FRP拉挤复合材料本构关系模型研究.pdf

低温建筑技术
2016年第4期(总第214期
DOI:10.13905/j.cnki.dwjz.2016.04.004
FRP拉挤复合材料本构关系模型研究
任贇氐,王艳晗
(北京林业大学土木工程系,北京100083)
【摘要】为了更加精确的描述厚型拉挤复合材料的力学性能和力学响应特征,文中以厚型E玻璃纤维/环
氧树脂拉挤型复合材料系统为例,运用三维细观力学模型描述材料的非线性本构关系。模型从纤维和基质成分
的角度对由粗纱层和玻纤双轴布构成的层合材料进行材料响应描述,最终建立了相应的有限元模型并通过试验
进行校准。试验和数值分析结果表明:三维细观力学模型能够准确的描述E玻璃纤维/环氧拉挤型复合材料的力
学响应,其精确度可以通过横向试样拉伸试验结果进行校准提高
【关键词】结构工程;FRP拉挤型材;三维非线性本构关系模型;兰贝格一奥斯古德关系方程;横向拉压试验
中图分类号】TU599
文献标识码】A
文章编号】1001-6864(2016)04-0010-04
RESERCH ON CONSTITUVE MODEL OF PULTRUDED FRP COMPOSITES
REN Yun-yue, WANG Yan-han
Department of Civil Engi. Beijing Forestry Univ. Beijing 100083, China)
Abstract The mechanical properties of a thick-section pultruded E-glass/epoxy FRP composite
system are presented. Three-dimensional micromechanical models are proposed to generate the nonlinear
constitutive material response. The applied micromechanical models used the roving and biaxial glass
fiber cloth layers to recognize the material response at the fiber and matrix constituents. Experimental and
numerical analysis results show that the models could accurately describe the mechanical properties of
E-glass fiber/epoxy pultruded FRP and its accuracy can be calibrated through transverse tensile
test results
Key words: structural engineering; pultruded FRP; three-dimensiona] nonlinear constitutive
el; Ramberg-osgood; transverse test
0引
设前提作为研究起点。同时有限元模型也已经广泛
FRP拉挤复合材料是采用拉挤工艺制成的复合的应用于拉挤型复合材料结构的分析8。陈秀华等
材料。拉挤型复合材料因其轻质、高强、耐腐、工业综合考虑了复合材料厚板的三维应力特性和厚板的
化程度高等特点越来越受到建筑工程领域的关注,其本构理论,采用基于非线性本构关系的增量步送代
应用范围和需求量逐年提高?
法,解决了对复合材料厚层压板失效过程状态的跟踪
研究拉挤型复合材料的力学性能和力学响应特与判定问题?。张旭东等建立的有限元模型可对不
征可以从材料的纤维和基质构成人手。目前,学界已同性能的纤维,基体材料,不同纤维体积分数含量,不
经提出了几种研究FRP拉挤型复合材料有效特性的同纤维铺设铺层角度,不同加载方向的纤维增强复合
细观模型。Soni提出了运用线性细观力学模型原理材料的力学性能进行有效预测の。
获取拉挤型复合材料整体有效刚度。拉挤型复合
文中从材料的细观结构出发建立相应的三维细
材料和结构的非线性分析理论如三维细观力学模型,观非线性本构关系模型,并通过试验对建立的有限元
结构模型框架理论已经在学术界得以提出多尺度微模型进行验证和数值校准,以评价所建立的模型对材
模型被用来模拟由粗纱和玻纤双轴布层构成的复合料力学响应的预测能力。
材料层合结构。子层合板模型被用于研究复合材1理论模型
料厚度方向上的三维有效力学响应。 Kilic和Hj-1.1材料简介
A结合非线性细观力学模型和其它几种不同失效模
玻璃纤维/环氧树脂拉挤材料是厚型FRP复合材
型对拉挤型复合材料进行了渐进性失效分析3?。上料代表性类別。材料详细信息如表1所示。Haj-Ai
述研究中绝大多数都是将材料线性、正交、均匀等假等通过基质燃烧试验确定了各类拉挤型复合材料的