一种纤维增强复合材料的耐久性的非损伤测试方法技术

本发明专利技术提供了一种纤维增强复合材料的耐久性的非损伤测试方法，包括：将同一个批次的多个纤维增强复合材料试件分配到一个预留试件组和N个标准试件组中；对各预留试件进行破坏性的强度拉伸测试，确定对标准试件的非损伤拉伸测试的拉伸力的大小；对各标准试件进行M次非损伤拉伸测试试验，得到标准试件的在初始时刻的平均弹性模量；将标准试件放置到测试环境中老化；在每个老化时间点，取出每一个标准试件，进行M次非损伤拉伸测试试验，得到每个标准试件的在当前老化时间点的平均弹性模量。应用本发明专利技术可以避免因为试验样本初始力学性能不同对复合材料耐久性试验结果造成的影响，降低试验结果的离散性、提高测试精度以及测试结果的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强复合材料的耐久性的非损伤测试方法
本申请涉及复合材料拉伸测试
，尤其涉及一种纤维增强复合材料的耐久性的非损伤测试方法。
技术介绍
近半个世纪以来，钢筋混凝土结构由于多种原因需要进行修复与加固，如设计失误、材料质量不达标、使用功能发生改变、受腐蚀等恶劣环境的影响等。因此，土木工程界一直在致力于研究开发加固修复材料与技术。由于纤维增强复合(FiberReinforcedPlastic，FRP)材料的轻质高强、耐腐蚀性好等许多优点，使得FRP材料被大量应用于混凝土结构的修复、加固以及复合材料结构中。随着FRP加固修复结构这项技术的普及，加固土木结构的工程应用量急剧增长，对FRP材料的需求巨大。需求量的增加刺激了FRP材料的研发和生产，FRP材料的种类也越来越多，各种产品的性能差异也较大。要保证被加固结构的安全性和耐久性，首先要保证加固修复用的FRP材料的质量。FRP加固修复后的结构在使用过程中，除了承受外部载荷的作用外，还要经受各种使用环境的考验，如温度和湿度变化、紫外线照射以及化学介质腐蚀等破坏因素的影响。这些环境因素一方面可能会影响材料本身的物理力学性能，另一方面可能会影响FRP材料与结构的界面的粘结性能。因此，对于用FRP加固修复的暴露在恶劣环境的结构(如港口工程、桥梁结构和化工建筑等)，更应关注其耐久性问题。国外在FRP耐久性方面的研究起步较早，研究技术先进，腐蚀机理研究有的已经达到了分子水平。国内从20世纪70年代就已经开始了关于FRP材料耐腐蚀方面的研究，但是这方面真正开始吸引大量研究者还是从90年代开始，并在21世纪初达到了一个研究成果喷发的高潮。根据目前对复材性能劣化试验、加固构件的性能变化试验及其分析等方面的成果，对于加固结构的耐久性研究还是基于已有的混凝土、钢筋的耐久性研究方法和成果，只是简单加上了复材的影响而已。对于复材结构的耐久性设计基本上还是经验方法，大部分都采用强度性能折减系数表述的方法。因此，在土木工程环境下，尤其对海洋环境下的工程而言，复材的耐久性仍然是一个研究不够深入的、应用水平不够高的领域。与航空航天等领域的发展不同，对于土木工程的复材结构而言，由于应用的复材使用的树脂是较低端的，成本较低，相应的复材的可设计性和工程环境的多样性影响很大，其性能变化规律和相应的定量设计方法还处于空白，总体上来看，劣化机理的研究较少，概念和理论缺乏系统性，设计基本上是基于经验，没有合理的耐久性定量设计方法。由于工程所处的环境是复杂多样的，结构耐久性的需求也是变化多样的，因此，迫切需要对复杂环境下结构工程用复材的耐久性进行深入的机理研究，为复杂环境下复材结构的耐久性设计提供基础参数和设计理论基础，以满足日益增长的工程设计与改造技术需求。在现有技术中，针对FRP材料(可简称为复合材料)的测试方法，普遍采用的是强度性能折减系数方法。这种方法是基于试件在不同老化试验周期后的测试结果，按照一定的规则确定的，具有一定的宏观指导价值。但是，这种方法需要对每组试件进行破坏性试验，即在不同试验周期采用不同的试验样本，这就要求各试验周期批次的试件的初始力学性能离散性小。因此，强度性能折减系数方法仅适用于测试初始力学性能基本相同的材料(例如，钢材等材料)。复合材料由于受到组成材料种类、配比等因素的影响，因此即使是同一批次的复合材料试件其初始力学性能差异也可能较大，且不同配比的复合材料试件在一定的老化周期后截面会有不同的变化，或增加或减少，且很难测试精确的净截面面积。因此，如果对复合材料仍采用现有技术中的上述强度性能折减系数方法，将导致强度测试结果的离散性很大，且不同试验样本之间的力学性能基准点不统一，相应的折减系数只能表达不确定的变化规律，科学性较差且可靠性不高。另外，现有技术中对于复合材料耐久性的研究主要还是一种定性的研究，只能在特定的环境下，研究复合材料耐久性能随着影响因素变化而引起的变化趋势。由于复合材料组分本身的多样性以及外部环境的多样性，现有技术中的大部分研究都只能得到一些离散的数据，然后通过这些离散数据来判断耐久性能的变化趋势，或者得出一些简单的模型，这些都远远无法作为复材耐久性定量设计的依据。因此，对复合材料耐久性定量设计进行更深层次的研究，将为复合材料更好地在工程中尤其是复杂环境下的工程中加以应用提供更加可靠的保障。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种纤维增强复合材料的耐久性的非损伤测试方法，从而可以有效地避免因为试验样本初始力学性能不同对复合材料耐久性试验结果造成的影响，降低试验结果的离散性、提高测试精度以及测试结果的稳定性和可靠性。本专利技术的技术方案具体是这样实现的：一种纤维增强复合材料的耐久性的非损伤测试方法，该方法包括：将同一个批次的多个纤维增强复合材料试件分配到一个预留试件组和N个标准试件组中，且每个预留试件组和标准试件组中均包括多个纤维增强复合材料试件；其中，N为自然数；对预留试件组中的各个预留试件分别进行破坏性的强度拉伸测试，得到各个预留试件的破坏性测试结果；根据各个预留试件的破坏性测试结果，确定对标准试件的非损伤拉伸测试的拉伸力的大小；根据所确定的拉伸力的大小，对各个标准试件组中的各个标准试件分别进行M次非损伤拉伸测试试验，得到拉伸应力-应变曲线，通过计算得到每个标准试件的M个弹性模量值，进而得到各个标准试件的在初始时刻的平均弹性模量；其中，M为自然数；将各个标准试件组中的各个标准试件分别放置到预设的测试环境中老化；预先设置多个不同的老化时间点；在每个老化时间点，均从所述测试环境中分别取出每一个标准试件，并根据所确定的拉伸力的大小，对每一个均分别进行M次非损伤拉伸测试试验，得到拉伸应力-应变曲线，通过计算得到每个标准试件的M个弹性模量值，进而得到每个标准试件的在当前老化时间点的平均弹性模量；每次完成测试后，将标准试件重新放入对应测试环境中继续老化试验。较佳的，该方法还进一步包括：根据各个标准试件在不同老化时间点的弹性模量，得到每一个标准试件的弹性模量随时间的变化关系曲线。较佳的，所述N为测试中所使用的测试环境种类的数目。较佳的，所述破坏性测试结果包括：极限拉伸强度、极限应变和应力-应变曲线。较佳的，确定所述拉伸力的大小原则为：使得纤维复合材料试件在整个非损伤拉伸测试过程中始终处于弹性阶段。较佳的，所述M的取值为1、2、3、4或5。较佳的，所述对各个标准试件组中的各个标准试件分别进行M次非损伤拉伸测试试验，得到各个试件的在初始时刻的平均弹性模量可以包括：对各个标准试件组中的各个标准试件分别进行M次非损伤拉伸测试试验，得到拉伸应力-应变曲线，通过计算分别得到各个标准试件的M个弹性模量；将每个标准试件的M个弹性模量的平均值作为该试件的在初始时刻的平均弹性模量。较佳的，所述预设的测试环境包括：湿热环境、紫外线照射环境和/或海水浸泡环境。如上可见，在本专利技术中的纤维增强复合材料的耐久性的非损伤测试方法中，由于使用了同一批次的纤维增强复合材料试件作为预留试件和标准试件，并进行了基于测试弹性模量的不同老化试验周期后的性能变化测试，而且上述的测试方法是在纤维增强复合材料试件的弹性阶段来测试弹性模量，而并不会破坏各个标准试件，不用考虑一定老化周期后试件截面的变化(增加或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维增强复合材料的耐久性的非损伤测试方法，其特征在于，该方法包括：将同一个批次的多个纤维增强复合材料试件分配到一个预留试件组和N个标准试件组中，且每个预留试件组和标准试件组中均包括多个纤维增强复合材料试件；其中，N为自然数；对预留试件组中的各个预留试件分别进行破坏性的强度拉伸测试，得到各个预留试件的破坏性测试结果；根据各个预留试件的破坏性测试结果，确定对标准试件的非损伤拉伸测试的拉伸力的大小；根据所确定的拉伸力的大小，对各个标准试件组中的各个标准试件分别进行M次非损伤拉伸测试试验，得到拉伸应力‑应变曲线，通过计算得到每个标准试件的M个弹性模量值，进而得到各个标准试件的在初始时刻的平均弹性模量；其中，M为自然数；将各个标准试件组中的各个标准试件分别放置到预设的测试环境中老化；预先设置多个不同的老化时间点；在每个老化时间点，均从所述测试环境中分别取出每一个标准试件，并根据所确定的拉伸力的大小，对每一个均分别进行M次非损伤拉伸测试试验，得到拉伸应力‑应变曲线，通过计算得到每个标准试件的M个弹性模量值，进而得到每个标准试件的在当前老化时间点的平均弹性模量；每次完成测试后，将标准试件重新放入对应测试环境中继续老化试验。...

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强复合材料的耐久性的非损伤测试方法，其特征在于，该方法包括：将同一个批次的多个纤维增强复合材料试件分配到一个预留试件组和N个标准试件组中，且每个预留试件组和标准试件组中均包括多个纤维增强复合材料试件；其中，N为自然数；对预留试件组中的各个预留试件分别进行破坏性的强度拉伸测试，得到各个预留试件的破坏性测试结果；根据各个预留试件的破坏性测试结果，确定对标准试件的非损伤拉伸测试的拉伸力的大小；根据所确定的拉伸力的大小，对各个标准试件组中的各个标准试件分别进行M次非损伤拉伸测试试验，得到拉伸应力-应变曲线，通过计算得到每个标准试件的M个弹性模量值，进而得到各个标准试件的在初始时刻的平均弹性模量；其中，M为自然数；将各个标准试件组中的各个标准试件分别放置到预设的测试环境中老化；预先设置多个不同的老化时间点；在每个老化时间点，均从所述测试环境中分别取出每一个标准试件，并根据所确定的拉伸力的大小，对每一个均分别进行M次非损伤拉伸测试试验，得到拉伸应力-应变曲线，通过计算得到每个标准试件的M个弹性模量值，进而得到每个标准试件的在当前老化时间点的平均弹性模量；每次完成测试后，将标准试件重新放入对应测试环境中继续老化试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇新，余建伟，赵进阶，李彪，贾彬，卢亦焱，黄辉，李杉，
申请(专利权)人：中冶建筑研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11