玻璃鋼錨桿拉伸及固化過程細(xì)觀力學(xué)數(shù)值模擬研究.pdf

1、在玻璃鋼錨桿中，纖維是載荷的主要承擔(dān)者，桿體受拉纖維斷裂失效后，在斷點(diǎn)發(fā)生纖維脫粘和桿體裂紋擴(kuò)展是兩種主要破壞形式。另外，玻璃鋼錨桿生產(chǎn)中，經(jīng)歷由高溫到低溫的固化過程，產(chǎn)生熱殘余應(yīng)力也是不可避免的。本文主要對玻璃鋼錨桿拉伸過程中，纖維拉脫、桿體裂紋擴(kuò)展兩種破壞失效形式以及玻璃鋼錨桿桿體在固化過程中的熱殘余應(yīng)力分布進(jìn)行了數(shù)值模擬。本論文所進(jìn)行的數(shù)值模擬是采用通用有限元模擬軟件ANSYS與自主開發(fā)程序相結(jié)合的方法，以玻璃鋼錨桿的尺寸為基礎(chǔ)建

2、立初始條件、邊界條件、失效準(zhǔn)則、材料和狀態(tài)方程來進(jìn)行。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、艑胃w維拉脫模擬分析了理想界面、不同界面層厚度和不同界面層彈性模量對單根纖維拉脫的影響。研究結(jié)果表明：在單根纖維拉脫過程中，下端脫粘點(diǎn)和上端面都會出現(xiàn)應(yīng)力集中，且下端脫粘點(diǎn)的應(yīng)力集中范圍和程度要大于上端面。適當(dāng)增加界面層厚度、減小界面層的彈性模量，界面上應(yīng)力分布更均勻，有利于減少應(yīng)力集中的范圍和程度，界面產(chǎn)生塑性變形的能力增大，界面脫粘載荷增大，從

3、而可以避免桿體發(fā)生脆性破壞，提高其強(qiáng)度和韌性。
　?、茖U體裂紋擴(kuò)展模擬分析了纖維斷裂后裂紋擴(kuò)展的模式和界面強(qiáng)度對損傷演化發(fā)展的規(guī)律。研究結(jié)果表明：強(qiáng)界面情況下，纖維斷點(diǎn)處產(chǎn)生的裂紋沿垂直于纖維軸向的基體中擴(kuò)展，纖維上應(yīng)力迅速增大，纖維上容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，材料往往出現(xiàn)脆性破壞，但已斷纖維和鄰近纖維上的應(yīng)力都會迅速恢復(fù)；弱界面情況下，纖維斷點(diǎn)處產(chǎn)生的裂紋在已斷纖維和其鄰近基體的界面上沿纖維軸向進(jìn)行擴(kuò)展，界面脫粘，鄰近纖維上應(yīng)力集中的

4、范圍和程度都比較小，材料表現(xiàn)出較好的韌性，已斷纖維和鄰近纖維上的應(yīng)力恢復(fù)得慢；在中等界面的情況下，纖維斷點(diǎn)處產(chǎn)生既會發(fā)生纖維脫粘也會發(fā)生裂紋擴(kuò)展，使材料既能保持一定的強(qiáng)度，又表現(xiàn)出一定的韌性。
　?、菍袒^程中桿體中熱殘余應(yīng)力分布模擬分析了固化溫度、纖維彈性模量、基體彈性模量、纖維體積分?jǐn)?shù)和界面層彈性模量等工藝參數(shù)對玻璃鋼錨桿桿體中熱殘余應(yīng)力分布的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：固化溫度升高，纖維彈性模量增大，基體彈性模量增大，纖維體積