1.1 Dimensões do modelo de elementos finitos

O tamanho da placa de aço peça de teste é 500mm × 20mm × 5mm.O comprimento de colagem do tecido de fibra de carbono é de 400mm, e a largura de colagem é de 20mm, ver Figura 1.A fim de simular melhor o processo de carga real do ensaio, o método de carga com carga superficial aplicada no final da placa de aço.

1.2 Modelo de estabelecimento e manipulação de métodos de ancoragem

Como a estrutura é simétrica, ao construir o modelo, metade da estrutura é usada para construir o modelo.De acordo com as necessidades da análise, foram estabelecidos os modelos de elementos finitos sob os três métodos de ancoragem da CFRP final sem ancoragem, ancoragem em forma de u e ancoragem permanente (ancoração ideal) respectivamente (ver Figura 2).

Dentre eles, adota-se a unidade sólida tridimensional unidade sólida tridimensional unidade casca, ou seja, a unidade sólida45 é utilizada para a placa de aço e a camada adesiva média, a casca41 unidade é usada para o pano de fibra de carbono, e o aro em forma de u é ancorado pela simulação da unidade de ancoragem CFRP.

Para a simulação da extremidade de ancoragem do método de ancoragem permanente (método de ancoragem ideal), a unidade molar é usada para conectar o pano CFRP e a placa de aço para alcançar a forma de ancoragem permanente da extremidade CFRP.A ancoragem permanente é uma forma de ancoragem completa ideal.

1.3 Esquema de cálculo da fixação em U

O esquema de projeto do modelo de reforço é o seguinte:

(1) Sem ancoragem no final da CFRP.Colar 1 camada, 2 camadas, 3 camadas CFRP, respectivamente;

(2) âncora em forma de U no final da CFRP.O comprimento do u-hoop é de 2mm, mas o número de camadas de u-hoop é de 1, 2 e 3 respectivamente;

(3) âncora em forma de U no final da CFRP.O número de camada em forma de U é de 1 camada, mas o comprimento da âncora é de 1mm, 2mm, 4mm;

(4) Ancoração permanente das extremidades CFRP.Colar 1 camada de CFRP, e o comprimento da âncora é de 2mm.

2 Análise dos parâmetros relevantes da extremidade não ancorada da CFRP

2.1 Estresse interfacial sem ancoragem final do CFRP

Mostra a curva de tensão de cisalhamento de interface do CFRP em diferentes extremidades quando o CFRP é colado com diferentes camadas.

Pode-se observar na Figura 3 que quando a extremidade da CFRP não está ancorada, a tensão de cisalhamento na extremidade da CFRP aumenta gradualmente à medida que aumenta o número de camadas da CFRP ligadas à estrutura. Pode-se observar que, quando as extremidades da CFRP não estiverem ancoradas em estruturas reais de reforço, quanto mais camadas da CFRP forem coladas, mais cedo as extremidades da CFRP serão descascadas e danificadas, resultando em uma baixa taxa de utilização da CFRP de múltiplas camadas, resultando em desperdício de materiais. Portanto, ao colar múltiplas camadas, o fim da CFRP deve ser ancorado.

2.2 Tensão de ligação de interface de diferentes métodos de ancoragem nas extremidades

Quando o final da CFRP não está ancorado, a tensão de cisalhamento sem âncora é a maior.A tensão de cisalhamento ancorada no arco em U é centrada, principalmente porque o arco em U compartilha parte do valor de tensão de cisalhamento final CFRP.No estado ideal, a tensão de cisalhamento do método de ancoragem permanente é a menor, principalmente porque o método de ancoragem permanente assume quase todos os valores de tensão de cisalhamento na camada adesiva. Observa-se que quanto mais forte for o método de ancoragem, menor é a tensão de cisalhamento na camada adesiva no final, e menos provável é que ela se quebre. Portanto, na engenharia real, um método de ancoragem mais forte deve ser adotado tanto quanto possível.

2.3 Tensão de ligação interfacial com diferentes camadas de âncora em U

A curva de tensão de cisalhamento de interface com diferentes números de camadas u-hoop ao colar 1 camada e 2 camadas de CFRP pode concluir-se que à medida que o número de camadas de enrolamento U-hoop aumenta, a tensão de ligação entre a interface da área de ancoragem final diminui significativamente.E à medida que aumenta o número de camadas de âncoras u-hoop, quanto menor a tensão de cisalhamento na extremidade da CFRP, menor a probabilidade de falha prematura da extremidade da CFRP. Dentro de uma certa faixa, quanto mais camadas de aro em forma de u, mais forte o grau de ancoragem da extremidade CFRP, e melhor o efeito da ancoragem, mas o aro em forma de u não deve exceder no máximo 3 camadas.

2.4 Tensão de cisalhamento de ligação interfacial com diferentes larguras de âncora em u

Quando uma camada de CFRP é colada, as larguras da âncora em u nas extremidades da CFRP são de 0cm, 1cm, 2cm e 4cm, respectivamente. Observa-se que dentro da faixa de aderência efetiva, com o aumento do comprimento de ancoragem, a tensão de cisalhamento ao final diminui gradualmente.Para além do comprimento efectivo da ligação, a tensão de cisalhamento de ligação no final do comprimento da âncora aumenta basicamente inalterada. Portanto, na real armadura estrutural, o comprimento da ancoragem final deve ser atento para evitar que o comprimento de ancoragem da extremidade da estrutura seja muito curto, resultando na falha de descolagem prematura da extremidade da CFRP devido à concentração de tensão de cisalhamento.

Em conclusão,

Neste trabalho, pode-se analisar o modelo de elementos finitos do u-hoop aplicado à extremidade do CFRP em diferentes condições de parâmetro e o fim do u-âncora para a lei de mudança de tensão de ligação de interface em diferentes condições, e tirar as seguintes conclusões:

(1) Quando o final não está ancorado, a tensão na superfície de ligação será reduzida a diferentes graus após o final é ancorada, o que alivia a concentração de tensão no final.A CFRP e a estrutura reforçada coordenam melhor a força e melhoram a armadura CFRP.O efeito da estrutura pode efetivamente evitar o descascamento e destruição da extremidade do pano de fibra;

(2) Sob as mesmas condições externas, o aumento do número de camadas de CFRP aumentará a tensão de cisalhamento de ligação da interface.Em caso de reforço estrutural real, o número de camadas de CFRP não deve exceder 3 camadas;

(3) Aumentar o número de camadas de aro em forma de u pode reduzir a tensão de ligação no final e garantir que a capacidade de CFRP para trabalhar em coordenação com a estrutura original é mais forte;

(4) Dentro da gama de comprimento de ligação eficaz, como a largura da âncora em forma de u aumenta, a tensão de cisalhamento na superfície de ligação final diminui continuamente; além do comprimento de ligação eficaz, a tensão de ligação de interface permanece basicamente inalterada