一、选题背景和意义:
伴随着我国基础建设的快速发展,我们对于材料的强度提出了更高的要求。纤维增强复合板近些年以来被广泛应用于各种抗动载荷冲击的场合,服务于基础设施以及防护型工程等诸多方面。例如,许多桥梁以及隧洞中的混凝土材料便采用纤维来增强材料的稳定性从而增强抗震属性。在地震中有许多可能造成冲击荷载的情形,例如山体滑落的坠石,房屋倒塌的梁与柱,这些冲击都能给低层的结构造成巨大的损伤。所以,对各种各样纤维增强复合材料的研究应运而生。
其中,碳纤维和玻璃纤维擦复合板的抗冲击特性被最多的人研究。这些纤维增强板都有比强度高和比重小的优异特性,在面对冲击时冲击力峰值-材料厚度曲线等相关特性也有相似之处。但是,研究表明,在其中适当增加一些其他的纤维成分,能够大幅度改善材料的抗冲击特性,其中,亚麻纤维就是其中非常实用的一种材料,且其在抗低速冲击的方面还有不俗的表现。
所以,这次毕业设计,我选择亚麻纤维聚酯复合板作为材料进行研究,在已有导师所做现场实验的基础上,通过数字化模拟的方式建立数字模型,最终与老师的结果进行比对,并希望我所建立的模型未来能够成为研究纤维加强材料能量吸收、冲击力曲线等受冲击特性的有力工具。
二、课题关键问题及难点:
本次设计的关键问题就是如何在已有的经典模型和理论与实验结果上,将模型数字化进行模拟。包含有软件的选择,学习,数字方法的确定,损伤机制的选择,以及最终结果如何分析,如何将之与既有实验结果进行比对。
而难点除了初始阶段的试探性建立模型,还有贯穿整个设计过程的试错与debug。以及最后,在已知数字模拟结果必然与实验结果有所出入的前提之下,如何通过所收集的数据,首先判断差异是否在可接受范围内?然后找到得到数据不同的原因,是系统误差还是实验误差等。
三、文献综述(或调研报告):
亚麻纤维增强复合板(FFRP)的特性在国内外都受到了大批学者的关注和着手研究。湖南大学的梁金梅通过试验研究了螺旋箍筋复合约束含砖骨料再生混凝土受压性能,并得到准确表示FFRP-螺旋箍筋复合约束含砖骨料再生混凝土强度模型、极限应变模型和轴向应变-环向应变关系模型,各个模型的适应性及其不足之处[1]。哈尔滨工业大学的夏媛媛、咸贵军和李惠研究了双向亚麻纤维布约束混凝土圆柱的轴压性能,结果表明双向 FFRP 约束混凝土圆柱的破坏形 式不同于单向纤维复合材料,应力-应变曲线表明 FFRP 约束混凝土结构也具有不同的二阶段特性,且不同种类 的 FFRP 约束的强度与模量产生不同的结构性能[2]。
而大连理工大学的殷秀水则研究了湿热环境下CNF/EP/亚麻纤维复合材料耐久性能,结果表明,碳纳米纤维改性环氧树脂基体,可以大幅度改善纳米复合材料及FFRP的力学性能和耐久性能[3]。 湖南大学土木工程学院的许颀、黄靓研究了FFRP加固钢筋混凝土梁的受弯性能,结果表明:300g·m-2雨露麻亚麻布制作成的FFRP拉伸性能稳定;FFRP加固梁的极限承载力和延性与普通钢筋混凝土梁相比都有不同程度的提高;抗弯承载力公式计算值与试验值吻合良好且偏于安全,可为该种加固梁的设计提供依据[4]。同样是湖南大学的言斌则研究了FFRP约束含砖骨料再生混凝土的受压性能和尺寸效应,得到了该材料圆柱体试件的受压性能,混凝土在轴压荷载作用下的应力和应变关系及在轴压荷载作用下的极限强度模型和应变模型,在验证已有经典强度模型和极限应变模型,利用实验数据拟合了试样在轴压荷载作用下的极限强度模型和应变模型,最后还研究了其尺寸效应[5]。而本校的王文洁老师研究过FFRP包裹的CFRC梁在静载荷和冲击载荷下的挠曲特性,结果表明FFRP-CFRC梁的抗弯强度几乎是CFRC梁的三倍。 发现FFRP-CFRC梁的动态增加因子(DIF)对椰子纤维含量不是很敏感,但受应变率的影响。 与椰子纤维含量为1%和5%的FFRP-CFRC梁相比,椰子纤维含量为3%的梁具有最佳的抗冲击性[6]。
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