1.1 Sonlu eleman modeli boyutları

Çelik levha test parçasının boyutu 500mm × 20mm × 5mm'dir. Karbon fiber kumaşın yapıştırma uzunluğu 400 mm'dir ve yapıştırma genişliği 20 mm'dir, Şekil 1'e bakın. Gerçek test yükleme sürecini daha iyi simüle etmek için, çelik levhanın sonunda uygulanan yüzey yüklü yükleme yöntemi.

1.2 Model oluşturma ve demirleme yöntemlerinin kullanımı

Yapı simetrik olduğundan, modeli inşa ederken, yapının yarısı modeli inşa etmek için kullanılır. Analizin ihtiyaçlarına göre, CFRP uç demirleme, u şeklinde demirleme ve kalıcı demirleme (ideal demirleme) üç demirleme yöntemi altında sınırlı element modelleri sırasıyla kuruldu (Şekil 2'ye bakın).

Bunlar arasında, üç boyutlu katı birim-üç boyutlu katı birim-kabuk birimi kabul edilir, yani katı 45 birimi çelik levha ve orta yapışkan katman için kullanılır, kabuk 41 birimi karbon lif kumaş için kullanılır ve u şeklinde halka CFRP sarma demirleme kabuk 41 birimi simülasyonu tarafından demirlenir.

Kalıcı demirleme yönteminin demirleme ucunun simülasyonu için (ideal demirleme yöntemi), yay ünitesi, CFRP ucunun kalıcı demirleme formunu elde etmek için CFRP kumaşını ve çelik levhayı bağlamak için kullanılır. Kalıcı demirleme ideal bir tam demirleme formudur.

1.3 U şeklinde halka demirleme hesaplama şeması

Model takviye tasarım şeması aşağıdaki gibi:

 (1) CFRP'nin sonunda demirleme yoktur. Sırasıyla 1 katman, 2 katman, 3 katman CFRP yapıştırın;

 (2) CFRP'nin sonunda U şeklinde çapa. U-hoop uzunluğu 2mm'dir, ancak u-hoop katmanlarının sayısı sırasıyla 1, 2 ve 3'dür;

 (3) CFRP'nin sonunda U şeklinde çapa. U şeklinde katman sayısı 1 katmandır, ancak çapa uzunluğu 1mm, 2mm, 4mm'dir;

 (4) CFRP uçlarının kalıcı demirlenmesi. CFRP 1 katmanı yapıştırın ve çapa uzunluğu 2mm'dir.

2 CFRP sonunun ilgili parametrelerinin analizi

2.1 CFRP uç demirleme olmadan arayüz stresi

CFRP'nin farklı katmanlarla yapıştırıldığında farklı uclarda CFRP'nin arayüz kesme gerilim eğrisini gösterir.

Şekil 3'ten görülebilir ki, CFRP ucu demirlenmediğinde, yapıya bağlı CFRP katmanlarının sayısı arttıkça CFRP ucundaki bağlama kesme gerilimi yavaş yavaş artar. CFRP uçlarının gerçek mühendislik yapısı takviyesine demirlenmediğinde, daha fazla CFRP katmanı yapıştırıldığında, CFRP uçlarının soyulması ve hasarlanması o kadar erken olur, bu da birden fazla katmanın düşük bir CFRP kullanım oranına neden olur ve malzemelerin israfına neden olur. Bu nedenle, birden fazla katmanı yapıştırırken, CFRP'nin sonu demirlenmelidir.

2.2 Uçlardaki farklı demirleme yöntemlerinin arayüz bağlama stresi

CFRP'nin sonu demirlenmediğinde, demirsiz kesme gerilimi en büyük gerilimizdir. U şeklinde halka tarafından demirlenen kesme gerilimi merkezlidir, çünkü U şeklinde halka CFRP son kesme gerilimi değerinin bir kısmını paylaşır. Ideal durumda, kalıcı demirleme yönteminin kesme gerilimi en küçüktür, çünkü kalıcı demirleme yöntemi yapışkan katmandaki hemen hemen tüm kesme gerilimi değerlerini varsayır. Görünebilir ki, demirleme yöntemi ne kadar güçlü olursa, sonundaki yapışkan katmadaki kesme gerilimi o kadar küçük olur ve kırılma olasılığı o kadar az olur. Bu nedenle, gerçek mühendislikte, mümkün olduğunca daha güçlü bir demirleme yöntemi benimsenmelidir.

2.3 Farklı U şeklinde halka çapa katmanları ile arayüz bağlama stresi

1 katman ve 2 katman CFRP yapıştırırken farklı sayıda u-hoop katmanı olan arayüz kesme gerilim eğrisi, U-hoop sarma katmanlarının sayısı arttıkça, son demirleme alanının arayüzü arasındaki bağlama geriliminin önemli ölçüde azaldığı sonucuna varılabilir. Ve u-hoop çapa katmanlarının sayısı arttıkça, CFRP ucundaki kesme gerilimi ne kadar küçük olursa, CFRP ucunun erken arıza olasılığı o kadar düşük olur. Belirli bir aralık içinde, u şeklinde halka katmanları ne kadar fazla olursa, CFRP ucunun demirleme derecesi o kadar güçlü olur ve demirleme etkisi o kadar iyi olur, ancak u şeklinde halka en fazla 3 katmanı aşmamalıdır.

2.4 Farklı u şeklinde halka çapa genişliği ile arayüz bağlama kesme stresi

CFRP'nin bir katmanı yapıştırıldığında, CFRP'nin uçlarındaki u şeklinde çapa genişlikleri sırasıyla 0cm, 1cm, 2cm ve 4cm'dir. Gözlem, etkili bağlama aralığında, demirleme uzunluğunun artmasıyla uçtaki kesme geriliminin yavaş yavaş azaldığını göstermektedir. Etkili bağlama uzunluğunun ötesinde, çapa uzunluğunun sonundaki bağlama kesme gerilimi temelde değişmez artar. Bu nedenle, gerçek yapısal takviylemede, yapının ucunun demirleme uzunluğunun çok kısa olmasını önlemek için son demirleme uzunluğuna dikkat edilmelidir, bu da kesme stres konsantrasyonu nedeniyle CFRP ucunun erken soyma arızasına neden olur.

Sonuçta

Bu makalede, farklı parametre koşulları altında CFRP uçuna ve farklı koşullar altında arayüz bağlama gerilim değişimi yasasına u-çapa uçuna uygulanan u-hoop'un sonlu element modeli analiz edilebilir ve aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir:

 (1) Uç demirlenmediğinde, bağlama yüzeyindeki gerilim, uç demirlendikten sonra farklı derecelere azalacak ve bu da uçtaki gerilim konsantrasyonunu hafifletmektedir. CFRP ve güçlendirilmiş yapı gücü daha iyi koordine eder ve CFRP güçlendirilmesini geliştirir. Yapının etkisi, lif kumaşının ucunun soyulmasını ve yok edilmesini etkili bir şekilde önleyebilir;

 (2) Aynı dış koşullarda, CFRP katmanlarının sayısının artması arayüz bağlama kesme gerilimini arttıracaktır. Gerçek yapısal takviyelerde, CFRP katmanlarının sayısı 3 katmanı aşmamalıdır;

 (3) U şeklinde halka katmanlarının sayısını artırmak, sonunda bağlama gerilimini azaltabilir ve CFRP'nin orijinal yapıyla koordinasyonda çalışma yeteneğinin daha güçlü olmasını sağlayabilir;

 (4) Etkili bağlama uzunluğu aralığında, u şeklinde çapa genişliği arttıkça, son bağlama yüzeyindeki kesme gerilimi sürekli olarak azalır; etkili bağlama uzunluğunun ötesinde, arayüz bağlama gerilimi temelde değişmez kalır