钢管道加固用碳纤维复合材料的力学与耐久性能研究

作     者：Honyigloh Jean-Daniel 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：咸贵军

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：Tw基CFRP 钢管道 湿热耐久性 玻璃化转变 力学性能 界面粘结性能 

摘      要：钢管道一般易损坏和退化,如产生外部冲击和腐蚀。在过去十年中,纤维增强复合材料以其轻质高强、优异的耐腐蚀及疲劳性能在管道方面具有较大应用前景尽管复合材料被验证可有效加固修复管道,但其对管道加固后的力学性能影响尚缺少系统的评价基于此。本研究采用实验室加速老化方法,系统地研究了Tw树脂及碳纤维增强树脂及碳纤维增强树脂(CFRP)板在蒸馏水和海水/盐中的长期性能演化。探讨了介质和温度共同作用下Tw基CFRP板和Tw基CFRP增强钢环的长期性能。采用动态力学分析(DMA)和力学性能测试(拉伸性能、层间剪切性能),研究了CFRP板材老化过程中树脂基体开裂、纤维/树脂界面脱粘的退化机理,取得了以下的研究成果:(1)随浸泡在蒸馏水和海水溶液中,CFRP板材的拉伸性能、层间剪切强度和玻璃化转变温度逐渐下降,这是由于树脂基体的短期塑化,与长期水解共同作用所致。与蒸馏水环境相比,海水环境下CFRP板材的层间剪切强度退化更加显著。(2)在蒸馏水和海水中浸泡后,两个碳纤维布样本均表现出明显的后固化效应,水分子在复合材料中的扩散降低了碳纤维布的拉伸性能和玻璃化转变温度。浸水对CFRP短梁试件的抗剪强度影响较小。Tw基碳纤维布试样的SBS退化是由裂纹扩展效应引起的。浸泡温度的升高导致热循环,这是短梁强度下降的原因之一。(3)从长期浸泡过程可以看出,两种浸泡介质对Tw基CFRP增强钢环的拉伸性能没有显著影响。在室温和80°C条件下,水浸试样的屈服强度均高于海水浸泡试样。(4)与未加固钢环的工作力相比,温湿耦合环境下Tw基CFRP加固钢环的极限破坏荷载较大.Tw基CFRP加固钢环具有显著的提升作用。