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纤维增强型水泥基复合材料中纤维拉拔特性对基体的阻裂作用研究

文莺  
【摘要】:在研究增强型水泥基复合材料中,纤维和基体的相互作用是决定复合材料整体性能的重要因素。本文采用理论分析和实验分析相结合的方法探讨了纤维增强型水泥基复合材料中纤维的拉拔特性对基体的阻裂作用。论文主要研究内容如下: 1、理论上分析了纤维从基体的拔出过程,推导了基于“剪应变套”、应变—滑移假设和基于剪应力影响域假设的两种拉拔模型,并得到了拉拔曲线F-δ的解析表达式,对这两种模型的合理性和应用场合作了比较分析;将第一种模型推广到纤维两端拉拔的情况,并推导了两端拉拔的F-δ曲线的解析表达式。 2、针对受纤维拉接的Ⅰ型裂纹的张开与扩展问题进行了探讨,从应力强度因子和能量的角度讨论了纤维的拉接作用对基体中裂纹扩展临界条件的影响,推导了基于应力强度因子和能量的两种裂纹扩展的临界模型,并对这两种模型进行了讨论。 3、设计了一系列的实验对前面讨论的问题进行实验分析。其中一组实验讨论裂纹区域纤维含量对裂纹扩展的影响,一组实验讨论了基体强度对裂纹扩展的影响,一组实验讨论了反复加载对裂纹扩展的影响,实验结果表明,随着裂纹区域内的纤维含量的增加,纤维所提供的拉接力增加,裂纹扩展时外加临界荷载明显增加。随着基体强度的提高,纤维和基体的拉接作用会增强,裂纹扩展时外加临界荷载明显增加。对承受反复加载的试样,在反复加载的过程中,纤维与基体的粘接界面发生损伤,纤维所能提供的拉接力减少,裂纹扩展时外加临界荷载明显减小。实验结果定性地证明了纤维的拉拔特性对基体裂纹扩展的影响关系。


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