单向碳纤维复合材料拉伸力学性能试验研究

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第33卷第29期　　　　　　　　　　Vol.33No.29山西建筑　　　　　　　　　　　　　　　　Oct.　　2007年10月　2007SHANXI　ARCHITECTURE

文章编号:100926825(2007)2920166202

单向碳纤维复合材料拉伸力学性能试验研究

孔　琴　李琳琳　邱伟伟

σ—ε曲线的影摘　要:通过对8组碳纤维试件的拉伸对比试验,研究了材料、粘贴层数对碳纤维复合材料的拉伸强度、

响,并从机理上进行了相应的分析,研究表明:布材主要决定复合材料的力学性能,粘贴层数对其拉伸强度的影响不大,且破坏前材料呈线弹性变化。

ε曲线关键词:碳纤维布,拉伸强度,σ—

中图分类号:TU528.57文献标识码:A

　　由于施工质量、地震、改变使用功能等方面的原因,建筑结构

的加固日益成为建筑行业的重要领域,复杂的结构形式与工程情况也对现有的加固手段提出了新的要求。由于具有强度高、耐腐蚀性好、加工工艺简单、施工方便、

施工空间无限制等优点,碳纤维复合材料在加固领域里迅速得到广泛的应用。所谓复合材料,是指两种或两种以上不同化学性质的或不同组织相的物体,以微观或宏观的形式组合而成的材料;在工程上主要是指一种材料以人工均匀地分散在另一种材料中,以克服单一材料的某些弱点,发挥综合性能。目前,工程中使用最多的是将碳纤维片材中的布材粘贴到混凝土表面用于结构的加固补强,而碳纤维布与环氧树脂形成复合材料后的力学性能是影响加固效果的关键所在中根据国家标准GB/T335421999验方法,从材料是均匀的假定出发,别,,。

行轴向拉伸,从而测得平行于纤维方向相应的极限抗拉强度(0°

σ—ε曲线,并对其进行对比分析,研究碳纤维复合材拉伸强度)、

料的力学性能特点。试件形状见图1,试件设计见表1。

表1　试件设计列表

种类面密度/g m-2

A200

B组别

AA1A2AB0B1BL/mmb/mmt/mm

230230230230230

1515151515

1110.0.1670.3340.501

层数11231123个数备注10不刷胶10刷胶10刷胶10刷胶10

不刷胶10刷胶1010刷胶

本试验利用液压式万能试验机加载,以1mm/min的速度进

行加载。为防止受力不均,试验过程中试件应严格对中;试件两侧加强片的厚度应相同,并保证对称粘贴。

1.3　试验现象

试件在加载过程中会出现时断时续细碎的噼噼啪啪的响声,接近破坏时,响声连续不断,声音越来越大,直至试件突然破坏,破坏位置处胶层均碎裂。对于A种布材,一层试件的破坏形式多为两端横截面脆断,断口较为整齐,多呈锯齿状,部分试件出现一端斜裂的现象;二层,三层试件的破坏形式多为纤维束间撕裂,有层间分离现象。对于B种布材,一层试件的破坏形式多为纤维束间撕裂;二层,三层试件的破坏形式多为层间分离、撕裂,纤维束间撕裂。

的一条行之有效的途径。参考文献:

[1]冯乃谦.高性能混凝土结构[M].北京:机械工业出版社,2004.[2]张　雄.建筑功能外加剂[M].北京:化学工业出版社,2003.

1　试验介绍1.1　试验设计

本试验根据国家标准设计了对比试验,对等截面矩形试件进　　提高矿物掺合料的利用率,可以降低生产成本,在保证混凝

土质量水平的前提下,提高经济效益,节约资源和能源,保护生态环境。一般情况下,各种工业废渣是通过磨细来提高其活性,活性填料在水泥胶砂中的应用又是解决矿物掺合料提高掺量问题

Influencetothestrengthofcementsand

rubberbyfillingmineraladmixturethisactivefilling

WANGJun　CHENMing2yu　XUEJian2jun

Abstract:Itresearchestheinfluencetothestrengthofcementsandrubberbyfillingmineraladmixtureinsteadofcement,getsthedevelop2mentruleofthecementsandrubberbyfillingmineraladmixtureinsteadofisometric40%～70%cement,andsolvethecontradictionbetweenthemuchmixingmineraladmixtureandtheearlystrengthintheconcrete,whichwillhaveactivemeaningtotheenvironmentalprotection.Keywords:mineraladmixture,replacementratio,strengthofcementsandrubber

收稿日期:2007205212

作者简介:孔　琴(19792),女,硕士,助理工程师,上海远东建筑设计院,上海　200433

李琳琳(19792),女,助理工程师,郑州大学综合设计研究院,河南郑州　450002邱伟伟(19822),男,助理工程师,中国核工业中原建设公司,上海　200092

第33卷第29期　　　　　　　　　　　孔　琴等:

单向碳纤维复合材料拉伸力学性能试验研究2007年10月

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2　试验结果与分析2.1　试验结果

根据国家标准GB/T335421999定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法的要求,文中对有效试验数据进行了处理。

拉伸强度计算公式:

σt=

b×t

裂纹相互连贯,直至最后分层撕裂破坏。定向纤维复合材料线弹性变化的特性2.2.4　

ε本试验沿纤维方向进行加载,一层,二层,三层试件的σ—

曲线均接近直线,没有明显的屈服点,呈线弹性变化,破坏时没有前兆,呈脆性破坏。由此可见,当载荷平行于增强纤维方向时,纤维复合材料极精确地遵循虎克定理;面密度与粘贴层数对碳纤维复合材料沿纤维方向呈线弹性变化的特性影响不大。

。

其中,σt为拉伸强度;Pb为极限荷载;b为截面宽度;t为试件厚度。

2.2.5　粘贴层数与0°拉伸强度之间的关系

如图2所示,文中对A,B两种试件的强度进行回归分析,提出关于0°拉伸强度与粘贴层数的关系式

。

2.2　试验结果分析

基体的作用2.2.1　

碳纤维复合材料的强度比碳纤维布的强度高。对于A种试

件而言,复合材料的强度是碳纤维布强度的2.15倍;对于B种试件而言,复合材料强度是碳纤维布强度的2.41倍。这是因为纤维与基体复合后,基体提供了一个连续的介质,保持了纤维的铺设方向,从结构上保证了纤维的载荷传递,允许纤维承受压缩和剪切荷载。同时,基体在纤维间起着分散和传递载荷的作用,也提高了纤维沿纤维方向的承载能力。纤维要起到良好的承力作用,需要按合理的比例均匀分散在基体内。经验表明,Vf的值一般以60%～65%最适宜,Vf过低,起不到最佳的增强效果。

A种试件:y=-112.15x2+291.75+720.2。

2.2.2　面密度对复合材料强度的影响

纤维是复合材料中的增强体,是主要的承力结构,它的力学特性主要决定了复合材料的力学性能。B度普遍比A种碳纤维布试件高,密,对同等宽度的碳纤维布而言,的强度比A2小;B种试件大。究其原因是,不能很,影响了试件的受力性能;并且在制作B2,胶体略有硬化,影响了试件的质量,以致其性能有所降低。A种碳纤维布面密度小,胶体容易浸透布材,试件质量容易保证,因而性能较为稳定。由此可见,面密度的大小会影响施工质量,从而影响基体所起的传递荷载的作用,进而影响试件的受力性能。

相关系数2=1,:760.-+。

1,,y为拉伸强度,MPa;x　1)碳纤维复合材料比碳纤维布材的0°拉伸强度高,究其原因

2.2.3　粘贴层数对复合材料强度的影响

碳纤维粘贴的层数对其强度的影响并不明显。二层,三层与

一层相比,强度变化不大,并且从总体上来说,一层试件的强度要高于二层,三层。产生这种情况的主要原因是处理试验结果所用的数学公式与试样破坏形式不完全适应。拉伸强度计算公式(最大拉伸荷载除以标距段截面积)仅假设了一种破坏模式,即试样的断裂面垂直于试样纵轴,这是一种理想的破坏状态,然而,实际上并非如此。无论是哪一 …… 此处隐藏：3358字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……