热激活形状记忆合金-碳纤维增强复合材料用于裂纹钢板疲劳加固

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碳纤维增强复合材料（CFRP）加固裂纹钢构件（如铆接或焊接桥梁连接处裂纹）的研究已广泛开展。大多数研究采用无预应力CFRP片材，但这类系统的疲劳加固效率受限，因为CFRP的高强度在服役载荷下未能充分利用。对小尺寸CFRP片材进行预应力施加困难重重，需要液压千斤顶和机械夹具，使加固过程复杂甚至不可行。本研究采用NiTi形状记忆合金（NiTi-SMA）丝和CFRP片材制备热激活预应力SMA-CFRP复合材料贴片。该复合贴片兼具SMA预应力和CFRP高弹性模量的优势。所设计贴片尺寸较小（300 mm × 45 mm），可实现预应力施加，是加固裂纹桥梁连接（如焊接连接）的理想方案。研究中将复合贴片用于中心裂纹钢板的疲劳性能增强。由于SMA丝直径仅1 mm，首先将45根SMA丝编织成SMA股束片材，再嵌入多层CFRP中形成SMA-CFRP复合贴片，制造工艺简便。8个中心裂纹钢板试件在循环加载下进行了测试。采用预应力SMA-CFRP复合材料加固的试件，疲劳寿命分别延长至2.7倍（普通模量CFRP）和6倍（高模量CFRP）。通过有限元（FE）模拟进一步理解和解释了试验结果。裂纹试件疲劳寿命延长的原因是应力强度因子（SIF）范围的有效降低。

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