低温作用后单向CFRP层合板拉伸性能及剩余强度研究
碳纤维增强环氧树脂基复合材料（CFRP）与钢材相比具有轻质高强等特点，已经广泛应用于土木工程领域。在土木工程领域应用中，CFRP构件不可避免受到各类恶劣环境因素的影响，其中低温环境也是重要影响因素之一。CFRP材料制成的构件经历低温作用后力学性能变化将直接影响建筑的安全性，因此需要对经历低温作用后的CFRP力学性能进行研究。本文以低温温度和低温作用时间为变量，借助高低温试验箱模拟自然低温环境，对CFRP层合板经历低温作用后的力学性能变化机理进行深入研究。本文分为物理试验、细观损伤分析、剩余强度预测三部分，研究结论如下： 首先，本文对经历长时间低温作用后的CFRP层合板剩余拉伸强度测试。试验表明，经历长时间低温作用过后，在同一低温环境，拉伸强度随着低温作用时间的增长呈现出先上升后下降的现象；在相同的低温作用时间内，拉伸强度随着温度的下降呈现出先上升后下降现象，作用时间越长，拉伸强度随低温下降的趋势越明显。 其次，本文结合数值模拟和电镜扫描对CFRP层合板进行了细观损伤分析。模拟结果观察到，低温作用后由于纤维和树脂的热膨胀系数不同会在复合材料内部产生热残余应力，热残余应力的存在影响了受到荷载作用时复合材料的破坏形式。从模拟损伤结果与实际复合材料受载损伤细观SEM图可以看出，在纤维积聚区域更容易产生残余应力，而在残余应力集中的区域更容易产生裂纹，裂纹的存在影响了复合材料受载时的应力传递。结合细观扫描图及数值模拟结果分析得出：复合材料拉伸强度下降是由于在经过长时间低温作用后，在热残余应力大于纤维与树脂粘结极限强度的区域会产生微裂纹，在受到拉伸荷载时，裂纹迅速扩展导致材料的强度下降。 最后，本文根据拉伸试验结果以及细观分析结论，建立了预测CFRP经历低温作用后剩余强度预测的中值老化剩余强度半经验预测模型。模型考虑了低温温度及低温作用时间两种因素对复合材料剩余强度带来的影响，获得了与实际试验结果更为接近的剩余强度预测值，证明改进模型更适用于CFRP低温作用后的剩余强度预测，为今后对低温环境下CFRP剩余强度的预测提供了参考。
碳纤维增强环氧树脂基复合层合板;拉伸强度;剩余强度预测;低温环境
西南科技大学
硕士
土木工程
贾彬;莫军
2021
中文
TU311
2021-08-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）