纤维增强复合材料结构局部形状与环境腐蚀速率的关系研究

纤维增强复合材料(FRP)结构在外部环境作用下,不同位置的腐蚀速率并不一致,与该位置处FRP形状和环境作用有关。由于FRP结构形状多变的特点,常在梁柱交界处、FRP型材棱角处存在内凹角和外凸角,这些位置结构的腐蚀往往最为严重。本文对环境作用下FRP结构棱角处腐蚀速率的差异进行了理论分析和数值模拟。利用菲克定律下的扩散规律和有限元软件,计算了构件棱角不同角度与扩散速率的关系。定义并计算了棱角处于不同角度时的局部影响系数,结果表明,内部凹角对结构的腐蚀呈减弱影响,外部凸角对腐蚀呈放大效应。利用粒子抛射沉积与环境沉积的相似性,采用蒙特卡罗方法建立了不同粒子数目的粒子抛射沉积模型。定义并计算了角部的环境富集系数,分析发现凹角处会对环境产生汇集作用,凸角对环境分布影响相对较小。综合考虑了棱角对扩散速率的影响和环境富集的影响,定义并计算了结构形状影响系数,结果表明,结构物表面凸出和凹陷处更易受到环境腐蚀,结构耐久性设计时应考虑在棱角进行特殊防护设计。通过计算的结构形状影响系数可以为耐久性定量设计提供计算支持。     

全纤维增强复材筋连接器拉伸性能试验研究

为解决复材筋的对接问题,研制出满足工程应用的复材筋全纤维增强复材(FRP)连接器,设计了两种截面形式的全FRP材质复材筋连接器,制作了两组共计10个复材筋对接连接的拉伸性能测试试件,对其抗拉伸性能进行了试验研究。试验结果可知:两种复材筋连接器接头均能可靠对复合材料筋进行连接。建立了两种截面形式复材筋连接器的有限元模型,对其连接不同直径纤维筋时的受力性能进行了分析,并与试验结果进行了比较和分析,得到了两种可以用于工程实践的复材筋连接接头。