钢纤维增强水泥基复合材料断裂破坏与抗冲击性能的试验研究

发布时间：2017-07-27 02:01

  本文关键词：钢纤维增强水泥基复合材料断裂破坏与抗冲击性能的试验研究

  更多相关文章： 钢纤维增强水泥基复合材料 数字图像相关(DIC) 抗折性能 弯曲韧性 断裂韧度 抗冲击性能

【摘要】：水泥基材料是世界上应用量最大、应用范围最为广泛的工程材料。其主要缺点是抗拉强度低,脆性大,抗裂性能差。为克服上述缺点,采用“纤维复合化”的技术途径增强增韧水泥基材料,可以有效改善其性能。本文基于数字图像相关技术(Digital Image Correlation—DIC),通过不同种类不同体积率下钢纤维增强水泥基复合材料试件的抗折、弯曲断裂和抗冲击试验,研究了钢纤维种类和体积率对试件抗折强度、弯曲韧性、断裂韧度及冲击延性等力学参数的影响规律,同时结合DIC全场水平应变总结、探究了钢纤维对水泥基材料增强增韧的机理。主要结论如下:(1)抗压试验和抗折试验表明,钢纤维对水泥基材料抗压强度的改善效果有限,对抗折强度的改善效果较好,1.5%体积率下抗折强度可提高50%以上。压痕型钢纤维和端钩型钢纤维对水泥基体弯曲韧性的改善效果基本相同,最多可提高5.4倍。结合开裂荷载与试件的延性分析可知,压痕型钢纤维对试件开裂荷载和抗折强度的改善效果更优,端勾型钢纤维对宏观裂缝发展的阻滞效果更优。弯曲断裂试验表明,个体钢纤维对水泥基材料阻止裂缝失稳扩展能力的提高效果较好,同时可缓和试件裂缝尖端应变的集中。(2)抗冲击试验表明,钢纤维对水泥基材料的初裂冲击次数、破坏冲击次数提高幅度较大,对冲击能和冲击延性性能改善效果良好。在冲击荷载作用下,端钩型钢纤维对基体的增强增韧效果明显优于压痕型钢纤维。(3)应用DIC技术,以抗折试验中试件的表面应变云图变化规律为依据,将钢纤维增强水泥基复合材料的受弯破坏过程分为微裂纹弥散扩展阶段、宏观裂缝开裂阶段、宏观裂缝发展阶段三个阶段;以抗冲击试验中试件表面水平应变云图的变化规律为依据,分析钢纤维增强水泥基复合材料的冲击破坏形态,结果表明,随着钢纤维体积率的增加(0%~1.5%),试件的应力重分布过程延长,开裂点选择位置增多,裂缝的发展变得缓慢曲折,裂缝的数量增多且宽度细化。
【关键词】：钢纤维增强水泥基复合材料 数字图像相关(DIC) 抗折性能 弯曲韧性 断裂韧度 抗冲击性能
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 研究现状9-14
• 1.2.1 纤维增强水泥基复合材料的研究现状9-11
• 1.2.2 断裂力学理论的发展11-12
• 1.2.3 数字图像相关技术的基本原理及应用12-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-15
• 第二章 试验原材料及试验方法15-31
• 2.1 试验原材料及配合比设计15-17
• 2.1.1 试验原材料15-16
• 2.1.2 配合比设计16-17
• 2.2 试件制作17-19
• 2.2.1 试件种类17-18
• 2.2.2 试件制作过程18-19
• 2.3 试验方法及设备19-29
• 2.3.1 抗压试验20
• 2.3.2 抗折试验20-22
• 2.3.3 弯曲断裂试验22-23
• 2.3.4 冲击试验23-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第三章 钢纤维增强水泥基复合材料抗压、抗折力学性能研究31-48
• 3.1 引言31
• 3.2 抗压试验31-33
• 3.2.1 抗压破坏形态分析31-32
• 3.2.2 抗压强度分析32-33
• 3.3 抗折试验33-47
• 3.3.1 抗折强度分析33-35
• 3.3.2 抗折弯曲韧性分析35-38
• 3.3.3 基于DIC的抗折试验破坏过程分析38-43
• 3.3.4 基于DIC的抗折试验开裂荷载分析43-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 基于DIC的钢纤维增强水泥基复合材料弯曲断裂试验研究48-54
• 4.1 引言48
• 4.2 弯曲断裂试验结果分析48-50
• 4.2.1 弯曲强度分析48-49
• 4.2.2 DIC全场水平应变分析49-50
• 4.3 断裂力学分析50-52
• 4.3.1 应力强度因子及断裂韧度计算51-52
• 4.3.2 钢纤维对水泥基材料断裂韧度的影响52
• 4.4 本章小结52-54
• 第五章 基于DIC的钢纤维增强水泥基复合材料抗弯冲击性能研究54-69
• 5.1 引言54
• 5.2 冲击试验结果及分析54-68
• 5.2.1 初裂冲击次数及破坏冲击次数分析56-58
• 5.2.2 冲击能及冲击延性分析58-60
• 5.2.3 冲击破坏形态分析60-68
• 5.3 本章小结68-69
• 结论与展望69-71
• 结论69-70
• 展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75

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本文编号：579281