦力的影响,并将预处理椰壳纤维掺入到水泥基材料中,研究了预处理椰壳纤维对水泥基材料拉伸性能和弯曲性能的影响。结果表明:与未处理椰壳纤维相比,煮沸处理2 h或碱处理5 h后,椰壳纤维的吸水率分别降低了40.25%、48.56%,拉伸强度分别降低了3.26%、5.54%,弹性模量分别降低了8.71%、3.32%,表面静摩擦力分别提高了209.41%、262.35%;采用浓度为15%的有机硅烷溶液浸泡预处理椰壳纤维后,再将预处理椰壳纤维分别按质量比m碱处理∶m煮沸处理=3∶1、m碱处理∶m煮沸处理=1∶1混掺时,水泥基材料的拉伸强度、弯曲强度较空白组分别提高了76.08%、68.04%。

设计了10组ECC试件,并进行了哑铃型单轴拉伸和薄板四点弯曲试验,研究了粉煤灰掺量、水胶比和PVA纤维体积率对ECC拉伸性能与弯曲性能的影响。结果表明,增加粉煤灰掺量,ECC试件抗拉强度和抗弯强度均先增大后减小,当粉煤灰掺量为1.2时,ECC的受拉应变-硬化特性最明显,极限拉应变可稳定达到4.7%以上;增大水胶比,ECC的抗拉强度和抗弯强度降低,但极限拉应变增大且受拉应变-硬化特性明显;增大PVA体积率可明显提高ECC的抗拉强度、极限拉应变和抗弯强度。

参照ASTMC 1609和JSCE SF-4评价方法,研究了混合端钩钢纤维和直钢纤维增强快硬自密实混凝土的弯曲性能。与同等掺量的单掺钢纤维相比,掺入混合钢纤维,可显著改善混凝土的力学性能,提高混凝土的弯曲韧性和抗弯强度。推导的混合钢纤维混凝土的抗弯强度公式,可用于调整端钩钢纤维和直钢纤维的掺量。比较混掺不同掺量的钢纤维混凝土的协同效能表明,掺0.3%直钢纤维和0.5%端钩钢纤维的协同效能最好。

通过纤维矿渣微粉混凝土在高温后的弯曲试验,探讨了温度、矿渣掺量、纤维类型与掺量、混凝土强度等级对高温后纤维矿渣微粉混凝土抗折强度和荷载-挠度曲线的影响。结合扫描电镜照片,研究了高温后纤维矿渣微粉混凝土的劣化机理。结果表明,高温后纤维矿渣微粉混凝土弯曲性能随受热温度的升高而不断劣化;钢纤维、矿渣微粉和聚丙烯纤维均会在一定程度上提高高温后混凝土的弯曲性能。通过对试验结果的统计分析,提出了在考虑温度、矿渣微粉掺量和钢纤维掺量影响下的纤维矿渣微粉混凝土抗折强度计算公式。

研究了钢筋高强自密实混凝土板的弯曲性能,并考察了钢纤维对于钢筋高强自密实混凝土板弯曲性能的影响。共设计了5组配合比、15块1.1m×1.1m×0.1m板底密集配筋的方板,测试了方板的抗弯强度、荷载-挠度曲线、弯曲破坏形态以及裂缝分布情况。研究发现,高强自密实混凝土板的抗弯强度较普通混凝土板有明显提高,但是脆性也更为明显;钢纤维的引入改善了钢筋高强自密实混凝土板的弯曲性能,板的延性和变形能力得到了显著提高,方板的裂缝条数明显增加。

为研究混凝土强度、复合梁黏结面处理方法和PVA纤维水泥基复合材料层厚度对PVA增强混凝土复合梁弯曲性能的影响,对十二组100 mm×100 mm×400 mm的复合梁试件进行了四点弯曲试验,分析了试件破坏过程和弯曲性能。结果表明,与基体强度C30的普通混凝土梁相比,随着PVA纤维水泥基复合材料层厚度的增加,复合梁的极限荷载提高了26.7%～48.4%;与基体强度C40的普通梁相比,随着PVA纤维混凝土层厚度的增加,复合梁的极限荷载提高了15.7%～46.6%;随着基体混凝土强度等级的提高,复合梁的极限承载力得到明显提升;复合梁黏结面进行凿毛处理对其极限荷载有所提高。

为揭示气动网格气囊结构对驱动器弯曲性能的影响,以单气囊和双气囊模型为对象,开展了非线性有限元分析研究。研究发现矩形气囊较纵向圆柱、三角形和横向圆柱气囊具有更好的弯曲性能。在矩形气囊中,减小壁厚、增大气囊高度可以提升弯曲效果,增加气囊长度虽也可提升弯曲角度,但会降低单位长度的弯角。通过双气囊模型分析,发现气囊的变形存在耦合关系,导致每个气囊实际的弯曲效果均小于单独作用时,同时由于大位移引起的非线性,使得气囊引起实际弯曲变形还与所处位置有关系,因此在软体机器人建模中常用的常曲率模型可能存在局限性。

三维编织复合材料的性能与编织参数密切相关,为了研究碳纤维编织复合材料齿轮的弯曲性能及其与编织参数的关系,提出复合材料及齿轮弯曲性能预测模型。基于代表性体积单胞法和均质化思想建立复合材料的细观、宏观双尺度模型,采用体积平均法、借助有限元手段预测复合材料及齿轮的弯曲性能。并且,采用四步法编织及模压成型方法制备两对碳纤维编织复合材料齿轮,通过试验获得特定编织参数下复合材料及齿轮的弯曲性能。预测结果与试验结果吻合

提出一种由3D打印技术和硅胶浇筑技术相结合的锯齿状气动软体执行器,对执行器的弯曲角度与气压的关系进行数学建模,通过单轴拉伸实验对材料参数进行测定,利用ABAQUS软件对影响执行器弯曲性能的因素进行有限元仿真,并对不同因素参数组合下的执行器弯曲位姿和运动区域进行分析,从而获得各因素综合作用下的最佳参数组合。搭建实验平台,对最佳参数下的执行器弯曲角度和运动区域进行实验测定,验证了建模的准确性。