繊維強化高分子材料の引張試験

Structural Engineering

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Summary

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科

繊維強化高分子材料 (FRP) は、縦繊維高分子樹脂、それにより高分子マトリクスを作成する 1 つまたは複数の方向に沿って一直線に並べられた繊維に埋め込まれたによって形成される複合材料です。最も単純な形式で frp の繊維は直交異方性材料特性、材料が 2 つの方向で異なる動作が意味を与える従って整然とした、並列のファッションに配置されます。繊維に平行、材料になります非常に強い、および/または堅い、強さがマトリックスの全体ではなく樹脂に起因する、繊維に対して垂直になります非常に弱いが。

この一方向の構成の例は市販 FRP 補強筋、鉄筋コンクリート構造で使用される従来の鋼棒を模倣します。Frp は強化し、既存の構造を修復する歩道橋や階段などのスタンドアロンの構造とも材料としてを使用します。細長い板が強度を追加する既存のコンクリート構造物に epoxied した多くの場合。この場合、FRP のバーは、外部補強として機能します。FRP バーとプレートは、軽量化とより耐腐食性、ブリッジ デッキでアプリケーションを見つけること、駐車場、除氷スラットが従来のバーの急速な悪化につながるので。

この実験室の練習で一方向の試験片の引張特性、検討されるその終局耐力と変形能力に重点を置いて。供試体の挙動は、突然かつ爆発的に発生すると予想される障害まで弾性する予定です。この現象は、延性鋼は, 広範な変形能力を展示し、障害発生前に硬化のひずみと対比する必要があります。

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JoVE Science Education Database. 構造工学. 繊維強化高分子材料の引張試験. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

  1. 適切な安全対策を講じるし、これらの標本の代表的な爆発性障害は多くの小さい、鋭い破片が飛んでを送信するため、眼の保護を着用します。
  2. 4 FRP 片を入手します。1"× 8" の標本、繊維の方向に沿って、1 つ、1 つの繊維に垂直に切る方向 0.5 インチ E ガラス FRP プレートから 2 つになります。3 番目の標本が 0.25 インチ カーボン FRP 鉄筋、第四は 0.25 FRP E ガラス鉄筋になります。鉄筋の標本は約 24 インチの長さをする必要があります。
  3. 高強度エポキシ樹脂と空のスペース大きめ鋼円形と長方形断面とインフィルに試料の両端の 12 インチを埋め込むことによって楽器のホルダーを取り付けます。製造者の仕様に従って、エポキシの治療をしましょう。従来の UTM グリップにセレーションが樹脂を破壊して早期終了失敗につながるので、このタイプの最後の接続が必要です。
  4. 他と同じように進んでそのソフトウェアの初期化、UTM をオンして引張試験。
  5. グリップに試料を挿入してそれらを締めます。
  6. 1 分あたり約 0.2 インチの割合でたわみ制御における試料をロードします。
  7. 0.01 のひずみデマウントにヤング率を測定するため、伸縮計を使用する場合を確認します。
  8. 供試体は、失敗に始まり、音や小さな破片が飛び出る標本、線維性の花のような構造に分割する材料の爆発失敗続いて落下して開始されます。

FRP 繊維強化高分子材料は、高分子樹脂、繊維の方向で非常に強いがマトリックスの作成に繊維を埋め込むことによって形成されている複合材料です。

彼らの最も単純な形式では、一方向に整然とした動作大ひに材料を引き起こす、樹脂に包ま frp の繊維に揃えて配置されます。これらの材料の機械的性質は他の 2 つの主要方向と比較して繊維の方向で非常に異なっています。

FPR 材料が弾性繊維破壊まで動作して、繊維の強度が高いため、繊維の方向で非常に強い、素材が爆発的な方法で失敗します。材料は、しかし、樹脂の非常に低い強さのため垂直方向に非常に弱い。

このビデオでは、一方向の試験片の引張特性、検討される終局耐力と変形能力に重点を置いて。

FRP 材料の強度は、個々 の繊維の強さに直接関係します。繊維材料の増加の割合として材料の強度が向上します。典型的な材料では、ボリュームで約 50% の繊維があります。

FRP の単方向の強度、鉄筋や鉄筋に使われるが、材料の 1 つ以上の方向に繊維の方向を制御することによって実現できます。

繊維がランダムな方向に場所をすることができます。 または単一 plys 一軸レイヤーの方向、2 つの強力な方向の 1 つの弱い方向を交互に場所をすることができます。繊維や樹脂、FRP を使ってお互いに互換性があるし、アプリケーションの要件を満たすために選ばれなければなりません。

使用繊維のクラス、通常カーボン、アラミド、ガラスに影響を与えるプロパティおよび最終製品のコスト。一般に、繊維は、靭性の証拠なしの突然の障害で生じる非常に低ひずみ容量を持っています。

主な樹脂のストレスを転送し、機械的、環境被害から繊維を保護する行為します。製造中に、圧力は材料の強さを高めることできるだけ多くの樹脂を絞り出すに適用されます。個々 の繊維、複合材料のプロパティではないことに注意してくださいすることが重要です。代わりに、混合物の規則によると、複合材料の特性は、構成部品の平均重量との結果。

次のセクションでは、有効な結果を取得するサンプルを適切に準備する世話をしながらガラスおよびカーボン FRP の応力・ひずみ挙動を比較する普遍的な試験機の単純引張試験を行います。

4 FRP 片を入手します。2 方向 0.5 インチ E ガラス FRP プレートからカットされますによって 8 つに標本をインチ: 繊維の方向に沿って 1 つと 1 つの繊維に垂直になります。3 番目の標本は 0.25 インチ カーボン FRP 鉄筋になります、4 番目は 0.25 ガラス FRP 鉄筋になります。鉄筋の標本は約 24 インチの長さをする必要があります。

大きめの鋼円形および長方形断面の両端の 12 インチを埋め込み、高強度エポキシ充填空のスペースによって FRP 鉄筋片を事前に準備します。エポキシ仕様によると、養生のための数日を許可します。

従来の UTM グリップにセレーションが樹脂を破壊して早期終了失敗につながるので、このタイプの最後の接続が必要です。UTM の電源を入れると、そのソフトウェアを初期化して他の引張試験と同じ方法で進みます。グリップに試料を挿入し、位置にロックします。

約 0.2 インチ毎分の速度変位制御の試験片をロードします。供試体は、失敗に始まり、ポップ サウンドを聞いたこと、小さな破片が試料落下して開始されます。線維性の花のような構造に分割する材料の爆発的エラーが続きます。

ここでは、繊維の方向に読み込まれている E ガラス FRP 平板試験片における応力・ひずみ曲線です。このグラフからは、最大の力、引張強度およびひずみを決定し、弾性係数を計算します。これらの結果は、本質的に定期船振る舞いを示す 50 %e ガラス繊維量で指定した材料に適しています。

このグラフは、繊維の方向に対して垂直に読み込まれた同じ材料を示しています。我々 は最大の力、引張強度、ひずみ、および弾性係数の低下を見ることができます。かなりの量のこの特定の試験片の測定強度が繊維がランダム配向である外の保護層で繊維から来ることに注意してください。2 つの方向の非常に大きな違いでは、材料特性の tailorability を強調しています。このケースでは、一方向に強く、他の弱い材料があります。

失敗面縦表示多数の壊れた繊維繊維整列のためのもので、これに証人に耐えるし、繊維を 1 つ垂直にインターフェイスで樹脂の失敗の典型的な表面を示します。FRP 鉄筋の挙動を比較すると、強度とヤング係数の非常に重要な違いがあります。材料は両方とも失敗直後に彼らの最大の負荷を運ぶします。

強いカーボン FRP バーと柔らかく、しかしはるかに多く延性 E ガラスの違い、1 つはこの線形グラフで明らかです。しかし、彼らは a36 鋼鉄などの金属のひずみの割合で失敗すると少し延性があります。

FRP 材料は、無数の元の建設や修理のアプリケーションを含む土木工学アプリケーションで使用されます。Frp の一般的な使用方法のいくつかを見てみましょう。

連続繊維シート、積層物およびバーを樹脂含浸でき、フィールド アプリケーションで使用できる precured。FRP バーとプレートには光と耐腐食性している橋梁でのアプリケーションを見つけること、駐車場、従来のバーの急速な悪化に導く除氷ところ。

多くの海洋アプリケーションも FRP 用材料の耐腐食・塩を使用します。FRP は、海軍構造およびパイプラインだけでなく、ボート業界で広く使用されます。

ゼウスの繊維強化高分子材料、または Frp の引張試験の概要を見てきただけ。Frp とその強さを決定するための標準的な検査のコンポーネントを理解する必要があります今すぐ。

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