通过整合形状记忆合金来增强纤维增强聚合物的机械行为和能量消耗:在循环拉伸负荷下对SMA-FRP复合材料进行数值研究
Saeed Eilbeigi1, Mohammadreza Tavakkolizadeh1, Amir R Masoodi1
1Department of Civil Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad 9177948974, Iran.
形状记忆合金纤维增强聚合物 (SMA-FRP) 通过提高柔性和能量消耗来增强传统纤维增强聚合物 (FRP). 这项研究通过调整纤维含量和初始应变来优化SMA-FRP行为,以获得更好的性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 复合材料 复合材料 复合材料
- 机械工程 机械工程
背景情况:
- 传统的纤维增强聚合物 (FRP) 由于其线性应力-应变特性而表现出易碎的行为.
- 形状记忆合金 (SMA) 具有高可塑性,能耗,耐腐蚀性和疲劳性能.
- 将SMA纤维集成到FRP中可以减轻传统复合材料的脆性,创造新的SMA-FRP材料.
研究的目的:
- 为了研究常规纤维 (碳,玻璃,阿拉米德) 和SMA纤维 (NiTi) 的不同体积分数对SMA-FRP行为的影响.
- 评估SMA纤维初始应变对SMA-FRP复合材料循环拉伸性能的影响.
- 分析不同常规纤维类型如何影响SMA-FRP的机械性能.
主要方法:
- 样本是为目标弹性模量设计的,并使用OpenSees有限元素软件 (v. 3.5.0) 建模.
- 模拟集中在循环拉伸负荷上,以评估重复应力下的材料行为.
- 参数研究对SMA纤维体积分数,初始应变和常规纤维特性进行了变化.
主要成果:
- 增加SMA纤维体积分数减少了最大应力,残余应力和应力硬化,但增强了能量消散和残余应力.
- 较高的SMA纤维初始应变增加了最大应力和能量消耗,同时降低了剩余应力和产量应力.
- 具有较大的故障应变的传统纤维改善了最大应力和能量消散,减少了应力硬化;更高的弹性模量增加了剩余应力和应力.
结论:
- SMA-FRP复合材料通过受控的纤维组成和初始应变,表现出可调节的机械性能.
- SMA纤维的集成显著提高了FRP的能量消散和可塑性.
- 传统的纤维类型极大地影响SMA-FRP的性能,为材料优化提供了途径.
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