采用光学方法进行断裂试验测量混凝土复合材料的强度
英国的研究人员开发出一种应用于混凝土表面的能够显示应力位置的光折射涂层,并通过拍摄混凝土表面的照片,使用光应力分析断层扫描法(PSAT)测量不透明异质混凝土混合物的强度,以此在混凝土产生裂缝或破损之前检测混凝土中应力水平最大的位置。
英国利兹大学(University of Leeds)的研究人员利用薄双折射涂层的光学性质,检测出不透明且具有复合缺陷混凝土梁上最大剪切应力分布的变化情况。
研究人员在混凝土梁样品上涂覆平均厚度为300μm的双折射涂层,使用反射PSAT法进行双折射测量,从而在混凝土样品最大剪切应力的分布曲线中评估出剪切应力的集中系数。
研究人员测量了在极限载荷下,混凝土样品产生裂纹之前最大剪切应力的位置,从而有效地表征出裂纹的长度。使用该测量方法,研究人员评估了许多异质复合混凝土梁的断裂韧性。
由光子相机拍摄的照片显示,使用双折射涂层在样品混凝土梁中产生“火焰”状图案,突出剪切应力分布。图片来源:英国利兹大学。
Joseph Antony教授说:“虽然还有其他方法能够测量工程领域的应力和应变水平,但不是任何一种方法都有如此高的测量精度,这与材料的断裂强度有关。”
“我们开发的测量方法可以直接测量不透明材料的纯粹应变。到目前为止,光学测量方法只能应用于透明材料。新方法相较传统的压力测试方法精度更高。”
研究人员提出了一种模型,将剪切应力集中因子和抗弯强度与混凝土的断裂韧性相关联。该研究可用于更有效地评估均匀不透明和复杂异质材料的断裂韧性。
随着废料和天然材料制成的复合混凝土的使用量越来越大,研究团队正在寻求新的方法来评估复合混凝土的强度。
Antony声称:“我们正在开发一种方法,将塑料或聚合物废料用作开发新工程产品的成分。”
“通过与垃圾回收企业合作,我们了解到废料是如何被再次利用的,这意味着我们的研究可以更多地了解行业的要求。”
他补充称:“我们认为,这种新的光学方法可以应用于材料破坏测试,不仅可以利用原材料进行可持续制造,还可以用于其他多种工程设计,包括机械、民用、材料、电子和化学工程等应用。”
除了利兹大学的研究人员之外,研究小组还包括来自英国罗素大学集团(Russell Group)和卡塔尔大学(University of Qatar)的研究人员。
该研究发表于《科学报告》(Scientific Reports)。
来源: https://www.photonics.com/Article.aspx?AID=62270
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