海洋大氣環境下貼上CFRP材料補強含損傷鋼板的疲勞性能

《海洋大氣環境下貼上CFRP材料補強含損傷鋼板的疲勞性能》是依託同濟大學，由余倩倩擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：海洋大氣環境下貼上CFRP材料補強含損傷鋼板的疲勞性能
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：余倩倩
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

以海洋大氣環境下貼上碳纖維增強複合材料（CFRP）補強含損傷鋼板的疲勞性能為研究對象，進行試驗研究、數值模擬和理論分析。開展環境暴露試驗和疲勞試驗，探討海洋大氣環境及其關鍵參數對CFRP補強含損傷鋼板試件在疲勞荷載作用下的破壞模式和失效機理的影響，揭示補強試件疲勞壽命的變化規律。採用邊界元模擬方法，構建並驗證精細化數值分析模型，實現考慮海洋大氣環境作用的貼上CFRP材料補強含損傷鋼板疲勞性能的預測，並提出CFRP補強含損傷鋼板的疲勞S-N曲線。基於線彈性斷裂力學理論，計算補強體系中鋼板應力和裂紋張開應力不均勻程度修正係數的變化，推導考慮海洋大氣環境影響的貼上CFRP材料補強含損傷鋼板裂紋尖端應力強度因子計算方法。最終建立海洋大氣環境下貼上CFRP材料補強含損傷鋼板疲勞性能評估方法。研究成果有助於完善CFRP材料補強鋼構件理論體系，進一步推廣CFRP材料在鋼結構疲勞性能提升領域的套用。

結題摘要

貼上碳纖維增強複合材料(CFRP)補強含損傷鋼結構，能夠有效降低損傷鋼結構的局部應力，抑制疲勞裂紋擴展，延長疲勞壽命。目前對服役環境作用下的CFRP補強鋼結構體系性能認識不足。本項目以海洋大氣環境下貼上CFRP補強含損傷鋼構件為研究對象，進行試驗研究、理論分析和數值模擬。開展環境暴露試驗和疲勞試驗，系統地研究了養護階段海洋大氣環境作用對粘結材料的影響、海洋大氣環境、和疲勞荷載共同作用下CFRP-鋼界面粘結性能，海洋大氣環境作用對CFRP補強含損傷鋼板疲勞性能的影響規律。發現結構粘膠養護階段環境作用導致力學性能退化，和完好養護後長期暴露的影響相當，值得關注。海洋大氣環境作用下CFRP-鋼雙面搭接節點和CFRP補強含損傷鋼板試件未發生破壞模式的轉變，認為性能退化主要由膠層性能退化引起。繼而採用理論分析，基於退化的結構粘膠力學性能，對節點極限承載力和鋼板疲勞性能進行預測。對CFRP-鋼界面極限承載力預測模型不確定性展開全機率分析，把模型誤差對輸入參數的依賴性分離出來，將各類模型不確定性降低到同一水準。由此，採用統一折減係數即可到達設計可靠度，對工程套用具有重要意義。考慮到粘結體系在環境介質作用下的不確定性，進行了機械連線CFRP補強含損傷鋼樑研究。比較了貼上補強和貼上補強並機械錨固兩種體系的差異。給出了兩種結構粘膠（線性/非線性）和兩種機械錨固裝置（相對柔性/剛性）的適用建議。試驗中對疲勞荷載作用下CFRP-鋼界面粘結性能進行定性分析。並採用數值模擬和理論分析對鋼樑疲勞性能進行預測。採用邊界元方法對CFRP補強含邊裂紋和中心斜裂紋鋼板疲勞性能進行模擬分析。研究成果有助於完善CFRP材料補強鋼構件理論體系，進一步推廣CFRP材料在鋼結構疲勞性能提升領域的套用。