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聚丙烯纤维材料增强韧性研究

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2017-03-30 18:00【

纤维(聚丙烯纤维)混凝土作为一种典型的复合材料具有独特的结构特性,其力学性能规律不仅取决于其组成成分,也取决于细观结构特征,聚丙烯纤维的分布规律,形状,体积率及界面性质等。因此,采用细观力学方法进行分析和研究复合材料的微观结构,探讨宏观与细观之间的内在联系,寻求从更细微的角度去揭示复合材料损伤破坏的本质,最终建立相应的细观模型。近年来,众多的力学工作者共同合作已经取得了大量的研究成果。董振英等对纤维增强韧性材料的理论研究进展进行了总结和回顾:

①界面力学模型

以纤维-基体界面为研究对象,分析外力作用下界面发生脱黏、相对滑动等破坏过程的力学模型。

②纤维增强脆性复合材料力学模型以纤维对基体材料的增强、增韧作用为研究对象,分析纤维桥联对于脆性基体材料中宏微观裂纹扩展阻滞效果的力学模型。

③纤维混凝土单向拉伸力学模型以纤维混凝土材料在单向拉伸条件下的本构行为为研究对象,从宏细观角度对纤维增强脆性材料变形行为进行解释的力学模型。根据本课题试验研究以及工程应用相关内容,主要对单轴拉伸试验与之相对应的单向拉伸力学模型进行详细说明:单轴拉伸条件下的纤维混凝土材料的本构模型是材料工作者非常感兴趣的领域。这主要是因为,与其他受力条件(受压、受剪、劈拉及各种复合加载条件)相比,单轴拉伸试件破坏形式比较简单,破坏准则便于掌握,易于进行增强及破坏机理的分析 ,因此,至今为止,大量的材料工作者采用了不同的加载方式,不同的混凝土材料,纤维品种以及纤维体积掺率,进行了许多种的单轴拉伸试验,但是由于难度相对较大,到目前为止还没有完全统一的试验方法。


聚丙烯纤维混凝土在单轴拉伸条件下,其应力-应变全曲线按其开裂后的形态可以分为应变强化,应变软化两种模型,见图1.2。总体来说,当基体开裂后,开裂处的9荷载将完全由纤维承担,若纤维数量较少,则不能继续承担开裂前的荷载,所以随着裂缝的继续张开,荷载急剧下降,变形曲线出现软化段,纤维逐渐被拔出,或者直接断裂,最终发生单缝破坏现象,如图 1.2a 所示;若纤维掺量足够大,基体开裂后,随着裂缝的不断张开,纤维可以继续承载并且可以增大,从而使基体再次在其他断面开裂,形成多缝开裂现象,如图 1.2b 所示,此时的聚丙烯纤维混凝土变形曲线呈现出应变强化趋势,复合材料的强度和韧性得到一定程度的提高。


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