《芳綸纖維複合材料彎曲界面損傷機理的多尺度分析》是依託華南理工大學，由曾慶敦擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：芳綸纖維複合材料彎曲界面損傷機理的多尺度分析
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：曾慶敦
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
複合材料在土木工程領域的套用是一個全新的技術。由於芳綸纖維複合材料具有許多優異的特性，現已日益廣泛地套用於特種結構的加固修復中。在複合材料加固結構中，界面損傷是一種重要的破壞模式，本項目擬根據芳綸複合材料加固混凝土構件的彎曲破壞特性，建立含缺陷或損傷的多尺度分析模型和各種破壞準則或強度模型，研究裂紋擴展規律、界面黏結特性、界面損傷機制，研究預應力、濕熱變化對界面損傷的影響，研究芳綸纖維複合材料與混凝土界面的破壞對構件極限承載力的影響；根據加固參數及加固方法的改變，研究界面破壞模式的變化趨勢。採用複合材料力學的基本理論，建立計及纖維逐步斷裂、局部芳綸纖維複合材料/混凝土界面剝離、纖維/基體界面損傷或層間界面破壞的應力重分布計算模型和統計模型，探索抑制界面剝離破壞的措施。研究成果可為制定有關芳綸複合材料加固補強技術的設計和施工規範等提供重要的理論依據，具有重要的科學意義和工程實用價值。
結題摘要
本項目經過三年的研究，取得了下述的研究成果：（1）引入未計及微尺度效應的薄膜彈塑性撕裂模型和三種雙參數擴展準則，描述AFRP/混凝土端部界面剝離破壞形態。採用ABAQUS軟體，結合ABAQUS損傷斷裂原理，定義內聚力模型的損傷和開裂行為來模擬粘結界面性能。建立了描述AFRP端部界面剝離破壞二維平面彈塑性模型，採用四點彎曲載入，考慮在不同AFRP加固量的情況下，研究端部界面剝離破壞規律。將二維剝離破壞模型擴展到三維，充分考慮加固梁的各組成部分，研究了不同AFRP加固量在混凝土梁端部發生剝離破壞時各組分的力學性能。（2）基於AFRP片材-混凝土界面粘結樹脂的微觀結構形態，引入微觀結構特徵參數，依據摩擦理論及變形層理論等界面理論提出一個新的AFRP片材-混凝土界面本構模型。（3）根據預應力和非預應力芳綸纖維片材加固鋼筋混凝土梁的四點彎曲破壞特性，首先借鑑和採用複合材料力學的基本理論，建立含缺陷或損傷的分層分析模型，求出各子層的應力或位移分布，並結合線彈性斷裂力學中的能量法，研究了芳綸纖維片材加固含微裂紋的鋼筋混凝土梁的初始開裂問題。然後推廣上述剪滯分析模型，建立計及纖維逐步斷裂、局部芳綸纖維片材/混凝土界面剝離的應力重新分布計算模型，並採用統計斷裂理論，研究預應力和非預應力芳綸纖維片材加固鋼筋混凝土梁的破壞機理、開裂荷載和極限承載力，獲得了與實驗較吻合的計算結果。（4）根據Fick第二定律擴散控制方程，推導了以環境相對濕度為全局變數的濕度控制方程，求解了AFRP片材與混凝土梁的濕擴散率和濕含量關於相對濕度的一般表達式，建立界面層本構關係。（5）採用ABAQUS的質量擴散模組，對AFRP纖維和UHL/EP複合材料及AFRP加固混凝土梁的吸濕行為進行了有限元模擬分析，利用溫度-結構耦合模組研究了不同時刻材料內部的吸濕應力及界面損傷。結果表明：界面處的吸濕應力水平明顯高於其他的區域，AFRP材料端部由於吸濕容易發生剝離破壞。（6）在經典連續介質力學的框架內，通過加入表面能的影響，研究了納米材料彈性性能的尺寸依賴性。本項目的研究成果為AFRP加固混凝土結構提供了重要的理論依據，至結題時止，共發表論文11篇，其中在國內外重要刊物上發表論文8篇，在國際會議上發表論文3篇，SCI收錄1篇，EI收錄9篇，另有待發表論文3-4篇，圓滿高質量地完成原定的研究計畫。
