单向纤维复合材料的偏轴实验方法开发与评价(英文)

This study presents an integrated method suitable for off-axis tension and compression testing in unidirectional composites,and its application to the testing of in-plane shear characterization.A new rotating-grip test fixture,incorporating the attractive features of the existing pinned-end fixture and hydraulic wedge grips,has been developed.The proposed gripping system consists of two sets of jaw faces,each with a pair of self-aligning bearings that allows for loading in the axial and radial directions.Finite element analysis and experiments were performed to evaluate the effectiveness of the rotating-grip test fixture.Results from numerical calculations show that this method reduces stress concentrations near the end and produces relatively uniform stress distributions in the specimen gage section.Mechanical testing results show a considerable increase in the measured shear properties of composites,compared with the existing end grip systems.The results indicated that the new test fixture is significantly better than the conventional fixture,and is also comparable to the method of the oblique end-tab for off-axis testing.

不同温度下树脂基复合材料层合板力学性能试验

通过试验的方法研究了双马来酰亚胺树脂浇注体及碳纤维增强树脂基复合材料单向层合板在不同温度下的静态力学性能,并讨论了温度对材料力学行为的影响,最后对材料断口形貌进行了分析.试验结果表明:纯树脂浇注体拉伸、压缩性能受温度影响比较明显,且拉、压性能不同.对于拉伸性能,相对室温均值(20℃),160℃环境下模量均值及强度均值降幅分别为31.73%,44.71%,200℃时又分别下降了21.15%,20.37%;对于压缩性能,相对室温均值,160℃下模量及强度均值分别下降了26.67%,44.40%,而200℃时继续下降了6.66%,12.40%.层合板的纵向拉伸性能受温度影响较小,在200℃内,纵向模量与强度最大变幅分别为2.82%和2.53%,且材料断口从室温下的'毛刷'状变为了沿轴向劈断.材料的横向及面内剪切性能受温度影响较大,且应力-应变曲线存在明显非线性,但横向试件断口平整、面内剪切试件无明显紧缩现象,即均表现为脆性断裂特征.另外,相对室温均值,在160℃时,横向及面内切变模量分别下降约32.96%,41.25%,强度分别下降约15.83%,30.96%;在200℃时,横向及面内剪切性能继续下降,模量降幅为16.83%,22.52%,强度降幅12.24%,11.01%.

单向往复荷载作用下装配式部分包裹混凝土组合梁受力性能试验研究

为研究装配式部分包裹混凝土(PEC)组合梁的受力性能,完成了12个试件的单向往复荷载试验,研究了剪跨比、混凝土厚度、对拉螺栓设置等对承载性能与变形能力的影响.研究结果表明:随着剪跨比的增大,试件的破坏形态由剪切破坏向弯曲破坏发展;在试验加载后期,部分试件出现腹板两侧混凝土破坏不对称现象,导致试件承受弯矩和剪力的同时,还受到了扭矩的作用;对拉螺栓不但能够提高型钢对混凝土的约束效应,防止受压钢翼缘的局部屈曲,而且能够发挥抗剪连接作用,保证型钢与混凝土的协同工作;对于小剪跨比试件,混凝土厚度对承载力的影响较大;混凝土厚度对正截面受弯承载力的影响则相对较小,因此大剪跨比试件的承载力受混凝土厚度的影响相对较小.根据叠加原理,提出了装配式PEC组合梁的受剪承载力计算公式;根据平截面假定,提出了全截面塑性状态下的装配式PEC组合梁的受弯承载力计算方法.提出了三折线模型,建立了Vm-Mm的归一化关系.

氯盐干湿循环作用下CFRP混凝土界面黏结性能研究

为了考察碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)与混凝土结构在氯盐干湿循环作用下界面黏结强度,开展不同干湿循环周期下混凝土的弹性模量、抗压强度和CFRP混凝土单剪试件界面黏结性能的腐蚀劣化试验研究。通过模拟氯盐的干湿循环作用和自主设计的单剪试验稳定装置,对混凝土基体的腐蚀劣化性能和界面的有效黏结长度进行研究,基于Popovics方程分别对不同腐蚀周期的界面黏结应力-滑移关系和界面断裂能进行研究。在此基础上,分析干湿循环作用下CFRP-混凝土界面黏结强度的劣化机理,并建立界面的时变黏结强度计算模型。结果表明,随着干湿循环周期的增长混凝土基体的弹性模量整体变化不大,而抗压强度则呈现出先增大后减小的趋势,最终腐蚀120 d后较未腐蚀混凝土抗压强度降11.2%;界面的有效黏结长度从未腐蚀的120 mm降低到腐蚀120 d后的72 mm,界面的断裂能也大幅下降。基于Popovics方程得到的腐蚀环境下CFRP混凝土界面黏结应力-滑移关系可揭示界面黏结强度劣化机理,建立的界面时变黏结强度模型有效,可应用于不同干湿循环作用下CFRP混凝土界面黏结强度的计算。

硫酸盐侵蚀环境对CFRP-粘土砖界面粘结性能的影响

为探究硫酸盐浸泡环境下碳纤维增强复合材料(CFRP)-粘土砖界面粘结性能退化规律,试验采用质量分数为10wt%的硫酸盐溶液对CFRP-粘土砖试件进行加速腐蚀,并对材料性能进行测定,通过采集应变、承载力等参数,分析CFRP与粘土砖界面承载力能力与粘结强度变化规律。研究表明:硫酸浸泡对CFRP片材和树脂胶的力学性能无显著影响,但对粘土砖的抗压强度有明显影响,经过180天硫酸盐浸泡后,粘土砖抗压强度下降了34.50%。对于CFRP-粘土砖界面的极限承载力与粘结强度,研究发现CFRP的宽度对界面承载力和粘结强度均有影响,增加界面的宽度,可以增加界面的承载能力,但界面粘结强度会因此而下降,且粘结宽度越大,在硫酸盐持续浸泡作用下界面粘结性能退化越显著。在试验基础上引入硫酸盐综合影响系数,并对其采用两种不同方式进行计算,建立考虑硫酸盐浸泡影响的CFRP-粘土砖界面承载力关系模型,通过与试验值对比,本文提出的CFRP-粘土砖界面承载力能关系模型能够很好地预测硫酸盐持续浸泡对CFRP-粘土砖界面承载力退化情况。