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形状记忆合金纤维在混凝土中的界面性能计算模拟研究文献综述

 2020-04-15 16:52:42  

1.目的及意义

目的及意义:

地震、台风和海啸这些自然灾害会对人类生命和财产的安全构成巨大威胁,其中建筑物的破坏及倒塌是造成灾难的原因之一,而如果道路桥梁受到破坏,则会切断灾区交通的生命线,会造成救灾工作的巨大困难,使灾情进一步加剧。在建筑中,当钢筋混凝土结构受到一定应力的冲击时,有时即使没有发生断裂或坍塌,也会在大范围内产生裂纹,使修复变得十分困难或者不经济。钢筋混凝土(RC)结构会产生相当可观的损伤量,显示大面积的残余裂纹。在一次足够大的地震后,RC结构能有效抵抗地震并确保居住者的生存,但事后他们会产生较大的残余偏移,由于钢筋的塑性屈服会影响使用的钢筋,影响其稳定性。在这种情况下,建筑物不能被立即重新使用。而且,修复这些损坏的结构通常是非常困难的,在某些情况下甚至是不切实际的,由于巨大的残留位移和过度损坏。修复或拆除这种结构会耗费相当大的成本。

目前,在建筑抗震结构设计中,形状记忆合金可以通过使自身变形来消耗地震能量从而避免传统结构加固方法仅通过自身塑性变形来吸收能量的缺点,使建筑上部结构在强烈振动时只发生刚性体摇摆,基本上不发生变形,从而保证了建筑物本身的安全。将形状记忆合金置入建筑结构中,不仅可以使结构在受到外部振动的变形、开裂和破坏时,大部分能量被形状记忆合金吸收和耗散,而且还可以利用形状记忆合金的功能特性实现结构的自诊断,这是一种有效的方法。大大提高了结构的安全性和可靠性。

形状记忆合金作为一种新的功能材料被广泛地应用于智能材料与结构中,利用形状记忆合金在承受热或力的外载时产生的热弹性马氏体相变的特性将形状记忆合金材料做成颗粒状,丝状或带状嵌入基体材料比如混凝土,金属或陶瓷中,通过形状记忆合金的相变或逆相变达到控制复合材料的形状,从而提高混凝土结构的稳定性。

国内外研究现状:

现在,国内外许多学者在记忆合金纤维在复合材料基体中的拉拔问题上开展了很多研究工作。当前,人们解决纤维拉拔问题的方法主要有两种:一是利用剪切强度准则,即当纤维和基体界面的剪应力值达到l临界脱胶应力值时,进入临界状态:其二为Gao提出的一个新脱胶准则,该准则以阻断裂力学理论为基础,把脱胶现象当作一个特殊的裂纹扩展问题。

Shigetoshi ARAKI等人对包含TiNi记忆合金纤维的“桥连裂纹”细观力学模型进行了理论和数值分析。他们用特征应变代替了由形状记忆效应引起的收缩应变,并考虑了由于体和纤维的热膨胀系数不匹配而导致的热膨胀应变,通过分析得到了复合材料的应力、应变场以及整个系统的势能。又由系统的势能得到了裂纹尖端的应力强度因子。在他们所做的数值分析中,发现裂纹尖端的应力强度因子K随着收缩应变的增加而减小,这与Akim Shimamoto等人所得到的实验结果是一致的。

Chi-Kin Poon等在预应变NiTi形状记忆合金纤维拔出问题上做了大量的理论以及实验研究工作。Chi-Kin Poon等采用双圆柱的理论模型,得到了预应变NiTi纤维增强复合材料在不同温度下的最大脱胶应力的理论模型。在实验方面,Chi-Kin Poon等的实验得到了预应变NiTi纤维增强复合材料在不同温度下的最大脱胶应力的实验结果。理论结果与实验结果非常吻合。

杜彦良等在构件裂纹的探测和主动控制裂纹方面进行了许多工作。他们提出将NiTi纤维埋入构件内部,利用构件内NiTi纤维电阻率大、对应变敏感和加热后可以产生较大回复力等特点,可以实现对构件内部的裂纹进行探测和裂纹扩展主动控制,并且通过光弹实验和数值分析进行了验证。

记忆合金纤维纤维的拉拔是其中的一个非常重要力学现象,对此现象的研究对主动控制裂纹的扩展以及裂纹的修复有着重要的意义,所以,对这个问题的研究是非常必要的。

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