基于等效夹杂理论的橡胶粉水泥混凝土总体有效弹性常数预报

利用经过表面处理的橡胶粉颗粒制备橡胶粉水泥混凝土,从界面理论分析橡胶粉颗粒表面改性处理对橡胶粉水泥混凝土力学性能的影响,用Eshelby等效夹杂理论计算橡胶颗粒水泥混凝土复合材料的等效弹性常数,研究橡胶粉掺量对水泥混凝土有效弹性常数的影响规律,并对其弹性常数进行上下限计算。实验表明,随着橡胶粉掺量的增加,材料弹性模量呈递减趋势。预测结果表明,在橡胶粉掺量大于3.5%时,预测值与试验值相对偏差开始明显加大,但是绝对偏差依然较小,模型的理论计算值与实验值取得了良好一致,上限值与实验值十分接近。

横向增强芯材的等效弹性模量研究

为研究横向增强芯材的等效弹性模量,首先采用基于Eshelby等效夹杂原理的Mori-Tanaka方法,求解出包含横向增强构件的复合材料夹芯板中芯层的等效弹性模量。同时,采用有限元软件ANSYS对芯材元胞进行数值模拟并计算出等效弹性模量,其与Mori-Tanaka方法的计算结果误差基本在5%以内,验证了Mori-Tana ka方法的准确性。在此前提下,继续研究基体和增强构件的弹性模量及尺寸参数等因素对复合芯材等效弹性模量的影响规律。研究结果表明,Mori-Tanaka方法能够有效地用来进行横向增强芯材的等效处理,具有较高的准确性;基体和增强构件的弹性模量及尺寸对厚度方向的等效杨氏模量和面内泊松比影响显著,而对面内等效杨氏模量和厚度方向的泊松比影响较小。

基于Mori-Tanaka方法的炭纤维水泥砂浆力学性能研究

运用Eshelby等效夹杂原理和Mori-Tanaka方法,从细观力学的角度研究炭纤维水泥砂浆复合材料(CFRM)的力学性能,推导出CFRM力学参数表达式。根据CFRM中炭纤维和水泥砂浆的弹性模量和泊松比,分别计算得到炭纤维体积分数为0.3%、0.6%、0.9%时CFRM的力学性能参数值。同时通过实验测得不同炭纤维配比条件下的CFRM力学性能参数值。理论计算与实测的结果对比表明,Mori-Tanaka方法适用于炭纤维含量较低的CFRM复合材料力学性能研究,当炭纤维含量增大时,炭纤维在水泥砂浆中的分布不均匀导致计算结果与实测结果的误差增大。