动态拉伸荷载下温度对CFRP/钢板单搭接剪切接头力学性能的影响
发布时间：2021-04-09 19:40
采用真空辅助树脂灌注成型工艺（VARI）制作了CFRP,将CFRP和钢板利用环氧树脂胶黏结起来,制备了CFRP/钢板单搭接剪切接头。利用MTS液压伺服高速机测试了试件在恒定动态加载速率（0.625 m/s）和不同温度（-25℃,0℃,50℃,100℃）作用下的力学性能。试验结果表明,接头的拉伸剪切性能（黏结强度、界面断裂能、剪切刚度）与温度具有相关性。在一定的范围（-2550℃）内,随着温度的升高,接头的黏结强度和界面断裂能随之增大,但当温度超过环氧树脂胶的玻璃转化温度时,接头的黏结强度和界面断裂能急剧下降。不同温度下的破坏模式有所不同:在低温（-25℃和0℃）时,接头的破坏模式表现为钢板与胶层之间的界面破坏;在50℃时,接头的破坏模式表现为部分胶体分别残留在CFRP和钢板的混合破坏;当温度达到100℃时,接头发生胶层与CFRP之间的界面破坏。最后,通过数字图像相关技术（DIC）对不同温度下试件的搭接区域的FRP应变场进行了分析,结果表明搭接区域端部的应变大于内部的,且试件的破坏也从端部开始发生。
【文章来源】：土木工程学报. 2016,49(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
CFＲP/钢板单搭接接头的示意图
侍猓?南祝?，10，14］报道了胶黏层厚度影响接头的承载能力。为了精确控制胶黏层的厚度，采用文献［5］的装置，并将试件的胶层厚度设定为1．00mm。实际上，最后制备的试件胶层厚度与设定的厚度有微小的差别(见表2)，最大相差0．08mm。实际胶层厚度可以由下面公式得到:ta=ttotal－tsteel－tCFＲP(1)式中:ta为实际胶层厚度;ttotal为总厚度;tCFＲP为CFＲP的厚度;tsteel为钢板的厚度。1．3测试方法本试验在美国亚利桑那州立大学结构/材料实验室的MTS液压伺服高速机上完成，试验仪器如图2所示。该仪器的量程为20kN，加载速率最高可达14m/s［15］，通过调节阀门，可以控制加载速度。试验前先调节阀门，使测试拉伸速度为预定速度后，再安装试件，进行试验。夹具由不锈钢制成，通过楔形块可以有效夹紧试件，避免试件在拉伸测试的过程中发生滑移。环境箱采用电阻丝加热和液氮制冷，工作温度范围为－60℃～200℃，环境箱内置风扇，可使箱内温度均匀变化。本试验选取4组温度(－25℃，0℃，50℃，100℃)，在冲击速度为0．625m/s下进行测试。图2试验装置(MTS液压伺服高速试验机)Fig．2Experimentalfacility(MTSservo-hydraulichigh-ratetestingmachine)同时采用Phantomv7．3高速相机对试件的变形和破坏全过程进行记录，该相机的采集频率为20000帧/s，所采集的图片用于后续基于数字图像相关性分析的应变测量。2试验结果及分析2．1温度试验尽管碳纤维在高温下仍然保持高强度［16］，但是大多数的有机物对温度异常敏感，当超过其玻璃转化温度时，力学性能会显著降低［9］。目前大部分关于FＲP与钢板的界面力学性能的研究使用双组分环氧树脂作为黏结剂，其热稳定性不理想，对温度表现出很?
第49卷第8期朱德举等·动态拉伸荷载下温度对CFＲP/钢板单搭接剪切接头力学性能的影响·31·图3不同温度下的黏结应力-位移曲线Fig．3BondStressvs．Displacementcurvesatdifferenttemperatures黏结剂的内聚强度和黏结剂与钢材之间的黏结强度提高，但温度超过了黏结剂的玻璃转化温度之后，这种增强的效应就不会再出现，强度就会下降［7］。由图4(a)可知，当温度从－25℃上升到50℃时，黏结强度由4．50MPa±1．23MPa增大到7．54MPa±1．91MPa，增幅为67．5%，而从50℃上升到100℃，黏结强度则由7．54MPa±1．91MPa降低到5．22MPa±3．02MPa，减幅为30．7%。并且可以发现，随着温度的上升，黏结强度的离散性更加大。相似地，当温度从－25℃升高到50℃，试件的界面断裂能由2．03MPa·mm增大到5．34MPa·mm，增幅为163%，当温度从50℃升高到100℃，界面断裂能则由5．34MPa·mm降低到4．88MPa·mm，减幅为8%。由此可以推测出，Sikadur330胶的玻璃转化温度应当介于50℃和100℃之间。根据制造商提供的Sikadur-330产品数据表(ProductDataSheet，Edition13/6/2006)，该胶的适用温度范围是－40℃至50℃。文献［17］给出了Sikadur330制成样品的DMA测试分析结果，得到玻璃转化温度为63．1℃。图4(c)还给出了温度和试件剪切刚度之间的关系，从总体趋势来看，CFＲP/钢板单搭接头的剪切刚度随着温度的上升而下降。这与文献［7］中多组温度的接头刚度的变化是相似的。在本试验中，图4温度对接头力学性能的影响Fig．4Temperatureeffectonthemechanicalpropertiesofsingle-lapjoints刚低温(－25℃)时，CFＲP/钢板单搭接接头的剪切刚度最大，平均值为7．78MPa/mm。而在高温100℃时，剪切刚度最小，平均值为2．52MPa/mm，减少了67．6%。可以
【参考文献】：
期刊论文
[1]板厚、温度和速度对单搭接胶接接头强度的影响[J]. 陈煊,李玉龙,史飞飞,赵海燕,马啸. 爆炸与冲击. 2009(05)
[2]碳纤维布加固钢结构的黏结性能研究[J]. 杨勇新,岳清瑞,彭福明. 土木工程学报. 2006(10)
[3]碳纤维布与钢板黏结剪切性能研究[J]. 卢亦焱,张号军,刘素丽. 土木工程学报. 2006(10)
本文编号：3128203
【文章来源】：土木工程学报. 2016,49(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
CFＲP/钢板单搭接接头的示意图
侍猓?南祝?，10，14］报道了胶黏层厚度影响接头的承载能力。为了精确控制胶黏层的厚度，采用文献［5］的装置，并将试件的胶层厚度设定为1．00mm。实际上，最后制备的试件胶层厚度与设定的厚度有微小的差别(见表2)，最大相差0．08mm。实际胶层厚度可以由下面公式得到:ta=ttotal－tsteel－tCFＲP(1)式中:ta为实际胶层厚度;ttotal为总厚度;tCFＲP为CFＲP的厚度;tsteel为钢板的厚度。1．3测试方法本试验在美国亚利桑那州立大学结构/材料实验室的MTS液压伺服高速机上完成，试验仪器如图2所示。该仪器的量程为20kN，加载速率最高可达14m/s［15］，通过调节阀门，可以控制加载速度。试验前先调节阀门，使测试拉伸速度为预定速度后，再安装试件，进行试验。夹具由不锈钢制成，通过楔形块可以有效夹紧试件，避免试件在拉伸测试的过程中发生滑移。环境箱采用电阻丝加热和液氮制冷，工作温度范围为－60℃～200℃，环境箱内置风扇，可使箱内温度均匀变化。本试验选取4组温度(－25℃，0℃，50℃，100℃)，在冲击速度为0．625m/s下进行测试。图2试验装置(MTS液压伺服高速试验机)Fig．2Experimentalfacility(MTSservo-hydraulichigh-ratetestingmachine)同时采用Phantomv7．3高速相机对试件的变形和破坏全过程进行记录，该相机的采集频率为20000帧/s，所采集的图片用于后续基于数字图像相关性分析的应变测量。2试验结果及分析2．1温度试验尽管碳纤维在高温下仍然保持高强度［16］，但是大多数的有机物对温度异常敏感，当超过其玻璃转化温度时，力学性能会显著降低［9］。目前大部分关于FＲP与钢板的界面力学性能的研究使用双组分环氧树脂作为黏结剂，其热稳定性不理想，对温度表现出很?
第49卷第8期朱德举等·动态拉伸荷载下温度对CFＲP/钢板单搭接剪切接头力学性能的影响·31·图3不同温度下的黏结应力-位移曲线Fig．3BondStressvs．Displacementcurvesatdifferenttemperatures黏结剂的内聚强度和黏结剂与钢材之间的黏结强度提高，但温度超过了黏结剂的玻璃转化温度之后，这种增强的效应就不会再出现，强度就会下降［7］。由图4(a)可知，当温度从－25℃上升到50℃时，黏结强度由4．50MPa±1．23MPa增大到7．54MPa±1．91MPa，增幅为67．5%，而从50℃上升到100℃，黏结强度则由7．54MPa±1．91MPa降低到5．22MPa±3．02MPa，减幅为30．7%。并且可以发现，随着温度的上升，黏结强度的离散性更加大。相似地，当温度从－25℃升高到50℃，试件的界面断裂能由2．03MPa·mm增大到5．34MPa·mm，增幅为163%，当温度从50℃升高到100℃，界面断裂能则由5．34MPa·mm降低到4．88MPa·mm，减幅为8%。由此可以推测出，Sikadur330胶的玻璃转化温度应当介于50℃和100℃之间。根据制造商提供的Sikadur-330产品数据表(ProductDataSheet，Edition13/6/2006)，该胶的适用温度范围是－40℃至50℃。文献［17］给出了Sikadur330制成样品的DMA测试分析结果，得到玻璃转化温度为63．1℃。图4(c)还给出了温度和试件剪切刚度之间的关系，从总体趋势来看，CFＲP/钢板单搭接头的剪切刚度随着温度的上升而下降。这与文献［7］中多组温度的接头刚度的变化是相似的。在本试验中，图4温度对接头力学性能的影响Fig．4Temperatureeffectonthemechanicalpropertiesofsingle-lapjoints刚低温(－25℃)时，CFＲP/钢板单搭接接头的剪切刚度最大，平均值为7．78MPa/mm。而在高温100℃时，剪切刚度最小，平均值为2．52MPa/mm，减少了67．6%。可以
【参考文献】：
期刊论文
[1]板厚、温度和速度对单搭接胶接接头强度的影响[J]. 陈煊,李玉龙,史飞飞,赵海燕,马啸. 爆炸与冲击. 2009(05)
[2]碳纤维布加固钢结构的黏结性能研究[J]. 杨勇新,岳清瑞,彭福明. 土木工程学报. 2006(10)
[3]碳纤维布与钢板黏结剪切性能研究[J]. 卢亦焱,张号军,刘素丽. 土木工程学报. 2006(10)
本文编号：3128203
本文链接：https://www.wllwen.com/jingjilunwen/jianzhujingjilunwen/3128203.html
