Достижение прочных конструкций с помощью углепластиков

Ученые предложили метод усиления несвязанного углепластика для контроля деформации стальных элементов.

Исследователи Лаборатории строительной инженерии Кафедры архитектуры и гражданского строительства Технологического университета Тойохаши разработали новую концепцию усиления стали в критических строительных конструкциях с использованием несвязанных углепластиков (CFRP), армированных углеродным волокном, для повышения изгибаемости конструкционных стальных элементов. Этот метод не требует обработки поверхности стали перед применением углепластика, так как углепластик не скрепляется с поверхностью, что способствует повышению прочности конструкции за счет жесткости при изгибе. Результаты исследований были опубликованы в журнале "Construction and Building Materials" в начале 2020 года.

Метод бесклеевого упрочнения 

После успеха в области армирования бетона в гражданском строительстве, CFRP в настоящее время разрабатывается как средство для усиления стальных элементов вместо обычных стальных пластин. CFRP предпочтительнее, так как он обладает рядом преимуществ, таких как малый вес, высокое соотношение прочности и веса, а также отличная усталостная и коррозионная стойкость. Однако до сих пор исследования и разработки в области упрочнения стали с использованием CFRP в основном сосредоточены на методах склеивания, при которых CFRP крепится к стальным поверхностям с помощью адгезива.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Упрочнение с помощью клея имеет свои недостатки, так как перед установкой CFRP требуется сложная и трудоемкая обработка поверхности. Кроме того, характеристики прочности склеивания стали и углепластика, которые являются ключевым аспектом данного метода упрочнения, также могут значительно снизиться из-за воздействия окружающей среды на протяжении всего срока службы. Замена этого подхода на другой новый метод склеивания из углепластика не является особенно подходящим решением, так как он вряд ли будет экономически эффективным.

Группа исследователей разработала метод упрочнения стали с использованием CFRP, для которого они не приклеивали ее к стальной поверхности. Было показано, что этот метод замедляет изгиб и увеличивает компрессионную способность стальных стержней, где на увеличение пропускной способности влияет количество используемых слоев углеродного волокна.

"В качестве альтернативы методу упрочнения стали с использованием углепластика, который приклеивается к стальной поверхности, мы разработали этот метод несвязанного углепластика", - пояснил первичный автор, Фенгки Сатрия Йореста. "Основные преимущества этого метода заключаются в том, что он проще и менее трудоемкий в реализации, особенно при его применении к существующим элементам строительных конструкций. Больше не требуется трудоемкая обработка поверхности стали, такая как пескоструйная обработка, пескоструйная обработка или ручная шлифовка, и это приводит к значительной экономии средств", - сказал он.

Доцент Юкихиро Мацумото (Yukihiro Matsumoto), руководитель исследовательской группы, добавил: "Почти во всех предыдущих исследованиях использовались клеевые соединения для усиления стальных элементов с помощью CFRP. Этот метод довольно сложен, так как перед нанесением CFRP требуется соответствующая обработка поверхности стали для получения приемлемого соединения между CFRP и стальной поверхностью. Условия обработки поверхности также влияют на прочность сцепления".

"Кроме того, мы не можем в полной мере оценить влияние воздействия окружающей среды в течение срока службы на характеристики сцепления между CFRP и сталью. Поэтому мы стремились усовершенствовать традиционные методы путем разработки собственного метода упрочнения без использования связующих веществ".

"Метод бесклеевого упрочнения полезен, прост в применении и управляем", - сказал он. "Тем не менее, наш метод не передает напряжение плавно, поэтому необходимо было создать соответствующую механическую модель. Следовательно, мы провели механическое моделирование и эксперименты, чтобы продемонстрировать это", - добавил он.

Результаты их работы заставляют членов исследовательской группы верить, что метод CFRP без связующих веществ может быть применен не только в гражданском строительстве, но и в других областях, таких как аэрокосмическая, автомобильная и морская промышленность. Ожидается, что этот многообещающий новый метод будет принят для быстрого производства инновационных, высококачественных продуктов. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet