分层纤维增强水泥基复合材料抗冲击性能研究

摘要

纤维增强水泥基复合材料具有高韧性、高动态抗压强度等特点，是一种较好的抗冲击材料。不同纤维对水泥基材料性能的增强效果也不同，在水泥基体中掺入不同的纤维使纤维增强水泥基复合材料具有了更多的特性。但是，由于不同纤维材料之间性能的差异会造成不同纤维在水泥基体中的性能受到一定的制约。因此，单纯的混杂纤维对水泥基材料的增强未必最优，本文采用不同纤维分层增强水泥基材料，并对该材料进行抗冲击性能试验研究，分层掺入短切钢纤维、聚乙烯醇（PVA）纤维。本文根据 ACI544委员会推荐的落锤冲击试件进行研究，记录累积破坏冲击次数。研究在试件整体厚度不变得情况下，受冲击面及分层厚度对分层纤维增强水泥基复合材料抗冲击性能的影响。通过对实验结果进行分析，本文获得了如下成果：
　　（1）钢纤维增强水泥基复合材料层直接承受冲击荷载时，在试件整体厚度不变的前提下，分层纤维增强水泥基复合材料吸收冲击能量的能力随着PVA层的厚度增加呈现出先增大后减小的趋势，PVA层厚度为10mm时，其抗冲击性能达到最大值，此时钢纤维层厚度与PVA层厚度相等；相应的分层纤维增强水泥基复合材料较混合纤维增强水泥基复合材料的抗冲击性能提升了29%；随着PVA层厚度的增加，分层试件的抗冲击韧性也逐渐增大，分层试件的破坏形式由典型的脆性破坏向塑性破坏转变且试件保持完整。
　　（2）PVA纤维增强水泥基材料层直接承受冲击荷载时，在试件整体厚度不变的前提下，分层试件的抗冲击性能同样随着PVA层厚度的增加呈现出先增大后减小的趋势，当PVA层的厚度达到15mm时，分层试件的抗冲击性能最优；试件的抗冲击韧性同样随着PVA纤维水泥基材料层厚度的增大而逐渐增大；由于钢纤维层位于受拉区，这类分层试件都表现出脆性的破坏形式，随着PVA层厚度的逐渐增加，分层试件的塑性有一定提升，试件也相对能保持完整。
　　（3）使用 ANSYS/LS-DYNA中的 HJC模型建立有限元模型对纤维增强水泥基复合材料受落锤冲击的过程进行了模拟，有限元模拟的结果与抗冲击试验得出的结果表现出相似的规律。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 纤维增强水泥基复合材料的研究现状

1.3 抗冲击性能的研究方法

1.4 本文研究的主要内容

第2章 分层纤维增强水泥基复合材料制作方法

2.1 试验材料

2.2 试验配合比设计

2.3 试件制作方法

2.4 立方体抗压强度实验

2.5 本章小结

第3章 冲击试验结果及分析

3.1 冲击试验准备

3.2 冲击试验结果及现象描述

3.3 冲击试验结果分析

3.4 本章小结

第4章 受冲击破坏形态和破坏机理分析

4.1 试件破坏程度的衡量标准

4.2 破坏机理分析

4.3 本章小结

第5章 冲击试验数值模拟

5.1 材料参数及本构模型

5.2 有限元网格模型建立

5.3 数值模拟结果

5.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢