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纤维增强高分子材料的拉伸试验

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纤维增强聚合物材料, FRP, 是复合材料, 是由嵌入纤维在聚合物树脂, 创建一个矩阵, 是非常强大的方向, 纤维。

在最简单的形式, FRP 材料的纤维在一个方向有序排列, 并封装在树脂, 导致材料的行为 orthotropically。与其他两个原理方向相比, 这些材料的力学性能与纤维的方向有很大的不同。

由于纤维的高强度, FPR 材料在纤维的方向非常强, 在纤维断裂之前表现弹性, 并且材料以爆炸性的方式失败。然而, 由于树脂的强度非常低, 材料在垂直方向上非常薄弱。

在这段视频中, 将研究单向试样的拉伸行为, 重点研究其极限强度和变形能力。

FRP 材料的强度直接关系到单个纤维的强度。随着材料中纤维含量的增加, 材料的强度增加。典型的材料有大约50% 纤维由容量。

FRP 的单向强度常用于钢筋或钢筋, 但可以通过控制纤维的方向来实现材料的多个方向。

纤维可以是随机方向的地方, 或者单 plys 的单向层可以在交替方向上放置, 导致两个强方向和一个弱方向。用于制造玻璃钢的纤维和树脂必须选择相互兼容并满足应用要求。

使用的纤维类, 通常是玻璃、芳纶或碳, 影响最终产品的性能和成本。一般来说, 纤维的应变能力很低, 导致突然的失败, 没有任何延性的证据。

树脂的主要作用是转移应力和保护纤维免受机械和环境的破坏。在制造过程中, 压力被用来挤出尽可能多的树脂, 以增加材料的强度。必须注意的是, 单个光纤属性不是复合体的属性。相反, 根据混合物的规则, 复合材料的性质是由组成部件的重量和平均值造成的。

在下一节中, 我们将在万能试验机上进行简单的拉伸试验, 比较玻璃和碳纤维 FRP 的应力/应变行为, 同时注意适当地准备样品以获得有效的结果。

获得四件玻璃钢标本。两个将从单向0.5 英寸 E 玻璃玻璃钢板切割成一个八英寸的标本: 一个沿纤维的方向, 一个垂直的纤维。第三个样品将是一个0.25 英寸的碳纤维玻璃钢钢筋, 第四将是一个0.25 玻璃钢钢筋。钢筋标本应该有24英寸长。

将12英寸的端部嵌入稍大的钢圆和矩形截面, 用高强度环氧树脂填充空空间, 预先准备 FRP 钢筋试样。根据环氧树脂的规格, 允许几天的固化。

这种类型的端连接是需要的, 因为在传统的锯齿手柄将破坏树脂和导致过早结束失败。以与其他张力测试相同的方式进行, 方法是打开 UTM 并初始化其软件。然后, 将标本插入手柄, 并将其锁定到位。

以每分钟0.2 英寸的速度在位移控制中加载试样。当标本开始失效时, 会听到弹出的声音, 小碎片将开始从标本上脱落。其次是材料的爆炸的失败, 分离成纤维状花状结构。

这是在纤维的方向加载的 E 玻璃 FRP 板试样的应力/应变曲线。从该图可以确定最大力、抗拉强度和应变, 计算弹性模量。这些结果是合理的材料指定在50% 电子玻璃纤维体积显示基本上班轮行为。

该图显示与纤维方向垂直加载的相同材料。我们可以看到最大力, 抗拉强度, 应变和弹性模量的下降。请注意, 在这个特定标本中测量的大量强度来自外部保护层中的纤维, 其中纤维是随机定向的。两个方向之间的很大的差别强调了材料性质的 tailorability。在这种情况下, 我们有一个强大的材料, 在一个方向, 并在另一个薄弱。

失败表面承担证人这, 与一个为纤维排列纵向显示许多残破的纤维, 并且一个与纤维垂直地被排列显示典型的表面为树脂故障在接口。对比 FRP 筋的性能, 在强度和弹性模量上有很大的差异。两种材料在装载最大载荷后立即失效。

在这一线性化图中, 强碳玻璃钢棒的区别和软, 但更韧的 E 玻璃的差别很明显。然而, 没有延性, 因为他们失败的一部分, 金属的应变, 如 a36 钢。

玻璃钢材料广泛应用于土木工程的各种应用领域, 包括原始建筑和维修应用。让我们来看看 FRPs 的几种常用用法。

玻璃钢板材、层压板和棒材可以用树脂和预硫化浸渍, 用于现场应用。玻璃钢棒材和板材具有耐光和耐腐蚀性, 因此他们在桥面和停车库中寻找应用, 在那里, 除冰会导致传统钢筋的快速变质。

许多海洋应用也使用 FRP 材料抵抗腐蚀和盐。玻璃钢广泛应用于划船行业以及海军结构和管道。

你刚刚看了朱庇特的介绍纤维增强高分子材料的张力测试, 或 FRPs。你现在应该了解 FRPs 的成分和标准的实验室测试, 以确定他们的实力。

谢谢收看!

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