《复合材料课程设计》
复合材料力学课程设计

复合材料力学课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生理解复合材料的定义、分类和基本性质,掌握复合材料的基本力学原理;2. 使学生掌握复合材料力学性能的表征方法,了解影响复合材料力学性能的因素;3. 引导学生运用所学知识,分析复合材料在工程实际中的应用,并能解决简单问题。
技能目标:1. 培养学生运用数学和力学知识分析复合材料力学问题的能力;2. 提高学生设计复合材料结构的能力,能根据实际需求选择合适的复合材料和结构;3. 培养学生通过实验和计算等方法,对复合材料力学性能进行测试和评估的能力。
情感态度价值观目标:1. 激发学生对复合材料及其力学性能的兴趣,培养学生对材料科学的热爱;2. 培养学生的创新意识和团队协作精神,让学生在探讨问题中学会尊重他人意见;3. 使学生认识到复合材料在现代科技发展中的重要性,增强学生的社会责任感和使命感。
课程性质:本课程为高二年级选修课程,旨在让学生在掌握力学基础知识的基础上,进一步学习复合材料的力学性质及其应用。
学生特点:高二学生在知识结构、思维能力和实践能力方面有一定基础,具备一定的自主学习能力和合作探究精神。
教学要求:结合学生特点,注重理论与实践相结合,充分调动学生的主观能动性,提高学生的创新能力和实践操作能力。
在教学过程中,注重目标导向,分解课程目标为具体学习成果,以便教学设计和评估。
二、教学内容1. 复合材料概述- 复合材料的定义、分类及特点- 复合材料的应用领域2. 复合材料基本力学原理- 弹性力学基础理论- 复合材料的应力-应变关系- 复合材料的强度理论3. 复合材料力学性能表征- 弹性模量、泊松比等力学性能参数- 力学性能测试方法及设备- 影响复合材料力学性能的因素4. 复合材料设计与应用- 复合材料结构设计原则- 复合材料选材及结构优化- 复合材料在工程实际中的应用案例5. 复合材料力学问题分析- 简单复合材料结构的力学分析- 复合材料力学问题的求解方法- 复合材料力学问题的实验研究教学大纲安排:第一周:复合材料概述第二周:复合材料基本力学原理第三周:复合材料力学性能表征第四周:复合材料设计与应用第五周:复合材料力学问题分析教材章节:第一章:复合材料概述第二章:复合材料基本力学原理第三章:复合材料力学性能表征第四章:复合材料设计与应用第五章:复合材料力学问题分析教学内容与课程目标紧密关联,旨在确保学生掌握复合材料力学的基本知识和实践应用,注重内容的科学性和系统性。
复合材料结构设计课程设计碳纤维t300

复合材料结构设计课程设计碳纤维t300复合材料结构设计课程设计:引言复合材料是由两种或两种以上材料组合而成的结构材料,具有轻质、高强度、高刚度和耐热耐腐蚀等特点,广泛应用于航空航天、汽车制造和体育器材等领域。
本课程设计将以碳纤维T300为材料,结合结构设计理论和工程实践,探讨复合材料结构设计的相关知识,并进行具体案例分析与实践操作,旨在培养学生对复合材料结构设计的理论与应用能力。
一、材料性能介绍碳纤维T300是一种高性能的碳纤维材料,具有极高的拉伸强度和模量,同时具有优异的耐腐蚀性和耐热性。
在复合材料中作为增强材料,能够大幅提高复合材料的强度和刚度,广泛应用于飞机、航天器、运动器材等领域。
二、复合材料结构设计理论1.复合材料的设计原理复合材料结构设计需要充分考虑增强材料和基体材料的相互作用,在设计过程中需要考虑张力、压力和剪切力等受力情况,充分发挥各种材料的优势。
2.复合材料的设计方法复合材料结构设计通常包括静力学分析、材料力学分析、应力分析和变形分析等内容,需要结合实际工程应用进行综合设计。
3.复合材料的工程实践复合材料结构设计需要结合实际工程应用进行工程实践,例如利用有限元分析软件对复合材料结构进行模拟分析,优化设计方案。
三、复合材料结构设计案例分析本课程设计将以飞机机翼设计为例,结合碳纤维T300材料的特性进行复合材料结构设计案例分析。
首先通过静力学分析确定飞机机翼受力情况,然后利用有限元分析软件模拟飞机机翼结构受力情况,最终优化设计方案,确定合理的复合材料结构设计方案。
四、复合材料结构设计实践操作本课程设计将结合复合材料实验教学平台,开展复合材料结构设计的实践操作。
学生将在指导教师的带领下,进行复合材料结构的设计、制作和测试,通过自己动手进行实践操作,深入理解复合材料结构设计的相关知识,并培养实际操作能力。
结语复合材料结构设计是一门重要的工程技术学科,具有广泛的应用前景。
通过本课程设计,学生将深入了解复合材料结构设计的理论与实践,培养复合材料结构设计的工程应用能力,为未来工程实践奠定坚实的基础。
复合材料学课程设计

复合材料学课程设计一、课程目标知识目标:1. 理解复合材料的定义、分类及特点;2. 掌握复合材料的基本力学性能及影响因素;3. 了解复合材料在工程领域的应用及发展趋势。
技能目标:1. 能够运用所学知识分析复合材料的力学性能;2. 学会设计简单的复合材料结构,并进行性能预测;3. 能够运用文献检索、资料搜集等方法,了解复合材料的研究动态。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对复合材料学科的兴趣,激发学习热情;2. 增强学生的环保意识,认识到复合材料在可持续发展中的重要性;3. 培养学生的团队合作精神,提高沟通与协作能力。
课程性质分析:本课程为高中年级的选修课程,旨在拓展学生对材料科学的认识,提高学生的科学素养。
学生特点分析:高中年级的学生具有一定的物理、化学基础知识,具备一定的自主学习能力和探究精神。
教学要求:1. 结合生活实例,激发学生学习兴趣;2. 注重理论与实践相结合,提高学生的动手操作能力;3. 创设问题情境,引导学生主动思考,培养解决问题的能力;4. 强化团队合作,培养学生的沟通与协作能力。
二、教学内容1. 复合材料的基本概念- 复合材料的定义与分类- 复合材料的基本性能特点2. 复合材料的组成与结构- 基体材料与增强材料的作用- 复合材料的微观结构与力学性能关系3. 复合材料的力学性能- 弹性模量、强度与韧性- 影响力学性能的因素4. 复合材料的应用- 在航空航天、汽车、建筑等领域的应用案例- 复合材料在环保与可持续发展中的作用5. 复合材料的发展趋势与新技术- 国内外复合材料研究动态- 新型复合材料及其制备技术教学大纲安排:第一周:复合材料基本概念及分类第二周:复合材料的组成与结构第三周:复合材料的力学性能(一)第四周:复合材料的力学性能(二)第五周:复合材料的应用案例分析第六周:复合材料的发展趋势与新技术教学内容关联教材章节:第一章:复合材料概述第二章:复合材料的组成与结构第三章:复合材料的力学性能第四章:复合材料的应用第五章:复合材料的发展趋势与新技术教学内容确保科学性和系统性,注重理论与实践相结合,提高学生的综合素养。
复合材料结构课程设计

复合材料结构课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生掌握复合材料的基本概念,了解其组成、分类及性能特点;2. 使学生了解复合材料结构的设计原理,掌握复合材料结构设计的基本方法;3. 帮助学生理解复合材料结构在工程领域的应用,了解其优势及局限性。
技能目标:1. 培养学生运用所学知识进行复合材料结构设计的能力,能独立完成简单的复合材料结构设计任务;2. 提高学生运用专业软件进行复合材料结构分析、优化和仿真的技能;3. 培养学生团队合作精神,提高沟通协调能力,能就复合材料结构设计问题进行讨论和交流。
情感态度价值观目标:1. 激发学生对复合材料结构设计的兴趣,培养其探索精神和创新意识;2. 培养学生关注工程实际,认识到复合材料结构设计在工程领域的重要作用;3. 引导学生关注环保、节能等可持续发展理念,树立正确的设计价值观。
课程性质:本课程为专业选修课,以理论教学为主,实践操作为辅。
学生特点:学生具备一定的材料科学和力学基础知识,对复合材料结构设计有一定了解,但对实际应用和设计方法掌握不足。
教学要求:结合学生特点和课程性质,注重理论与实践相结合,提高学生的实际操作能力,培养学生的创新意识和团队合作精神。
通过本课程的学习,使学生能够将所学知识应用于实际工程设计中,为未来从事相关工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 复合材料基本概念:包括复合材料的定义、分类、组成及其性能特点,对应教材第一章内容。
- 复合材料的分类与组成- 复合材料的基本性能2. 复合材料结构设计原理:讲解复合材料结构设计的基本原理、方法及其在设计中的应用,对应教材第二章内容。
- 复合材料结构设计原理- 结构设计方法及流程3. 复合材料结构设计方法:介绍复合材料结构设计的相关技术和方法,包括结构优化、仿真等,对应教材第三章内容。
- 复合材料结构设计技术- 结构优化与仿真4. 复合材料结构应用案例分析:分析实际工程中复合材料结构的应用案例,了解其优势及局限性,对应教材第四章内容。
课程设计复合材料

课程设计复合材料一、教学目标本章节的教学目标旨在让学生掌握复合材料的基本概念、性质和应用。
知识目标要求学生能够描述复合材料的定义、组成及特点;技能目标要求学生能够分析复合材料的性能和应用;情感态度价值观目标则在于培养学生对新材料研究的兴趣和责任感。
通过本章节的学习,学生应能理解并应用复合材料的相关知识,提高科学素养,培养创新精神和实践能力,形成积极的学习态度和可持续发展的观念。
二、教学内容本章节的教学内容主要包括复合材料的基本概念、组成、性能、应用等方面的知识。
具体包括:1.复合材料的定义及分类;2.复合材料的组成及制备方法;3.复合材料的性能及其影响因素;4.复合材料在日常生活和工业中的应用。
教学内容将按照教材的章节安排进行讲解和讨论,结合实例分析,使学生能够更好地理解和掌握复合材料的相关知识。
三、教学方法为了提高教学效果,本章节将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
具体包括:1.讲授法:系统地传授复合材料的基本概念、性质和应用;2.案例分析法:分析实际案例,使学生更好地理解复合材料的性能和应用;3.实验法:学生进行实验,观察复合材料的性质,增强学生的实践能力。
通过多样化的教学方法,激发学生的学习兴趣,提高学生的主动性和积极性。
四、教学资源为了支持本章节的教学工作,我们将准备以下教学资源:1.教材:提供权威、系统的复合材料知识,作为学生学习的主要参考资料;2.参考书:为学生提供更多的学习资源,拓宽知识视野;3.多媒体资料:制作PPT、视频等多媒体资料,帮助学生形象地理解复合材料的相关知识;4.实验设备:准备实验器材,让学生能够亲自动手,观察复合材料的性质。
以上教学资源将有助于提高本章节的教学质量,丰富学生的学习体验。
五、教学评估本章节的评估方式包括平时表现、作业、考试等多个方面,以确保评估的客观性和公正性。
具体包括:1.平时表现:通过课堂参与、提问、小组讨论等环节,评估学生的学习态度和积极性;2.作业:布置相关的习题和案例分析,评估学生的理解和应用能力;3.考试:设置选择题、填空题、简答题和综合分析题等,全面考察学生的知识掌握和运用能力。
复合材料课程设计

复合材料课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能够理解复合材料的定义、分类和基本性质;2. 学生能够掌握复合材料中各组分的作用及相互关系;3. 学生能够描述复合材料在工程领域的应用及其优势;4. 学生能够解释复合材料在设计过程中的基本原则。
技能目标:1. 学生能够运用所学知识分析复合材料的特点,并进行简单的性能预测;2. 学生能够通过实验方法,观察复合材料制备过程,培养动手操作能力;3. 学生能够运用文献检索、资料搜集等手段,了解复合材料的研究动态和发展趋势。
情感态度价值观目标:1. 学生能够认识到复合材料在现代科技发展中的重要作用,激发对材料科学的兴趣;2. 学生能够培养严谨的科学态度,注重团队合作,提高沟通与协作能力;3. 学生能够关注复合材料在环境保护、资源节约等方面的意义,提高社会责任感。
课程性质:本课程为高中年级材料科学课程,旨在让学生了解复合材料的基本概念、性质和应用,培养科学素养和创新能力。
学生特点:高中学生具有一定的物理、化学知识基础,思维活跃,好奇心强,善于探究。
教学要求:注重理论与实践相结合,以案例分析、实验操作等形式,提高学生的实践能力和创新意识。
通过分解课程目标,使学生在学习过程中达到预期的学习成果,为后续相关课程打下坚实基础。
二、教学内容1. 复合材料基本概念:介绍复合材料的定义、分类和特点,结合教材第二章第一节内容,让学生对复合材料有全面的认识。
2. 复合材料组分及作用:分析复合材料中基体、增强体、填料等各组分的性能和作用,以教材第二章第二节为基础,深入讲解各组分的相互关系。
3. 复合材料制备方法:讲解常见的复合材料制备方法,如熔融混合、溶液混合、原位聚合等,参考教材第二章第三节,并举例说明。
4. 复合材料性能及应用:介绍复合材料的力学、热学、电学等性能,分析其在航空、汽车、建筑等领域的应用,结合教材第二章第四节内容进行讲解。
5. 复合材料设计原则:阐述复合材料设计的基本原则,如优化设计、性能预测、结构模拟等,以教材第二章第五节为依据,指导学生了解设计过程。
复合材料工厂课程设计

复合材料工厂课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能够理解复合材料的定义、分类及其基本性质;2. 学生能够掌握复合材料在生产中的应用及优势;3. 学生能够了解复合材料工厂的生产过程及主要设备;4. 学生能够掌握复合材料产品的质量检验方法。
技能目标:1. 学生能够运用所学的复合材料知识,分析并解决实际问题;2. 学生能够通过小组合作,设计简单的复合材料产品;3. 学生能够运用观察、实验等方法,对复合材料进行初步的质量检验。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对复合材料科学的兴趣,激发其探索精神;2. 培养学生环保意识,使其认识到复合材料在可持续发展中的重要性;3. 培养学生团队协作精神,提高沟通与交流能力;4. 培养学生严谨的科学态度,注重实践与理论相结合。
课程性质:本课程为科学实践活动课程,旨在通过理论与实践相结合的方式,让学生深入了解复合材料及其在生产中的应用。
学生特点:六年级学生具有一定的科学素养,对新鲜事物充满好奇,善于观察和思考,具备一定的动手能力。
教学要求:教师需结合学生特点,以生动、形象的教学方式,引导学生参与实践活动,培养其探究精神和实践能力。
在教学过程中,注重目标导向,确保学生能够达到预期的学习成果。
二、教学内容1. 复合材料基本概念:介绍复合材料的定义、分类及特点,结合课本第二章内容,让学生了解不同类型的复合材料及其性能。
- 教学安排:1课时2. 复合材料的应用与优势:分析复合材料在生产生活中的应用,探讨其与传统材料相比的优势,参考课本第三章内容。
- 教学安排:1课时3. 复合材料工厂生产过程:讲解复合材料的生产工艺、设备及其作用,结合课本第四章内容,让学生了解工厂的实际生产情况。
- 教学安排:1课时4. 复合材料产品设计:指导学生运用所学的复合材料知识,设计简单的复合材料产品,锻炼学生的创新意识和动手能力。
- 教学安排:2课时5. 复合材料质量检验:介绍复合材料的质量检验方法,结合课本第五章内容,让学生学会对复合材料产品进行初步的质量判断。
复合材料课程设计课程教学大纲-上海交通大学-材料科学与工程学院

(成绩构成)平时 20%+大作业 80% 复合材料原理,闻荻江,武汉理工大学出版社,2010 高性能复合材料学,郝元恺等编著,化学工业出版社,2003 先进复合材料,鲁云,朱世杰等编著,机械工业出版社,2003
备注说明: 1.对于新开课程,需要填着纸质大纲,并经院系教学委员会或专业委员会通过。 2.带*内容为必填项。 3.课程简介字数为 300-500 字;课程大纲以表述清楚材料课程设计 (英文) curriculum design of composites 专业课
(中文)复合材料课程设计实验课程是一门实践性较强的课程,它是复合材料模 块课程三门主干课程复合材料设计原理、复合材料制备科学、复合材料组织结构 域性能表征实践教学过程中的重要组成部分, 是对理论教学的补充和增强学生感 性认识的必要环节。本课程的开设有利于发挥学生的主观能动性,调动其树立创 新思维理念和提高综合设计与分析的能力, 更好地适应本专业人才培养模式改革 *课程简介(Description) “加强学生基础理论与工程实践能力相结合培养”的思路。 本实验课程旨在模拟 复合材料的生产工艺过程,让学生在实验室内学会有关复合材料的组成设计、材 料合成、成形加工、结构表征及性能测试等全过程的实验研究方法。学生通过实 验锻炼,能够自行按使用性能要求设计、制备复合材料,并正确选择所学过的测 试技术和分析方法对材料进行表征和评价,使学生的实验技能得到训练和提高, 掌握科学实验的主要过程与基本方法。 (英文)This experiment course in Curriculum Design of Composites is one of the most practical courses. To be an important part of the three main modules of composite material (Fundamental Principles of Composites, Preparation of Composites and Microstructure and Properties of Composites), this experiment course also play a significant role in supporting theoretical teaching and *课程简介(Description) improving students’ perceptual knowledge. This experiment curriculum arouse the innovative thinking of students and improving the ability of comprehensive design &analysis by encourage them to be high motivated, by this way ,the curriculum suits the principle (strengthen students’ theoretical and practical ability ) of human resources training model well. The main purpose of this
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《复合材料课程设计》说明书—纤维增强复合材料桥梁设计方法的综述学院:班级:姓名:学号:指导老师:日期:2014年6月20日摘要:中国复合材料五十年的发展,在各领域都取得了很大的进步。
本文介绍了桥梁设计和建造的未来趋势,以及目前全球纤维增强复合材料应用于桥梁的主要实例及设计方法。
关键词:纤维增强复合材料桥梁设计方法1. 桥梁设计和建造的未来趋势1.1 在桥梁建造技术和建造外观两方面有前所未有的发展。
当前世界上的桥梁设计在外观设计方面与许多年前相比有着更大的发展。
适合于它周边设施的桥型设计具有相当的重要性及更高的理念,例如孟买地区Thane Creek溪上的弓形琴弦大梁桥提供给乘车者一种视觉上的享受。
首先,桥梁的业主让艺术家来决定桥型设计,接着建筑设计师来演绎,最后由工程师完成。
“震撼”意念使桥梁构思在概念上既新颖又简单,例如让人们非常荣耀的英国Gateshead千禧年桥。
1.2 安保风险抵御爆炸和地震的多风险保护正变得日益重要,在诸如地震活力、风险评估技术、预测地震响应方式等领域取得了重要进展。
地震不是一种力而是一种变形,新的理念是提供变形足够的容量并允许桥梁移动,而不是试图去抵抗力。
设想的方案如采用玻璃纤维/碳纤维包覆柱子、能量吸收装置、耗散能量的结构保险单元。
1.3 增加跨距技术上,非常大跨距的桥梁可以用当今的材料来建造,跨距正变得更大,例如Jammu & Kashmir(查漠一克什米尔)境内的Chenab(奇纳布)河上一座桥是世界上最大拱距(480m)的桥梁之一。
全寿命服务期的考虑为提升跨距提供了设计和建造依据。
社会日益愿意为大跨距桥的方便和美观而买单。
斜拉桥正逐渐取代传统上与跨距相关的悬索桥,例如在日本建造了世界上最长的斜拉桥(Tatara跨海大桥-890m跨距)。
发展缆绳斜拉技术,关键因素就是提高跨距,这是通过降低股束尺寸,增加诸如缆绳的螺旋等特征来实现的。
减震对长跨距的重要性:解决方案有诸如调幅物质减震器,用在斜拉的法国诺曼底庞特桥上的横交缆绳或“肩带”。
绞线设备比预制平行线束体系更有竞争力。
1000m跨距的记录被香港昂船洲大桥所打破,中国苏通大桥是1200m的跨距。
1.4 更高的桥现今可开发出制造直径大至4m,高度大于100m柱子的技术及设备。
大直径立柱的建造:随着钻孔直径的增大,钻孔的稳定性也得到了提高。
大直径立柱也更有利于在河床上定位立柱帽,更大更高的立柱可提供更大的净空高度。
1.5 变得更强为了实现一种建筑的新理念,就需要引人一种新材料。
钢可以使大跨距的析架箱梁成为可能;高强度线缆使得悬索桥成为可能;混凝土伴同预应力混凝土一起应用使得大跨距的混凝土桥成为可能。
超高性能材料的引人可以大大改变建筑的力学特性,诸如VSL公司的水泥质材料Ductal性能上更近乎于钢。
1.6 预制部件预浇铸地基、桥基、立柱和上部结构单元可以使桥的建造时间不再以年计,而是以月计和以周计,例如波多黎各圣胡安桥在21h内拔地而起;美国德克萨斯州达拉斯RayHubbard湖上桥使用了预浇铸的横向架构帽作为所有43个立柱帽,每一个立柱帽的建造时间由8~9天降至1天。
预浇铸部件减少了昂贵的现场浇铸工作成本并延长了可建造季节。
1.7 新材料先进复合材料已经开始广泛应用,例如应用于桥梁的高品质的不锈钢也是一种金属基复合材料。
尤其是不同类型纤维增强聚合物复合材料得到了广泛应用,例如FRP板材和FRP条带、纤维增强聚合物复合材料甲板、端锚固的FRP缆索、抗震防护的FRP包覆材料和保护结构的FRP附件。
在美国,纤维增强聚合物复合材料桥梁甲板获得了普遍应用。
1.8 提高耐久性使用电绝缘材料体系对桥梁提供更高级别的保护,可满足人们日益增长的对桥梁提高耐久性的要求。
在桥梁甲板设计上进行了一系列改变,例如在传统设计中,一般将混凝土甲板盖在一些支撑结构上,这在现代桥梁设计中已被改变,甲板已经成为结构的一部分并支撑起自己。
2 纤维增强聚合物复合材料的特异性复合材料的概念很大,合金也算是一种金属基复合材料。
这里我们仅仅指纤维增强聚合物复合材料,用英文字母FRP表示,几年前FRP是英文Fiber Reinforc- ed Plastic的缩写,为了这个plastic(塑料)发生了很多争执,容易诱导用户错误地将材料性能与塑料性能结合多一点,所以后来一致推荐为Fiber Reinforced Polymer的缩写。
FRP材料的最大特点是轻质高强,密度为1.5~2.2g/cm3范围内,但是这里的高强是相对的、有选择性的与各向异性的。
所以必须再次强调在性能上区别复合材料与传统材料的重要性。
复合材料由连续基体相(matrix phase)和分散增强相(disperse phase)及界面层(interface phase)所构成。
复合材料各组份(相)的作用为:连续基体相:①将增强材料粘合成整体并使增强材料的位置固定;②增强材料间传递载荷并使载荷均匀,自身承受一定载荷;③保护增强体免受各种损伤;④很大程度上决定成型工艺方法及工艺参数选择;⑤决定了部分复合材料的性能。
分散增强相:主要承受绝大部分载荷,具有增强、增韧作用。
功能体:赋予一定功能性,如磁性能、电性能、阻燃性能等。
界面层:复合材料的绝大部分性能很大程度上取决于界面层的状态和性质,材料的破坏与失效机制往往是从界面破坏与失效开始的。
复合材料的力学性能,对界面层的状态和性质及界面缺陷都十分敏感,并很大程度上取决于界面层的状态和性质。
3 纤维增强复合材料的原材料、分类、结构与性能纤维增强复合材料的主要原材料是各种各样的纤维(作为增强相)和各种类型的树脂(作为连续基体相)。
目前应用于桥梁的纤维主要有玻璃纤维、碳纤维以及芳纶纤维,近年来超高分子量的聚乙烯纤维的应用也逐渐在被研究和开发。
目前应用于桥梁的主要的树脂有不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、环氧树脂与酚醛树脂。
纤维增强复合材料的力学性能大部分是由纤维的品种所决定,所以通常以纤维的品种来分类和命名纤维增强聚合物复合材料,如玻璃纤维复合材料(俗称玻璃钢)、碳纤维复合材料、芳纶纤维复合材料等。
同一种材质的纤维其化学组成的变化、表面处理的方式和表面处理剂的类型,同一种纤维在复合材料中的粗细、长短、含量、位置、取向、织物形态等都会直接影响所增强复合材料的力学性能。
树脂很大程度上会影响复合材料的热性能、阻燃性能、耐老化性能和耐化学腐蚀性能和耐疲劳性能。
树脂的液体性能和固化性能很大程度上决定和影响着纤维增强聚合物复合材料的成型工艺。
4 在桥梁上应用的纤维增强复合材料成型工艺复合材料的工艺性能十分优越,其成型方法多种多样,成型条件机动灵活,具体如下:①手糊成型-湿法铺层成型;②夹层结构成型(手糊法、机械法);③片状(团状)模压成型;④连续板材成型;⑤缠绕成型;⑥拉挤成型(缠绕一拉挤成型、编织拉挤成型、旋转拉挤成型,注射拉挤成型等);⑦注射成型;⑧喷射成型;⑨真空袋压力成型;⑩压力袋成型。
桥梁用FRP复合材料主要的制造工艺有缠绕成型、拉挤成型、手糊成型、真空辅助树脂传递模塑成型以及真空袋压成型等,其中又以拉挤成型的制品为绝大多数。
工艺方式的选择决定纤维材料组合的可实现方式以及树脂的最终固化程度,从而影响了制品的最终力学性能和化学性能。
5 FRP桥面板构造形式根据FRP桥面板的构造形式,可将各种FRP桥面体系分为夹芯板、拉挤型材拼装空心板、面板型材芯组合板、FRP-混凝土/土材组合板。
夹芯板大多采用RTM工艺制成,整体性较好;拉挤型材拼装板适应性强、适合工业化生产,但受生产工艺限制,断面尺寸不能过大,并且单向纤维为主,横向受力性能较差;而组合板经过合理设计可以获得很好的受力性能。
6 纤维增强复合材料在桥梁上应用的相关标准和指南一种新材料若要广泛地被采用,首先该种新材料的特性要被设计者、建造者和使用者所熟悉,就象钢材和混凝土一样,并且还需要制定材料的性能标准、测试方法、质量控制和检验标准、设计指南、施工规范、维护手册,这样才能将纤维增强聚合物复合材料很好地应用于桥梁中。
各国制定和不断完善的FRP复合材料应用于建筑的重要规范和指南见附录一。
7 纤维增强复合材料在桥梁上的具体应用(1)已有桥梁的维修加固,主要的FRP复合材料有贴片、片材、板材、棒材和筋材等[1]。
(2) 桥梁甲板体系[2]Kansas Structural Composites, Inc.轻质高强的桥梁甲板内部构造Creative Pultrusions 设计制造的桥梁甲板体系(3)桥梁的大梁[3]Strongwell 设计制造的桥梁的大梁(4)替代钢筋[4](5) 整体真空导人成型的全复合材料桥梁[5]Fiber Core Europe设计制造碳纤维和玻璃纤维混杂增强的桥梁8 FRP设计计算由于FRP的力学特性为线弹性且具有显著的各向异性,在FRP轻质桥梁的设计计算中可按照弹性各向异性材料来进行建模分析;对于结构分析可根据构件的力学性能来计算,与一般的结构设计计算基本相同。
虽然FRP沿纤维方向的强度较大,但垂直纤维方向和剪切方向上强度都较低,容易发生剪切破坏。
同时,FRP的剪切模量远小于其纤维方向上的拉压模量,在受弯梁的变形中可能会出现比较明显的剪切变形。
笔者研究证明,其剪切变形可占总变形的20%[6]。
因此,在FRP桥梁结构设计中,需要重视对剪切破坏和剪切变形的计算。
附录一(1)美国混凝土协会制定的指南和标准ACI 440440.IR-06:Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars440.2R-08:Guide for the Design and Construction of Extemally Bonded FRPSystems for Strengthening Concrete Structures440.3R-04:Guide Test Methods for Fiber-Reinforced Polymers (FRPs) for Reinforcing or Strengthening Concrete Structures440.4R-04:Prestressing Concrete Structures with FRP Tendons440.5-08:Specification for Construction with Fiber-Reinforced Polymer Reinforcing Bars440.5M-08:Specification for Construction with Fiber-Reinforced Polymer Reinforcing Bars (Metric)400.6-08:Specification for Carbon and Glass Fiber-Reinforced Polymer Bar Materials for Concrete Reinforcement440.6M-08:Specification for Carbon and Glass Fiber-Reinforced Polymer Bar Materials for Concrete Reinforcement (Metric)440R-07:Report on Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Reinforcement for Concrete StructuresSP-215:Field Applications of FRP Reinforcement: Case StudiesSP-245CD:(CD-ROM) Case Histories and Use of FRP for Prestressing ApplicationsSP-257CD:(CD-ROM) FRP Stay-In-Place Forms for Concrete StructuresSP-258CD:(CD-ROM) Seismic Strengthening of Concrete Buildings Using FRP Composites(1)中华人民共和国国家标准:GB 50608-2010 《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》(3) 英国建筑工程师协会设计指南:Interim guidance on the design of reinforced concrete structures using fiber composite reinforcement(4) 日本:Japanese JSCE Design Guide-Published(5) 加拿大:Canadian Highway Bridge Design Code,Section16-Published(6) 挪威:Norwegian Concrete Standard NS3473-Published参考文献[1] 张元凯,肖汝诚. FRP材料在大跨度桥梁结构中的应用展望.公路交通科技,2004,21(4):59[2] 王善元,张汝光等.纤维增强复合材料.上海:中国纺织大学出版社,1998,(5):89[3] 阮积敏,王柏生,张奕薇.纤维塑料筋在桥梁工程中应用研究.中南公路工程,2004,29(1):37[4] 杨允表,石洞.复合材料在桥梁工程中的应用.桥梁建设,1997,(4):4[5] 王震鸣,杜善义,张恒等.复合材料及其结构的力学、设计、应用和评价(第一册).北京:北京大学出版社,1998,(7):213[6] 张志明主编.复合材料结构力学.北京航天航空大学出版社,1993,(3):56~62。