文摘

本文提出了一种工程胶结复合材料的抗弯性能试验研究(的ECCs)。残余变形,弯曲疲劳损伤和损伤特征进行调查后一定数量的低应力水平的疲劳载荷。复合断裂能量和fiber-bridging断裂能量的计算J积分。可以看出裂缝数量的增加与压力的增加,和大多数的裂缝在早期阶段形成的动态测试。变形能力降低压力水平的增加而减少的极限载荷后轻微的动态负载。此外,试样的加工硬化现象增强最初然后减弱压力水平的增加。剩余等效屈服强度成为小随着压力的增加。与此同时,这一趋势是轻微的压力水平较低,然后成为陡峭的高压力水平。

1。介绍

工程胶结复合材料(ECCs),作为一个常见的组合,已经使用了许多重要的部分结构。有很多方法模型的断裂失效行为ECC因为其使用寿命时间和功能取决于压力水平在很大程度上。通过三点弯曲测试,Elices et al。1)计算了断裂能量(G_F),这是作为一个参数呈现许多复合材料的性能。李和Hashida2)获得的总断裂能量34 kJ / m²ECC的纤维体积分数的4%通过有限元分析断裂通过J积分。Zhang et al。3,4)建立了弯曲模型,发现弯曲阻力和试样厚度的关系。张和刺(5]研究了裂纹长度的关系在ECC疲劳断裂和疲劳循环测试。应变和裂缝宽度的增加所带来的疲劳周期导致纤维复合材料界面降解,但裂缝宽度是100μm主裂纹定位。因此,裂缝宽度的影响摘要骨折标本被忽略的属性(1,6- - - - - -9]。

高应力水平下的疲劳试验,和压力和疲劳寿命之间的关系已被证明是在对数线性8- - - - - -10]。通过线性对数方程,我们可以估计低应力水平下的疲劳寿命,但低应力水平下的疲劳试验很少尝试(10]。常见的ECC标本通常难以实现低应力下的疲劳损伤时的水平,更不用说ECC标本与金属疲劳的特点。

由于难以实现疲劳损伤、裂纹长度、裂纹嘴张开位移(CMOD)和极限载荷测量在一定周期后的静态损伤疲劳压力水平下的0.23,0.26,0.34,0.55,0.59和0.65。一系列的实验,对三点弯曲疲劳断裂在低应力进行了探讨残余断裂能量和剩余等效屈服强度。

2。测定断裂参数的ECC的三点弯曲试验

2.1。样品尺寸和材料

三点弯曲试验的标本在木模尺寸为700毫米×150毫米×80毫米(图1)。预制裂纹是嵌入式3毫米厚钢板,和裂缝的高度是60毫米11]。铸造完成后,标本重塑,直到他们被密封固化24小时。然后,他们在实验室温度保持100天(约20°C)。

每个样品有相同的混合比例。混合比例如下:水泥:粉煤灰:砂:水= 1:3.5:2.3:1.28。水泥采用P.O42.5硅酸盐水泥。石英砂,很难和良好的人工砂的细度模数小于2.65和泥浆的比例不超过1.5%。随着纤维体积分数的增加,抗压强度、抗拉强度和断裂韧性的ECC增加。相比之下,其力学性能略有提高当纤维体积分数增加2%12- - - - - -15]。在这种情况下,选举投诉委员会以2%的纤维体积分数显示了良好的性能。因此,相同的纤维体积分数在测试中应用。表1显示相应的聚乙烯醇(PVA)纤维的性质。一级综合利用粉煤灰。试样的抗压强度为36.6 MPa在28天16]。

2.2。测试设备和测试程序

整个加载过程完成后通过伺服液压控制的系统在北京Foli系统公司,中国。一个动态采样系统由东华测试技术有限公司采用收集数据。

2.2.1。静态测试

图1说明了设置为静态测试,垂直线性负载应用到中间的梁的上表面,使用压缩试验装置。的标本放在两个线支持跨长度为600毫米,负载(P)连续记录的采样系统,位移测量的位移计。的裂纹嘴张开位移(CMOD)是由夹计测量。加载方法是由中间位移控制加载速率的0.05毫米/分钟(3- - - - - -5,17]。

2.2.2。动态测试

动态测试是由负载控制模式与1赫兹的频率。负载是一个正弦波形状如图2(2,12,18,19]。在测试过程中,最大负荷(P_马克斯)基于极限载荷的标本在静态测试中,平均负载(P_米),负载范围、加载幅度(P_一个)和最小负载(P_最小值)可以计算(1)- (4)。裂纹的长度和宽度与相应的时间和疲劳周期记录通过观察每十分钟8,9,13,20.,21]。 在哪里P_马克斯,P_最小值,P_米,P_一个,ΔP如图2。R的特征值负载。

2.2.3。计算方法

的J三点弯曲试样的积分值计算的荷载位移曲线根据ASTM E-24的规定(22]。J代表了裂缝开裂过程中能量耗散。断裂能,J积分值(23),然后计算根据以下方程: 在哪里t和h分别代表试样宽度和高度。用初始裂纹深度一个₀,而一个表示荷载位移曲线的面积(24- - - - - -27]。随着跨中挠度具有良好的线性关系与CMOD测试标本,在这篇文章中,一个计算的P-CMOD曲线(13]。

后双-K混凝土的断裂准则(28),刘等人。13)提出了J_集成电路、塑性阶段的起点J_如果,破坏阶段的起点。第一个裂纹出现的时候J>J_集成电路本地化失败裂纹发展时J>J_如果时,材料在一个安全的状态J≤J_如果(13]。所以,断裂和失败的门槛可以用于估计ECC材料的断裂韧性。此外,J_C骨折,总能量,包括所有的加载过程也可以计算(5)。

3所示。结果和讨论

3.1。静态测试结果

3.1.1。P-CMOD曲线

的P-CMOD曲线静态负荷标本,ECC和矩阵获得的平均曲线通过计算平均力以固定CMOD值,显示在数字3和4。断裂表面如图放大了200倍5。摘要初始开裂荷载(P_ini),峰值负载(P_马克斯),表中还提供了相应的CMOD值2。可以看出初始开裂荷载增加而增加PVA纤维的标本(14]。纤维增加了初始开裂荷载和延迟开裂时间相比,矩阵。相应CMOD的ECC的初始开裂荷载值比的增加更大的矩阵,这表明,负载也在PVA纤维传输(29日]。

3.1.2。裂缝参数

表2显示裂缝参数计算的结果(5)。P_ini由应变仪测量表面粘贴标本,也就是说,ECC的开裂荷载(13]。P_马克斯在加载过程中最大负载;与此同时,CMOD_C发生了价值。很明显,梁由矩阵有小裂纹阻力,因为他们生成的值最低J_集成电路和J_如果(表2)[13]。图5(一个)显示,一些纤维拔出或从砂浆,这意味着纤维拔出当标本可以吸收能量。根据纤维之间的摩擦阻力和迫击炮,其他纤维(图5 (b)破裂),然而,当它们消耗更多的能量6,30.,31日]。平均初始开裂的ECC是3倍的能量矩阵。的平均能量衰竭骨折ECC是7.77 kJ / m²,这是大约740倍的矩阵。极限载荷可以确定7 kN根据极限载荷三个样本的平均值(16]。

3.2。动态测试结果

如表所示3,标本在不同压力水平与相同数量的周期是在动载荷进行测试。图则作为缩写三点弯曲试样。

3.2.1之上。P-CMOD曲线

如图6,每个疲劳周期的最大CMOD值随着疲劳周期的增加而增加。CMOD值增加直接到疲劳周期达到约1000,和增长率降低压力水平下的0.55,0.59,0.65。然而,CMOD值增加的压力下直接0.23,0.26和0.34在动态测试。

图7显示了P-CMOD曲线静载荷下疲劳循环后的10000年。极限载荷的差异之间的最低压力年代= 0.23和最大应力水平年代= 0.65是0.42 kN,只有5.96%的静载荷下的极限荷载。这说明下的极限载荷的标本6类型的压力水平降低较小而失败的平均负荷标本在静载荷。与此同时,随着压力的增加,加工硬化能力增加,然后降低。这表明越来越多的纤维动态测试期间参与了纤维桥接。同时,他们退出或破碎的疲劳载荷的减少受弯承载能力(10,32,33]。

3.2.2。开裂模式和转换

见图8(一个),矩阵标本只有一个微小的裂纹时失去承载力。添加PVA纤维矩阵(图8 (b)),大量微裂隙分布在初始裂纹边缘除了主裂纹,也就是说,多个裂缝在静载(31日,34,35]。数据8 (c)- - - - - -8 (h)说明开裂模式和长度的差异在不同的压力水平。裂缝的标本的数量减少的减少的压力。同时,裂纹的传播方向是水平减少了应力集中在主裂纹边缘(36]。表4验证的裂纹数量减少减少疲劳应力水平(14]。裂纹数量和平滑度的数据之间的主要裂缝的两边8 (b)- - - - - -8 (h),它可以观察到,标本已经发展成脆性破坏的趋势,仍然保持韧性失败。

3.2.3。断裂韧性

的值J_如果和J_C计算(5)与实验曲线P-CMOD图所示9(13]。从这个图中,很清楚地看到J_如果,J在裂纹本地化失败点积分值,总能量J_C随着压力的增加减少。当年代从拟合公式计算= 0.817,J_如果值下降到0。这意味着本地化失败立即裂纹应力水平下开发的。0.84和0.794的变异系数表明,公式仍是可靠的。这个公式的贡献可能识别ECC结构不安全或根据压力水平。

3.2.4。J_R阻力曲线

的J_R阻力曲线代表裂纹扩展之间的关系J积分值。在测试期间,发现multicracks生成不规则形状的曲线。因此,单一裂纹扩展不适合ECC标本。在这篇文章中,总裂纹长度,一个,是用来描述裂纹扩展的ECC标本。在实验过程中,观察到的裂缝宽度小于60μm之前主要的裂纹出现。这意味着ECC标本开始失去承载力时,裂缝宽度超过60μm。因此,裂缝宽度可以被忽视的主要裂缝出现之前,只有总裂纹长度的参数。

的J积分值计算(5)与实验曲线P-CMOD图所示7。图10显示之间的关系总裂纹长度的增加Δ一个和J积分值。只有一个样本为每个应力水平选择。有三个线性关系两个截止点的裂纹发展。在第一阶段,很少有裂缝形成动态测试期间,Δ和裂纹长度一个同时出现了J积分一直为零。在第二阶段,产生大量的裂缝,裂缝长度Δ一个增加的增量J积分值。在第三阶段,本地化后的裂缝发展迅速。J_如果可以计算(5),P-CMOD曲线如图7。此外,J_如果也可以获得的价值J-Δ一个曲线。所以,有两种方法来计算J_如果价值。结果如图11说明这两种方法几乎是相等的。因此,J_R曲线可以应用于判断断裂的ECC在低应力水平的疲劳。

图10说明了三个的线性关系J_R阻力曲线。在第二阶段,J积分值的增量增加Δ裂纹长度一个。方程(6)显示的关系J和Δ一个当局部失效裂纹发展(13]。 在哪里代表产生的裂纹长度的动态测试。残余等效屈服应力。根据J_R曲线和(6)的结果得到如图所示12。见过,显示一个下降的趋势,利率增加更高的压力水平(37]。

4所示。结论

探讨低应力水平的影响(0.23,0.26,0.34,0.55,0.59,和0.65)力学和断裂特性的ECC PVA纤维的体积分数为2%。得出了以下的结论:(1)的断裂模式和ECC的矩阵是相似。区别初始开裂荷载和极限荷载的ECC是大于矩阵。这表明纤维抗弯性能的影响,吸收能量。双J积分标准证实纤维ECC的效果。(2)ECC的应变硬化能力增加,然后降低压力水平的增加。相比之下,总是ECC的变形能力下降。(3)Δ裂纹总长度一个是适合描述ECC的断裂状态。的J_R曲线ECC的三个阶段和两个分割点的疲劳开裂和裂缝本地化。此外,线性的关系J积分和Δ一个在稳定阶段表明,裂纹长度发达定期与断裂能量的增加。(4)剩余等效屈服强度用于表达之间的关系J积分和Δ一个在第二阶段J_R曲线。ECC的残余等效屈服强度下降,和压力水平的利率增加而增加。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

作者欣然承认金融支持提供由中国国家自然科学基金项目(51108151),国家重点基础研究计划项目(项目2009 cb623203),以及中国的河北省自然科学基金(项目E2012202097)。本研究也支持的研究项目的一部分,中国三峡集团公司(批准号tgc - 2012746379)。