Siger mod at forbedre fælles forbindelsesteknologier til letvægts- og højstyrkestrukturer

Forskerholdet (ledet af professor Yukihiro Matsumoto) dannet af Institut for Arkitektur og Bygningsteknik ved Toyohashi University of Technology and Electronics-Inspired Interdisciplinary Research Institute (EIIRIS) foreslog og demonstrerede en metode til at forbedre den dynamiske opførsel af boltede forbindelser ved at bruge glasfiber Forstærkede polymerer (GFRP) materialer.

Da pultruderede GFRP-materialer, der anvendes i konstruktionsapplikationer, har forstærkede fiberretninger på linje langs aksen af ​​elementaksen, er bolteforbindelser skrøbelige og har en ulempe i designet. Forskerholdet demonstrerede, at en mærkbar stigning i lejestyrken kan realiseres ved at indsætte en tynd GFRP-plade, som bruger et multiaksialt basismateriale støbt ved vakuum-assisteret harpiksoverførselsstøbning, som muliggør støbning af høj kvalitet, til boltforbindelsen. Forskerholdet viste også, at denne metode kunne forbedre den skrøbelige brudadfærd af ledforbindelserne. Resultaterne af denne undersøgelse vil gøre det muligt at designe sikrere, mere sikre og lettere bygningskonstruktioner med længere levetid.

På grund af dens lette vægt og høje styrke er anvendelserne af fiberforstærket polymer (FRP) stigende, såsom brugen af ​​det til reparation og forstærkning af eksisterende bygninger, fodgængerbroer og højvandslukker, og det forventes, at de vil blive brugt til nødreparationer af strukturer og bygningers struktur i fremtiden. Pultrusionsmetoden, en af ​​metoderne til fremstilling af FRP-elementer, kan producere lange elementer med ultrahøj produktivitet. Det er en almindeligt anvendt støbemetode til FRP-arkitektoniske elementer. Men fordi pultruderingsmetoden generelt placerer mange forstærkede fibre, som sikrer styrken og stivheden af ​​FRP-materialer, i pultrusionsretningen (langs elementets længdeakse), er det kendt at vise lokale skader og sprøde brud omkring bolthuller når forbindelser udføres ved hjælp af bolte osv. Derfor skal man være forsigtig med hensyn til denne brudadfærd.

Derfor har forskerholdet udført forskning for at minimere stigningen i vægt og produktionsomkostninger og for at forbedre den dynamiske opførsel af boltede forbindelser ved at bruge vakuum-assisteret harpikstransferstøbning, som bruges til at fremstille dele af skibe og vindmøllevinger lavet af FRP, og ved at indsætte en GFRP-plade, der er flere millimeter tyk og har flere fiberretninger.

Ved at forstærke de nødvendige områder med kun den nødvendige mængde GFRP, demonstrerede de i deres forsøg, at forbindelsesstyrken af ​​fiberarmeret polymer kan øges betydeligt uden at miste produktiviteten eller letvægtsegenskaberne af FRP. Baseret på de eksperimentelle resultater og eksisterende designformler foreslog forskerholdet desuden en designformel for, hvornår deres foreslåede forbindelsesforstærkende metode bruges og med succes leverede data, der kan anvendes i design.

Forskerholdets leder, professor Yukihiro Matsumoto, siger, at "som navnet antyder, er fiberforstærket polymer et materiale, der kræver god brug af fibre. Vi har nået denne idé ved at observere brudadfærden af ​​forbindelser gennem tidligere eksperimenter og indsamle information om forskellige FRP-støbningsmetoder. Selvom det er enkelt, var det, vi havde brug for, kun at klæbe en tynd plade til forbindelsen. Jeg er overrasket over, at der blev observeret gode effekter ved nøje at overveje fiberretningen. Jeg tror, ​​de nyttige og generelle resultater blev opnået på grund af de ph.d.-studerendes entusiasme i fastlæggelsen af ​​eksperimentelle variable og udviklingen af ​​en forsøgsplan."

Fremover vil forskerholdet demonstrere effektiviteten af ​​deres foreslåede forbindelsesmetode gennem forbindelseseksperimenter under forudsætning af konstruktionsstrukturer samt eksperimenter og analyser af fuldskalaprøver og vil fremme udviklingen af ​​disse forstærkede forbindelser med henblik på deres anvendelse som forstærkningsmetode til eksisterende FRP-strukturer.

Forskningen blev offentliggjort i Polymer Composites og Polymerer . + Udforsk yderligere

Foreslået metode til genbrug af vindmøllevinger