Das Forschungsteam (unter der Leitung von Professor Yukihiro Matsumoto), das vom Department of Architecture and Civil Engineering der Toyohashi University of Technology und dem Electronics-Inspired Interdisziplinary Research Institute (EIIRIS) gebildet wurde, hat eine Methode zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens von Schraubverbindungen unter Verwendung von Glasfasern vorgeschlagen und demonstriert Materialien aus verstärktem Polymer (GFRP).
Da pultrudierte GFK-Materialien, die in Bauanwendungen verwendet werden, verstärkte Faserrichtungen haben, die entlang der Achse der Elementachse ausgerichtet sind, sind Schraubverbindungen zerbrechlich und im Design benachteiligt. Das Forschungsteam demonstrierte, dass eine spürbare Steigerung der Lagerfestigkeit erreicht werden kann, indem eine dünne GFK-Platte, die ein multiaxiales Basismaterial verwendet, das durch vakuumunterstütztes Harzspritzpressen geformt wird, das ein hochwertiges Formen ermöglicht, auf die Schraubverbindung geklebt wird. Das Forscherteam zeigte auch, dass diese Methode das fragile Bruchverhalten der Gelenkverbindungen verbessern könnte. Die Ergebnisse dieser Studie werden es ermöglichen, sicherere und leichtere Gebäudestrukturen mit längerer Lebensdauer zu entwerfen.
Aufgrund seines geringen Gewichts und seiner hohen Festigkeit nehmen die Anwendungen für faserverstärktes Polymer (FRP) zu, wie z. B. seine Verwendung bei der Reparatur und Verstärkung bestehender Gebäude, Fußgängerbrücken und Schleusentore, und es wird erwartet, dass sie bei Notfallreparaturen von verwendet werden Strukturen und die Struktur von Gebäuden in der Zukunft. Das Pultrusionsverfahren, eines der Verfahren zur Herstellung von FRP-Elementen, kann lange Elemente mit ultrahoher Produktivität herstellen. Es ist ein häufig verwendetes Formverfahren für FRP-Bauteile. Da beim Pultrusionsverfahren jedoch im Allgemeinen viele verstärkte Fasern, die die Festigkeit und Steifigkeit von FVK-Materialien gewährleisten, in Richtung der Pultrusion (entlang der Längsachse des Bauteils) platziert werden, ist es bekannt, dass lokale Schäden und Sprödbrüche um Schraubenlöcher herum auftreten B. bei Verbindungen mit Schrauben etc. Daher ist auf dieses Bruchverhalten zu achten.
Daher hat das Forschungsteam Forschungen durchgeführt, um den Anstieg des Gewichts und der Produktionskosten zu minimieren und das dynamische Verhalten von Schraubverbindungen durch den Einsatz von vakuumunterstütztem Harzspritzpressen zu verbessern, das zur Herstellung von Schiffsteilen und Rotorblättern von Windkraftanlagen verwendet wird GFK, sowie durch das Aufkleben einer mehrere Millimeter dicken GFK-Platte mit mehreren Faserrichtungen.
Indem sie die notwendigen Bereiche nur mit der erforderlichen Menge an GFK verstärkten, zeigten sie in ihren Experimenten, dass die Verbindungsfestigkeit von faserverstärktem Polymer signifikant erhöht werden kann, ohne die Produktivität oder Leichtbaueigenschaften von FVK zu verlieren. Darüber hinaus schlug das Forschungsteam basierend auf den experimentellen Ergebnissen und bestehenden Konstruktionsformeln auch eine Konstruktionsformel für die Anwendung der vorgeschlagenen Verbindungsverstärkungsmethode vor und lieferte erfolgreich Daten, die bei der Konstruktion angewendet werden können.
Der Leiter des Forschungsteams, Professor Yukihiro Matsumoto, sagt: „Wie der Name schon sagt, ist faserverstärktes Polymer ein Material, das eine gute Verwendung von Fasern erfordert. Wir sind zu dieser Idee gelangt, indem wir das Bruchverhalten von Verbindungen durch frühere Experimente beobachtet und Informationen darüber gesammelt haben verschiedene FRP-Formverfahren.Obwohl es einfach ist, brauchten wir nur das Einfügen einer dünnen Platte in die Verbindung.Ich bin überrascht, dass gute Effekte beobachtet wurden, wenn die Faserrichtung sorgfältig berücksichtigt wurde.Ich denke, dass nützliche und universelle Ergebnisse erzielt wurden aufgrund des Enthusiasmus der Doktoranden bei der Bestimmung experimenteller Variablen und der Entwicklung eines Versuchsplans.“
In Zukunft wird das Forschungsteam die Wirksamkeit ihrer vorgeschlagenen Verbindungsmethode durch Verbindungsexperimente unter Annahme von Konstruktionsstrukturen sowie Experimente und Analysen von Proben in Originalgröße demonstrieren und die Entwicklung dieser verstärkten Verbindungen mit dem Ziel ihrer Anwendung als Verstärkungsmethode vorantreiben für bestehende GFK-Strukturen.
Die Studie wurde veröffentlicht in Polymer-Verbundwerkstoffe und Polymere.
Phan Viet Nhut et al, Bolzenlagerverbindungsfestigkeit von pultrudierten, glasfaserverstärkten Polymerprofilen mit einer Schraube, verstärkt durch Glasfaserplatten, Polymer-Verbundwerkstoffe (2022). DOI: 10.1002/St.26774
Quang Tran et al, Multi-Bolted Connection for Pultruded Glass Fiber Reinforced Polymer’s Structure: A Study on Strengthening by Multiaxial Glass Fiber Sheets, Polymere (2022). DOI: 10.3390/polym14081561