基于Weibull概率分布的纤维增强复合材料损伤演化分析-论文.pdf

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1、2014年第8期玻璃钢／复合材料49基于We~uU概率分布的纤维增强复合材料损伤演化分析吴毅彬(1．上海颖川加固工程技术有限公司，上海201102；2．同济大学结构工程与防灾研究所，上海200092)摘要：利用已有的纤维增强复合材料性试验样本，运用统计分析与拟合优度检验方法证明选取二参数Weibul1分布函数近似估计纤维增强复合材料拉伸强度与弹性模量分布类型的合理性。通过拉伸强度与损伤变量的关系建立纤维增强复合材料的损伤演化模型，并利用试验数据与线性拟合方法推导不同层数纤维增强复合材料的演化方程。损伤演化分析结果

2、表明，在同等损伤情况下，单层纤维增强复合材料比二、三、四层纤维增强复合材料拉伸强度分别高出10％、20％、25％，拉伸强度随着层数的增加呈逐渐降低趋势，而层数对材料弹性模量的影响可忽略不计。在此基础上，提出考虑粘贴层数的纤维增强复合材料拉伸强度修正系数，c，系数建议值可供加固设计参考。关键词：纤维增强复合材料；损伤演化；Weibull概率分布；拉伸强度；弹性模量中图分类号：TB332；．rJo21文献标识码：A文章编号：1003—0999(2014)O8—0049—05纤维增强复合材料(FRP)具有强度高、重量轻

3、、建立纤维增强复合材料的损伤演化模型，并利用已耐腐蚀、施工简便等优良特性，近年来，在国内外混有试验数据与线性拟合方法推导不同层数纤维增强凝土结构修复补强工程中得到越来越多的应用。由复合材料的演化方程，分析粘贴层数对复合材料损于FRP加固混凝土结构是通过胶结剂将FRP粘贴伤演化的影响。在结构表面使两者共同受力，故实际加固设计中，纤维布与其树脂复合后的纤维增强复合材料拉伸强l纤维增强复合材料性参数统计分析度、弹性模量、伸长率及层数等指标备受关注。已有已有研究中针对纤维增强复合材料性能参数的研究表明，纤维布层数对纤维增

4、强复合材料的拉伸统计分析工作较少，表1收集了已有文献研究中所强度有较大影响J。从损伤力学的观点来看，层数采用的分布类型。由表1可知，FRP材料参数的概增多，各层纤维难以保持规则排列，纤维增强复合材率分布类型差异性较大，大多分布类型的选取主要料表面及其内部出现缺陷或空洞处的概率增大，材基于混凝土材料参考假设，未经过分布拟合检验。料性能指标将受到影响。然而，由于各种缺陷在材这不仅忽略了FRP材料本身离散性较大的特点，且料中的分布无序，应用传统几何理论很难用一个或会对基于可靠度FRP构件分析以及相应设计参数几个量把缺陷

5、特征反映出来。随着分形理论的出现的确定带来一定的难度。及其在岩石、混凝土等材料中的应用“J，尽管材料表1FRP材料参数分布类型汇总Table1SummaryofprobabilitydistributionsforFRP缺陷分布较为复杂，但仍可用分形理论探讨缺陷对材料损伤演化过程的影响，这为研究土木工程材料的损伤演化提供了一种新的途径。二参数Weibull概率分布函数不仅广泛应用于航空、航天工业中，且也已应用在分析体积断裂、疲劳和破碎数据上，尤其适用于脆性材料(例如陶瓷、玻璃、混凝土等)。本文利用已有纤维增强复合

6、材料性能试验数据，运用统计分析与拟合优度检验方法证明选取二参数Weibul1分布函数近似估计纤维增强复合材料拉伸强度与弹性模量分布类型的合理性。在此基础上，通过拉伸强度与损伤变量的关系收稿日期：2013—12-24基金项目：上海市“扬帆计划”科研课题项目(14YF1414800)；上海市科研计划课题项目(1104H105000)作者简介：吴毅彬(1982．)，男，工学博士，主要从事工程抗震与防灾、结构鉴定与加固方向的研究。F／C14．No．850基于Weibull概率分布的纤维增强复合材料损伤演化分析本文采用国内

7、、外纤维增强复合材料试验数据，表4拉伸强度K—S、A—D检验Table4Kolmogorov-SmirnovandAnderson--Darlingtest分A、B两组。A组为国家工业建筑诊断与改造fortensilestrength工程技术研究中心所做的FRP材料力学性能试验。其纤维布采用T200，12K碳纤维丝编织而成，黏结剂采用与其相配套的专用树脂。本文选取其中130个试件，按粘贴层数分为A1、A2两组。B组数据为美国FYFE公司提供的试验数据，试件采用SCH．41型纤维丝与S型树脂制作，试件按粘贴层数分为

8、B1、B2、B3、B4四组。各组数据的拉伸强度与弹性模量统计参数详见表2。表2纤维增强复合材料拉伸强度与弹性模量统计描述Table2DescriptivestatisticsfortensilestrengthandtensilemodulusofFRP表5弹性模量K—S、A—D检验拉伸强度／MPa弹性模量／GPaTable5Kolmogorov-SmirnovandAn