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日本研发无粘结碳纤维增强型塑料加固钢构件法 可用于汽车等行业

盖世汽车 余秋云 2020-05-21 09:30:09
核心提示:虽然碳纤维增强型塑料(CFRP)早就用于加固钢构件,但此前都是利用粘结剂将其粘在钢表面,此次日本科学家研发了一种不同的加固法。

盖世汽车讯 据外媒报道,日本丰桥技术科学大学(Toyohashi University of Technology)建筑与土木工程系结构工程实验室的研究人员研发了一种新概念,可利用无粘结碳纤维增强型塑料(CFRP)层板加固关键建筑结构中的钢,从而提升钢的屈曲性能。此种方法不要求在应用CFRP之前,先进行表面处理,因为CFRP不会粘结在钢的表面,只是通过提升钢的抗弯刚度来提高结构强度。

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(图片来源:丰桥技术科学大学)

由于CFRP成功在土木工程领域加固了混凝土,其已经发展成为一种加固钢构件、而不是传统钢板的方法。由于CFRP具有重量轻、强度重量比高、抗疲劳、耐腐蚀等优点,因而被广泛使用。不过,迄今为止,采用CFRP加固钢的研发工作主要集中于粘结技术,即,使用粘结剂将CFRP粘在钢表面。但是,粘结加固的缺点是在安装CFRP之前,需要进行复杂且耗时的表面处理工作。此外,由于钢在整个使用寿命期间都完全暴露在环境中,此种加固技术的关键——钢与CFRP之间的粘结强度性能也会显著下降。采用新型粘结CFRP技术代替此种方法也不是特别合适的解决方案,因为不太可能具有成本效益。

于是,研究小组研发了不将CFRP粘结在钢表面,但是采用CFRP加固钢的方法。研究表明,此种方法能够延迟钢的屈曲,提高钢棒的压缩能力,而压缩能力是否提高,则受碳纤维层数的影响。

该研究第一作者Fengky Satria Yoresta表示:“我们研发了此种无需粘结的CFRP加固钢法,以替代需要将CFRP粘结在钢表面的加固方法。此种方法的主要优点是,操作更简单、耗时更短,而且特别适用于现有的建筑结构元素。免去了处理钢材表面(如喷砂或手工磨削等)的麻烦,可大大节约成本。”

该研究组组长兼副教授Yukihiro Matsumoto补充表示:“几乎所有此前的研究都是采用粘结剂来利用CFRP加固钢构件,此种方法相当复杂,因为在应用CFRP之前,需要适当进行钢表面处理,以让钢表面可与CFRP粘结,而表面处理还会影响到粘结强度。此外,我们不能完全估计,钢在使用寿命期间,暴露在环境中时,CFRP和钢之间的粘结性能会受到怎样的影响。因此,我们试图研发无粘结加固法,以改进传统加固法。”

他还表示:“无粘结加固法非常有用、易于采用与管理。不过,我们的方法不能顺利地传递应力,因而需要打造一个适当的力学模型。最终,我们进行了机械模拟和实验,以证明该加固法的作用。”

该研究小组认为,其研发的无粘结CFRP加固法不仅适用于土木工程,还能应用于航空航天、汽车和海洋工业等其他领域。此种新方法前途光明,有望被用于快速生产创新型高质量产品。

*特别声明:本文为技术类文章,禁止转载或大篇幅摘录!违规转载,法律必究。

本文地址:https://auto.gasgoo.com/news/202005/21I70172059C409.shtml

文章标签: 黑科技 前瞻技术

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