不同应变率和温度下AFRP力学性能试验研究

利用MTS液压伺服高速试验机测试芳纶纤维(Kevlar 29)增强复合材料(AFRP)在不同应变率(25,50,100和200s-1)和温度(-25,0,25,50和100℃)条件下的力学性能.结果表明,在相同温度(25℃)下,随着应变率的增大,杨氏模量和拉伸强度先增大(25~50s-1)后减小(50~200s-1),而韧性则表现为相反的趋势.在相同应变率(25s-1)下,温度的升高会造成杨氏模量出现波动,拉伸强度上升,而韧性则没有明显的改变.不同试验条件下AFRP破坏形态没有明显区别,均为较平整断裂面.最后,通过Weibull分析,量化了破坏强度在不同应变率和温度下的离散程度.     

玄武岩纤维复材筋海水海砂混凝土短柱轴压性能

为解决沿海地区或岛礁建设中钢筋混凝土结构耐久性不足的问题,同时推动海水海砂资源的有效利用,开展了玄武岩纤维复合材料筋增强海水海砂混凝土（BFRP-SSC）短柱轴压性能研究. 研究了纵筋配筋率和箍筋间距对试件轴压性能的影响. 结果表明：BFRP-SSC短柱在加载过程中随着混凝土被压碎、箍筋发生断裂而破坏,表现为较脆性的破坏形式. 增加纵筋配筋率可以增加试件的极限承载力,而配箍率对极限承载力影响不明显,同时减小箍筋间距可以增加其延性. 对比了国内外纤维增强复合材料（FRP）筋混凝土柱承载力计算方法,BFRP-SSC短柱承载力的计算应当考虑BFRP纵筋的贡献. 本文结果可以为BFRP-SSC短柱的设计和应用提供数据支撑和理论依据.     

超高性能海水海砂混凝土的组成设计与纤维增强增韧

基于单纯形重心设计法对超高性能海水海砂混凝土（ultra-high performance seawater sea-sand concrete, UHPSSC）进行了配合比设计优化,并研究了短切超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE）纤维和钢纤维对UHPSSC工作性能和力学性能的影响. 结果表明：在综合考虑UHPSSC的流动度、抗折强度和抗压强度的情况下,胶凝材料组成的最优配比确定为水泥、硅灰、粉煤灰的质量比为0.75∶0.15∶0.10. 随着短切纤维掺量的增加,UHPSSC的流动度逐渐降低,抗折强度、抗压强度和弯曲韧性均逐渐增加. UHMWPE纤维对UHPSSC流动度的影响程度更大,而钢纤维对力学性能的提升效果更明显. 随着UHMWPE纤维体积分数的增加,UHPSSC的弯曲破坏模式逐渐由脆性破坏转变为韧性破坏. 当UHMWPE纤维掺量为1.0%时,二次峰值荷载会高于初裂荷载. 此外,当同时混掺钢纤维和UHMWPE纤维时,UHPSSC的流动度略有下降,抗折强度、抗压强度及弯曲韧性均大幅提高. 本研究成果可为UHPSSC的设计和工程应用提供一定的参考.     

玄武岩织物增强水泥基复合材料拉伸力学性能

利用美特斯(MTS)万能试验机研究了掺入不同体积掺量(0、0.5%、1.0%、1.5%)短切碳纤维、玻璃纤维、钢纤维的2层和3层玄武岩纤维织物增强水泥基复合材料的拉伸力学性能.结果表明:短切碳纤维、玻璃纤维、钢纤维均可明显增加玄武岩纤维织物增强水泥基复合材料的开裂强度,并且存在最优体积掺量;在0~1.5%掺量范围内、2层织物时,开裂强度随着3种短纤维掺量的增加而增加,掺量1.5%时最大;3层织物时,开裂强度随着碳纤维、钢纤维掺量的增加先增加后减小,掺量1.0%时达到最大值,而随着玻璃纤维掺量的增加持续增加,掺量1.5%时最大.短切碳纤维、玻璃纤维不能增加其峰值荷载,而钢纤维则明显提高其峰值荷载,2层织物时最优掺量为1.5%,3层织物时最优掺量为0.5%.     

CFRP在不同应变率和温度下的力学性能试验研究

采用真空辅助树脂灌注成型工艺(VARI)制备了CFRP,利用MTS液压伺服高速机对CFRP试件在4种应变率(25,50,100和200s-1)和6种温度(-25,0,25,50,75和100℃)下进行测试.试验结果表明,在相同温度(室温25℃)下,除200s-1应变率下的韧性外,拉伸强度和韧性随着应变率的提高而明显增大.在相同应变率(25s-1)下,与室温相比,随着温度的升高或降低,CFRP的拉伸强度和韧性都将降低.试件破坏形态在不同应变率下并没有明显区别,但在不同温度下有所改变.最后,通过Weibull分析,研究了拉伸强度在不同条件下的变化规律.     

碳纤维带电热技术的试验研究

提出了一种基于碳纤维带的新型室内地暖电热系统,并介绍了电热板的设计思路、试验模型和建造过程,得到了试验结果.试验通过将三条宽度为50mm,间距为200mm的碳纤维带预埋在水泥砂浆中构成电热板,检测不同位置温度随时间的变化和系统能耗,以获得系统的电热性能.结果表明:电热系统升温迅速,平均升温速率能达到1.83℃/min.竖直方向的温度变化梯度远大于水平方向温度变化梯度.碳纤维带电阻稳定性较好,地暖反射膜和保温板的隔热效果良好,温控装置对减少能耗成效显著.     

玻璃纤维束拉伸力学性能影响参数试验研究

利用MTS万能试验机对不同标距(25,50,100,150,200和300mm)的玻璃纤维束进行了准静态(应变率为1/600s~(-1))拉伸测试.同时,利用Instron落锤冲击系统分别研究了标距为25mm的试样在不同应变率(40,80,120和160s~(-1))和不同温度(25,50,75和100℃)条件下的力学性能.结果表明,玻璃纤维束的拉伸力学性能与标距、应变率和温度具有相关性:杨氏模量随着标距和应变率的增加而增大,但随着温度的增加而减小;拉伸强度随着标距的增加而减小,随应变率的增加而增大,但随着温度的增加却呈先减后增的趋势;峰值应变随着标距增加而减小,但随温度的增加而增大.最后,利用Weibull模型进行统计分析,量化了不同标距、应变率和温度下纤维拉伸强度的随机变化程度,获得的Weibull参数可服务于工程应用.     

Kevlar布层间及钢板单搭接黏结性能的试验研究

为了研究Kevlar纤维布层间以及纤维布与钢板单搭接的黏结性能,利用MTS微机控制电子万能试验机,分别对双层Kevlar 49纤维布和Kevlar 49纤维布/钢板单搭接剪切接头的力学性能进行测试.结果表明,双层Kevlar 49纤维布、Kevlar 49纤维布/钢板单搭接剪切接头试样的有效黏结长度分别为25mm和50mm.在有效黏结长度范围内,两种单搭接接头的黏结力均随着黏结长度的增加而增加,但增加幅度逐渐减小,当达到有效黏结长度时,黏结力达到最大值;黏结应力随着黏结长度的增加逐渐降低.本研究结果为土木工程结构补强所用Kevlar纤维布的合理黏结长度提供参考数据.     

玄武岩织物增强碱激发砂浆高温后抗弯力学性能

对高温处理后的玄武岩织物增强碱激发矿渣粉煤灰砂浆试件进行了三点弯曲试验,并探讨了环氧涂层、基体类型、织物层数对玄武岩织物增强试件耐高温性能的影响.试验结果表明:随着温度升高,由于基体和玄武岩纤维的劣化,玄武岩织物增强碱激发矿渣粉煤灰砂浆试件抗弯承载力近乎呈线性下降,并且破坏模式由多重开裂转变为单一裂缝破坏;经800℃高温处理1 h后,试件的残留抗弯强度仅为1.67 MPa.改性环氧树脂浸渍在600℃以下对抗弯强度有增强作用,超过600℃时,随着环氧树脂的挥发和界面黏结性能下降,环氧浸渍试件的抗弯强度会大幅下降.相比玄武岩织物增强硅酸盐水泥砂浆试件,碱激发砂浆试件表现出更好的耐高温性能,在400℃及以上高温情况下,抗弯强度的降幅更小.织物层数在一定程度上能提高试件高温后的力学性能,但提高作用随温度升高逐渐减弱,当温度到600℃时,增加织物层数对涂覆处理后试件的抗弯承载力几乎没有影响.     

碳纤维带电热地暖热性能的优化分析

碳纤维带电热地暖是一种新型室内地暖，而碳纤维带的布置形式直接决定了地暖的耗能情况和用户的舒适度该文通过改变碳纤维带的布置方式，测试电热装置电热性能运用通用有限元软件ANSYS建立三维模型，对该电热装置的电热性能进行数值模拟分析，并通过与试验数据的对比，验证有限元模型的准确性通过改变碳纤维带宽度和间距两个参数，得到不同碳纤维带分布形式，并对其电热性能进行模拟对比分析结果表明：改变碳纤维带的连接方式，可以有效地改变其电阻，控制电热装置的产热效率；采用50 mm宽碳纤维带均匀间隔50 mm的布置方式，表面温度分布均匀，采暖效果良好