论文部分内容阅读
纤维增强复合材料(FRP)凭借其优良的力学性能在结构加固领域得到广泛的应用。深入研究FRP材料的多尺度力学性能有助于揭示FRP加固结构的局部损伤断裂演化规律并建立充分考虑材料离散和断裂破坏特性的结构可靠性设计理论。本文主要开展了以下工作:(1)利用MTI微型拉伸试验机测试了标距为25 mm的玄武岩纤维丝试样的准静态拉伸性能。利用MTS万能试验机对不同标距(25,50,100,150,200和300 mm)的玄武岩纤维束进行了准静态(应变率为(1/600)s-1)拉伸测试。同时,利用Instron落锤冲击系统分别研究了标距为25 mm的试样在不同应变率(40,80,120和160 s-1)和不同温度(25,50,75和100°C)条件下的力学性能。(2)采用真空辅助树脂灌注成型工艺(VARI)制备玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)。利用MTS万能试验机和Instron落锤冲击系统分别研究了单束BFRP在室温(25°C)条件下的准静态(应变率为(1/600)s-1)力学性能和不同应变率(40,80,120和160 s-1)、温度(-25,0,25,50,75和100°C)条件下的力学性能。为探究BFRP的尺度效应,利用MTS液压伺服高速机对BFRP片材(内含8束纤维)试件在四种应变率(25,50,100和200 s-1)和六种温度(-25,0,25,50,75和100°C)条件下进行了测试。(3)采用二参数Weibull分布模型量化了玄武岩纤维及其FRP在不同测试条件下的拉伸强度的随机变化规律,获得的Weibull参数可服务于工程应用。另外,建立数值模型,借助玄武岩纤维丝的Weibull参数模拟纤维束的拉伸行为。(4)将BFRP与碳纤维增强复合材料(CFRP)和玻璃纤维增强复合材料(GFRP)系统性地进行力学行为和性能方面的对比分析,进一步揭示其推广应用前景。本文研究结果表明,玄武岩纤维的力学性能与试样的标距长度和结构尺度(纤维丝—纤维束)以及测试条件存在很大的相关性,试样的拉伸强度会随着其标距和结构尺度(从纤维单丝到纤维束)的增加而降低,随应变率的增加而增大;BFRP的力学行为除了受到尺度效应的影响,还呈现出明显的应变率和温度相关性。拉伸强度随着随着应变率的增加而增大,而随着结构尺度(从单束到多束)和温度的增加而降低。尽管BFRP的拉伸强度低于CFRP,但其能量耗散性能优于CFRP,这主要归功于其良好的抵抗变形的能力。