CFRP加固损伤钢板的双轴拉伸性能研究

复合材料科学与工程 ›› 2015, Vol. 0 ›› Issue (12): 23-27.

CFRP加固损伤钢板的双轴拉伸性能研究

吴健, 张彤彤, 李泓运, 王纬波

中国船舶科学研究中心,船舶振动噪声重点实验室,无锡 214082

收稿日期:2015-07-20 出版日期:2015-12-28 发布日期:2021-09-14
作者简介:吴健(1986-),男,硕士,工程师,主要从事复合结构设计与应用研究。
基金资助:
工信部高科技船舶项目(工信部联装 533)

STUDY ON BIAXIAL TENSION OF CRACKED STEEL PLATES REINFORCED BY CFRP PLATES

WU Jian,ZHANG Tong-tong,LI Hong-yun,WANG Wei-bo

China Ship Scientific Research Center, National Key Laboratory on Ship Vibration & Noise, Wuxi 214082, China

Received:2015-07-20 Online:2015-12-28 Published:2021-09-14

摘要/Abstract

摘要： 基于虚拟裂纹闭合法模拟受双轴向载荷的含裂纹塑性钢板断裂过程,利用减小裂纹裂尖处应力强度因子的方法确定了CFRP的加固方案,通过有限元仿真分析了双轴试样加固前后的对比效果,最后结合模型试验验证了加固方案和计算方法。研究表明,虚拟裂纹闭合法可以有效模拟受双轴向载荷裂纹的扩展过程,仿真结果与试验结果吻合较好。对于受双轴向载荷的含裂纹钢结构,CFRP加固后可以基本恢复原结构的承载能力,加固效果十分显著。该方法可以进一步用于复合型裂纹的加固方案确定。

关键词: 碳纤维复合材料, 加固钢结构, 双轴拉伸, 裂纹

Abstract: The failure process of steel plates under biaxial tension is simulated by virtual fracture closure method. The reinforced plan is determined by reducing the stress intensity factor of crack. Load-displacement curves of the reinforced specimen and unreinforced specimen under biaxial tension are compared by FEM. Finally, the reinforced plan and simulation method are verified by experimental results. The results show virtual fracture closure method is very effective to simulate the developing progress of crack under biaxial tension. Bearing capacities of original steel structure can be basically recovered by using CFRP. The biaxial steel plates reinforced by CFRP is obviously increased to an extent. This method can be used to reinforce steel with composite crack.

Key words: CFRP, reinforce steel, biaxial tension, crack

中图分类号:

TB332

吴健, 张彤彤, 李泓运, 王纬波. CFRP加固损伤钢板的双轴拉伸性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2015, 0(12): 23-27.

WU Jian,ZHANG Tong-tong,LI Hong-yun,WANG Wei-bo. STUDY ON BIAXIAL TENSION OF CRACKED STEEL PLATES REINFORCED BY CFRP PLATES[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2015, 0(12): 23-27.

参考文献

[1] Sean C, Jones, Scott A, Civjan P E. Application of Fiber Reinforced Polymer Overlays to Extend Steel Fatigue Life. Journal of Composites for Construction, 2003, 7(4): 331-338.
A. Bassetti, P. Liechti, A.Nussbaumer. Fatigue resistance and repairs of riveted bridge members. European Structural Integrity Society, 1999,23: 207-218.
[2] 张宁. 碳纤维增强复合材料(CFRP)加固修复损伤钢结构静力与疲劳应用试验研究. 北京: 冶金工业部建筑研究总院, 2003.
[3] 张宁, 岳清瑞, 杨勇新, 等. 碳纤维布加固钢结构疲劳试验研究. 工业建筑, 2004, 34: 19-21, 30.
[4] 郑云, 叶列平, 岳清瑞. CFRP加固疲劳损伤钢结构的断裂力学分析. 工业建筑, 2005, 35: 79-82.
[5] 郑云, 叶列平, 岳清瑞. CFRP 板加固含裂纹受拉钢板的疲劳性能研究. 工程力学, 2007, 24: 91-97.
[6] 岳清瑞, 张宁, 彭福明, 等. 碳纤维增强复合材料(CFRP)加固修复钢结构性能研究与工程应用. 北京: 中国建筑工业出版社, 2009.
[7] 岳清瑞, 杨勇新. 纤维增强复合材料加固结构耐久性研究综述. 建筑结构学报, 2009, 30(6): 8-15.
[8] 郑云, 岳清瑞, 陈煊, 等. 碳纤维增强材料(CFRP)加固钢梁的疲劳试验研究. 工业建筑, 2013, 43(5): 148-152.
[9] 张行强, 姚谏. 受弯钢构件碳纤维增强复合材料加固理论的研究进展. 工业建筑, 2014, 44(10): 121-127.
[10] 张龑华, 冯鹏, 叶列平. 应用FRP快速加固受压钢构件的方法与受力性能. 玻璃钢/复合材料, 2012, S1: 125-129.
[11] 蒋首超, 张锦骁. 纤维增强复合材料加强铝合金焊接梁柱节点性能试验研究. 工业建筑, 2015, 45(7): 170-175.
[12] 李彪, 彭铁红, 杨勇新, 等. 碳纤维布加固钢结构吊车梁施工技术. 施工技术, 2015, 44(4): 32-35.
[13] Shivakumar K N, Tan P W, Newman J J C. Avirtual crack-closure technique for calculating stress intensity factors for cracked three dimensional bodies. Int. J Fract, 1988, 36(3): 43-50.
[14] P. P. Camanho. Simulation of delamination in composites under quasi-static and fatigue loading using cohesive zone models. Portugal: Universidade Do Porto, 2006.

[1]	吕续津, 霍红宇, 彭公秋, 张宝艳, 叶金秋, 刘勇. 静电纺丝PPESK纤维毡层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(9): 19-27.
[2]	谢文博. 耐高温阻燃环氧树脂碳纤维复合材料性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(9): 43-47.
[3]	武海生, 罗锦涛, 顾轶卓, 孙天峰, 刘佳, 姚旗, 黎昱. 高模量碳纤维复合材料管件高低温交变环境结构稳定性研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(9): 87-91.
[4]	王文乾, 冯宇, 李哲, 刘宋婧, 安涛, 王逸韬, 李元凯. 碳纤维复合材料激光辐照温度场分布规律仿真[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(7): 5-15.
[5]	张茹, 陈向明, 李新祥, 袁菲, 程立平. 两种厚度的层合板单搭接胶接接头的静力与疲劳性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(7): 86-92.
[6]	邢文涛, 孙会来, 李航, 刘雨, 赵方方. 螺旋铣磨碳纤维复合材料铣磨力仿真及试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(6): 69-75.
[7]	陈程, 李晨, 王岩, 高丽敏, 徐吉峰. 湿热环境对T800S/M21碳纤维复合材料基体主导力学性能的影响研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 100-106.
[8]	吕伟, 文学, 付为刚, 唐靖昆. 基于Lamb波和改进贝叶斯融合算法的CFRP边缘分层损伤分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(5): 114-120.
[9]	王宇轩, 曹东风, 胡海晓, 李书欣. 计及层内和层间的L形层合板失效的数值研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 43-53.
[10]	苏桐, 胡果馨, 刘振. 全碳纤维复合材料太阳能无人机机翼结构优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 79-83.
[11]	伍强, 赵凯, 刘鹏飞, 张涛涛, 朱德勇. Z形纤维增强复合材料层压板固化变形分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 84-90.
[12]	韩善灵, 王涛, 光新杰, 李志勇, 李勇. CFRP在汽车轻量化与安全中的应用进展[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(2): 119-128.
[13]	张锦光, 陈睿, 窦玉宽, 鲁季坤, 文湘隆. 四韧带手性夹芯结构的振动带隙特性研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(12): 54-61.
[14]	苏海亮, 马莲花, 展新, 覃记荣, 张彦会. 基于熵权-TOPSIS的CFRP电池箱体铺层优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(12): 62-68.
[15]	徐权威, 郭小锋, 乔书杰, 李思卿, 车江宁. 基于神经网络的风电叶片极限载荷预测及玻碳混合铺层结构优化[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(12): 69-74.