FRP拉擠型材層間斷裂力學(xué)性能研究

FRP拉擠型材層間斷裂力學(xué)性能研究摘要本文通過(guò)分析FRP拉擠型材在層間斷裂過(guò)程中力學(xué)性能，研究FRP拉擠型材層間斷裂的破壞模式、影響因素及其對(duì)層間斷裂強(qiáng)度的影響。首先介紹了FRP拉擠型材的基本概念，然后闡述了層間斷裂的破壞機(jī)制。接著，本文系統(tǒng)地概述了影響FRP拉擠型材層間斷裂的因素，包括材料本身的特性、工藝制備狀態(tài)、外界環(huán)境等。最后，針對(duì)這些因素對(duì)層間斷裂強(qiáng)度的影響，本文提出了一些預(yù)防層間斷裂的方法，以期為工程實(shí)踐提供一些參考。關(guān)鍵詞：FRP拉擠型材；層間斷裂；力學(xué)性能1.引言FRP（纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）已成為結(jié)構(gòu)加固的主要材料之一，廣泛應(yīng)用于橋梁、路面、隧道、建筑結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。在FRP材料中，以拉擠型材為代表的常規(guī)型材是應(yīng)用最廣泛的一種型材。在實(shí)際應(yīng)用中，F(xiàn)RP拉擠型材常常出現(xiàn)層間斷裂的情況，降低了其力學(xué)性能和工程應(yīng)用價(jià)值。層間斷裂是指在FRP拉擠型材的堆疊層之間出現(xiàn)破壞或裂紋。層間斷裂是影響FRP拉擠型材力學(xué)性能的重要因素之一。通過(guò)研究FRP拉擠型材層間斷裂的力學(xué)性能，可以更好地理解其破壞性質(zhì)，為工程應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。2.FRP拉擠型材的力學(xué)性能FRP拉擠型材是一種采用纖維增強(qiáng)材料和樹(shù)脂基質(zhì)混合制備而成的建筑材料。其常規(guī)的拉擠方向是縱向，在應(yīng)力狀態(tài)下，纖維的方向與受力方向相同，樹(shù)脂基質(zhì)則為纖維提供了強(qiáng)度支撐。由于其材料性能優(yōu)良，可以滿足工程設(shè)計(jì)要求；同時(shí)其強(qiáng)度、耐久性、阻燃性、抗腐蝕性等特點(diǎn)滿足了大型工程現(xiàn)代化、節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展要求。因此在建筑材料領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。FRP拉擠型材的力學(xué)性能一般從承載力、剛度及疲勞壽命等方面進(jìn)行評(píng)估。承載力是指FRP材料抵抗外界載荷的能力，一般采用極限荷載和彈性模量進(jìn)行衡量。剛度是指外界載荷作用下，F(xiàn)RP材料的變形程度，一般采用楊氏模量進(jìn)行評(píng)估。疲勞壽命則反映出材料長(zhǎng)期使用情況下所承受的疲勞性能，一般采用疲勞壽命測(cè)試得出。3.層間斷裂的破壞機(jī)制層間斷裂是FRP拉擠型材常見(jiàn)的破壞形式之一，其破壞過(guò)程分為三個(gè)階段，分別是裂紋形成階段、裂紋擴(kuò)展階段以及穩(wěn)定破壞階段。裂紋形成階段：在外界載荷的作用下，F(xiàn)RP拉擠型材的幾何形狀和材料性能會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而在層間產(chǎn)生應(yīng)力集中。這種應(yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂基質(zhì)的脆性破壞，并沿著拉面方向形成微小裂紋。裂紋擴(kuò)展階段：隨著外界載荷的增加，層間裂紋會(huì)因應(yīng)力強(qiáng)度不足而擴(kuò)展，擴(kuò)展方向一般為橫向。隨著裂紋的不斷擴(kuò)大，它最終將跨越整個(gè)拉伸面，造成FRP拉擠型材層間破壞。穩(wěn)定破壞階段：FRP拉擠型材在層間出現(xiàn)裂紋后，盡管可能仍然能夠承受稍高的載荷，但其強(qiáng)度已經(jīng)下降，進(jìn)入到了穩(wěn)定破壞階段；這時(shí)候，外界載荷使用時(shí)間越長(zhǎng)、載荷作用次數(shù)越多，F(xiàn)RP拉擠型材的破壞速率將會(huì)不斷增加。4.影響FRP拉擠型材層間斷裂的因素材料本身的特性：FRP拉擠型材的材料性能會(huì)直接影響層間斷裂的強(qiáng)度。因?yàn)镕RP材料在拉伸載荷的作用下會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，尤其是當(dāng)FRP材料的彈性模量較低的時(shí)候，就會(huì)更容易發(fā)生分層破壞。當(dāng)FRP材料的彈性模量越高，其抵抗彎曲變形的能力越強(qiáng)，拉伸面上的應(yīng)力集中會(huì)得到一定程度的緩解，進(jìn)而有助于防止層間裂紋的出現(xiàn)。工藝制備狀態(tài)：不同工藝制備狀態(tài)會(huì)造成FRP拉擠型材的層間斷裂強(qiáng)度不同。例如拉擠速度、模具溫度、鮑爾比編號(hào)、樹(shù)脂數(shù)量等，這些參數(shù)不同都會(huì)對(duì)到拉擠型材的力學(xué)性能產(chǎn)生重大影響。必須根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景以及材料性能進(jìn)行調(diào)整。外界環(huán)境：FRP拉擠型材應(yīng)用的外界環(huán)境也會(huì)直接影響拉擠型材的層間斷裂強(qiáng)度。例如濕度、溫度、太陽(yáng)輻射、化學(xué)腐蝕等因素，均會(huì)加速FRP拉擠型材的老化和降低材料的力學(xué)性能；更壞的是，這些因素均會(huì)促使層間裂紋的產(chǎn)生。5.層間斷裂強(qiáng)度的預(yù)防為了預(yù)防FRP拉擠型材的層間斷裂，需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：合理選材：材料強(qiáng)度和彈性模量對(duì)于FRP拉擠型材的力學(xué)性能非常關(guān)鍵，因此在選材時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)工程要求和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行考慮，并權(quán)衡各種因素的利弊。完善工藝制備：工藝制備狀態(tài)的改變是影響FRP拉擠型材力學(xué)性能的重要因素之一，因此在制備過(guò)程中應(yīng)根據(jù)材料要求和工程條件進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，以優(yōu)化FRP拉擠型材制備工藝。環(huán)境控制：外界環(huán)境的變化對(duì)于FRP拉擠型材的老化速度和力學(xué)性能都會(huì)產(chǎn)生影響，因此在實(shí)際應(yīng)用中，必須根據(jù)材料特性和應(yīng)用場(chǎng)合，采取相應(yīng)的環(huán)境控制措施，降低層間斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。6.結(jié)論本文系統(tǒng)地闡述了FRP拉擠型材的力學(xué)性能和層間斷裂的破壞機(jī)制，并分析了影響FRP拉擠型材層間斷裂強(qiáng)度的因素，提出