水泥基复合材料微胶囊自修复技术研究

发布时间：2024-06-12 01:06

　　在水泥基材料中加入适当比例的纤维时可以有效地增强其韧性,通过合适的材料配合比可以使其极限抗拉应变达到3%以上。掺加纤维的水泥基复合材料在发生破坏时会产生细密的裂缝,因此将微胶囊与纤维同时掺加在水泥基材料中会产生更好的修复效果。由于实际试验对人工成本消耗较多,本文制作了具有修复效果的微胶囊,从有限元模拟仿真的角度分析微胶囊的掺入对高韧性水泥基复合材料的修复效果,同时探究其对力学性能的影响。微胶囊选择有机型微胶囊,囊壁材料选用脲醛树脂,囊芯材料选用环氧树脂,制得的微胶囊呈球形。控制微胶囊成型过程中搅拌器的转速分别在200rpm、400rpm、600rpm下,制得的微胶囊平均粒径在244μm、205μm、176μm,分别测出三种不同粒径微胶囊的粒径分布、囊芯含量以及包裹率,从而得到使试验效果最佳的微胶囊粒径。微胶囊与纤维采用蒙特卡洛算法在基体中进行随机投放,实现了三维实体微胶囊与纤维在三维空间基体中的随机分布,为有限元模型构建提供了便捷条件。有限元模拟使用ABAQUS软件,基体采用ABAQUS中自带三大类模型中的塑性损伤型,微胶囊采用Crushable Foam模型,纤维使用一种自组合模型,...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 选题背景及研究目的
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 PVA纤维研究现状
        1.2.2 自修复水泥基复合材料研究现状
        1.2.3 有限元模拟研究现状
    1.3 主要研究内容及方案
第2章 微胶囊的制备
    2.1 试验材料和主要仪器设备
    2.2 微胶囊的制备流程
    2.3 微胶囊基本参数测定
        2.3.1 微胶囊粒径分布
        2.3.2 微胶囊囊芯含量
        2.3.3 微胶囊包裹率
    2.4 微胶囊的选取
第3章 纤维及微胶囊分布模型建立
    3.1 蒙特卡洛算法
    3.2 纤维在基体中分布模型建立
        3.2.1 二维分布模型建立
        3.2.2 三维分布模型建立
    3.3 微胶囊在基体中分布研究
    3.4 本章小结
第4章 微胶囊自修复水泥基材料有限元模型建立
    4.1 建模方法研究
    4.2 微胶囊、基体与纤维的单元选择
    4.3 本构关系的选择
        4.3.1 基体本构关系模型建立
        4.3.2 微胶囊本构关系模型建立
        4.3.3 PVA纤维本构关系建立
        4.3.4 PVA纤维单丝拉拔荷载-位移关系模型建立
    4.4 纤维荷载-位移曲线影响因素探究
        4.4.1 纤维埋置深度对荷载-位移曲线的影响
        4.4.2 纤维埋置角度对荷载-位移曲线的影响
        4.4.3 微胶囊粒径对纤维荷载-位移曲线的影响
    4.5 本章小结
第5章 微胶囊对基体力学性能影响及修复效果研究
    5.1 微胶囊掺量对基体力学性能的影响
        5.1.1 整体模型建立
        5.1.2 不同掺量微胶囊对基体抗压强度的影响
    5.2 微胶囊对基体力学性能的修复效果
        5.2.1 模拟试验原理及模型建立
        5.2.2 微胶囊掺量对力学性能修复效果的影响
    5.3 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3992984