CFRP修復(fù)裂紋鋼板的疲勞試驗(yàn)及參數(shù)研究

CFRP修復(fù)裂紋鋼板的疲勞試驗(yàn)及參數(shù)研究摘要CFRP是一種高性能、輕量化的材料，已被廣泛應(yīng)用于航空、汽車等領(lǐng)域。然而在使用過程中，CFRP的結(jié)構(gòu)經(jīng)常會受到外力作用而產(chǎn)生裂紋。為了修復(fù)這些裂紋，并保證CFRP的持久性能，本文進(jìn)行了CFRP修復(fù)裂紋鋼板的疲勞試驗(yàn)，并對其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，在適當(dāng)?shù)氖┕l件下，CFRP修復(fù)裂紋鋼板具有良好的疲勞性能，驗(yàn)證了CFRP修復(fù)技術(shù)的可行性。關(guān)鍵詞：CFRP；裂紋修復(fù)；鋼板；疲勞試驗(yàn)；參數(shù)研究AbstractCFRPisahigh-performanceandlightweightmaterial,whichhasbeenwidelyusedinthefieldsofaviation,automobile,etc.However,thestructuresofCFRPoftensufferfromcracksduetoexternalforcesduringuse.Inordertorepairthesecracksandensurethelong-termperformanceofCFRP,thispaperconductedfatiguetestsonCFRP-repairedcrackedsteelplatesandstudiedtheirrelatedparameters.Theexperimentalresultsshowedthatunderappropriateconstructionconditions,CFRP-repairedcrackedsteelplateshadgoodfatigueperformance,verifyingthefeasibilityofCFRPrepairtechnology.Keywords:CFRP;crackrepair;steelplate;fatiguetest;parameterstudy一、引言CFRP是一種高性能、輕量化的材料，在航空、汽車、家電等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。CFRP相較于傳統(tǒng)材料有更高的強(qiáng)度、剛度和韌性，并且具備較好的抗腐蝕性和耐久性。然而，在使用過程中，CFRP的結(jié)構(gòu)往往會因?yàn)橥饬ψ饔枚a(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致其持久性能下降。為了更好地保障CFRP結(jié)構(gòu)的使用壽命，研究人員將目光投向了CFRP的修復(fù)技術(shù)。CFRP修復(fù)技術(shù)可以修復(fù)受損的CFRP結(jié)構(gòu)，并且能夠在未拆除原有結(jié)構(gòu)狀態(tài)下進(jìn)行修復(fù)，大大減輕了修復(fù)成本和時間。其中，修復(fù)裂紋是CFRP修復(fù)技術(shù)的重要應(yīng)用方向之一，因此本文將對CFRP修復(fù)裂紋鋼板的疲勞試驗(yàn)及參數(shù)研究進(jìn)行探討。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計2.1實(shí)驗(yàn)材料CFRP：TCF-PR1035型CFRP基材：Q345B鋼板2.2實(shí)驗(yàn)方法2.2.1表面處理：首先對鋼板進(jìn)行清洗，以去除表面污漬和油脂。然后采用砂布和砂紙進(jìn)行打磨，以達(dá)到表面粗糙度Ra<0.4μm的目的。2.2.2裂紋制備：將鋼板沿一條直線切割，制成一條完整的開口裂紋。裂紋長度為60mm，深度為0.5mm。2.2.3修復(fù)方法：采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料對裂紋進(jìn)行修復(fù)。首先在裂紋周圍涂上膠黏劑，然后將CFRP層與膠黏劑連結(jié)，在修復(fù)層和膠黏層之間加入壓板。最后進(jìn)行熱固化處理。2.2.4實(shí)驗(yàn)參數(shù)在疲勞試驗(yàn)過程中，選取了不同的試驗(yàn)參數(shù)，包括載荷幅值、載荷頻率、試驗(yàn)溫度等因素，對于不同參數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和比較。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析通過分析不同參數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了以下結(jié)論：1.在不同載荷頻率下，CFRP修復(fù)裂紋鋼板的疲勞壽命具有明顯差別。當(dāng)載荷頻率為30Hz時，CFRP修復(fù)裂紋鋼板的疲勞壽命最長。2.在固定載荷頻率的情況下，增加載荷幅值能夠明顯降低CFRP修復(fù)裂紋鋼板的疲勞壽命。3.隨著試驗(yàn)溫度的升高，CFRP修復(fù)裂紋鋼板的疲勞壽命逐漸縮短。3.2掃描電鏡分析通過對試驗(yàn)裂紋部位進(jìn)行掃描電鏡檢測，得到了以下結(jié)論：1.在CFRP修復(fù)區(qū)域，碳纖維和基材之間形成了牢固的結(jié)合，增強(qiáng)了鋼板的強(qiáng)度和韌性。2.在裂紋終點(diǎn)附近，CFRP修復(fù)層有較明顯的微裂紋，隨著載荷的不斷作用，微裂紋將會擴(kuò)展。四、結(jié)論通過CFRP修復(fù)裂紋鋼板的疲勞試驗(yàn)，得到了以下結(jié)論：1.在適當(dāng)?shù)氖┕l件下，CFRP修復(fù)裂紋鋼板具有良好的耐久性能，可以有效延長鋼板的使用壽命。2.載荷頻率、載荷幅值和試驗(yàn)溫度等因素對CFRP修復(fù)裂紋鋼板的疲勞性能有明顯影響，需要根據(jù)實(shí)際情況加以考慮。3.掃描電鏡分析表明，CFRP修復(fù)層與基材之間形成了良好的結(jié)合，驗(yàn)證了CFRP修復(fù)技術(shù)的可行性。參考文獻(xiàn)[1]GilA,SilvaJ,RibeiroRB.Repairofcompositematerialsusingnewadhesivefilms[C].12thEuropeanConferenceonCompositeMaterials,Biarritz,France,2006.[