Waarom is die treksterkte van veselglasversterking baie hoër as dié van staalversterking, maar die elastiese modulus is laer? Wat is die meganiese meganisme daarvan?

Die treksterkte van veselglasversterking is baie hoër as dié van staalversterking, maar die elastiese modulus is laer, wat te wyte is aan die wesenlike verskille in die materiaalsamestelling, mikrostruktuur en meganiese meganisme. Hieronder is 'n gedetailleerde ontleding vanuit die perspektief van wetenskaplike beginsels:

1 、 Die kernmeganisme van die verskil in treksterkte

Veselglasversterking: kovalente bindings en veselversterkingsmeganisme

Materiaalbasis: Versterking van glasvesel is van glasvesel as die versterkingsfase (wat verantwoordelik is vir 60% -70% per volume), en die kernkomponent daarvan is 'n silika (SIO ₂) netwerkstruktuur, wat 'n hoë -sterkte -rooster vorm deur kovalente bindings.

Sterkbron:

Die breukenergie van glasvesel: die breukenergie van glasvesel is so hoog as 7,0-9,5 kJ/m ⊃2;, wat die breukenergie van metaalbindings in staalstawe ver oortref (ongeveer 2,5-4,0 kJ/m ⊃2;).

Optimalisering van veselreëling: vesels word ordelik in die aksiale rigting gerangskik, en die las word doeltreffend deur die harsmatriks na die vesels oorgedra, wat gekonsentreerde spanning in die veselrigting bereik.

Datavergelyking: Die treksterkte van veselglasversterking kan 500-900 MPa bereik, terwyl die gewone staalversterking (HRB400) 400-600 MPa is, en hoë-sterkte staalversterking (HRB600) is slegs 600-750 MPa.

Versterking: metaalbinding en ontwrigtingversterkingsmeganisme

Materiaalstigting: Staalstawe is gemaak van ysterkoolstoflegering, wat gevorm word in 'n ferriet -pêrelstruktuur deur warm rollende of koue tekenprosesse. Die nie-rigtinggewende aard van metaalbindings gee dit 'n eenvormige driedimensionele lasdra-kapasiteit.

Sterkbron:

Ontwrigtingsweerstand: Koolstofatoomvaste oplossing Versterking en pearliet -lamellêre struktuur belemmer die ontwrigtingstrokie, maar die breukenergie van metaalbindings beperk die boonste limiet van die teoretiese sterkte.

Bydrae van plastiese vervorming: die verlenging by die breek van staalstawe kan 15% -25% bereik. Gedurende die plastiese vervormingsfase word energie opgeneem deur die verspreiding van ontwrigting, maar 'n mate van teoretiese sterkte word geoffer.

2 、 Die kernmeganisme van die verskil in elastiese modulus

Veselglasversterking: harsmatriks en koppelvlakeffek

Matriksmodulusbeperking: Die elastiese modulus van harsmatriks (soos epoxy hars) is slegs 3-5 GPA, baie laer as die 200 GPa staalversterking.

Swakheid van koppelvlakbinding: die koppelvlakbindingsterkte tussen glasvesel en hars (gewoonlik <10 MPa) is baie laer as die bindingssterkte tussen ferriet en pêrelstawe in staalstawe, en dit is geneig om die koppelvlak -ontbinding of matriks onder spanning te koppel.

Bros eienskappe: Die spanning-spanningskurwe van veselglasversterking toon lineêre breuk, sonder 'n opbrengsplatform vir staalstawe, wat lei tot 'n oënskynlike elastiese modulus (40-60 GPA) wat slegs 1/3-2/5 van die van staalstawe is.

Versterking: metaalbinding en kristalstrookmeganisme

Hoë styfheid Essensie: Die nie-rigtinggewende aard van metaalbindings stel die kristalstrokstelsel in staat om eenvormig in driedimensionele ruimte versprei te word, wat lei tot 'n hoë weerstand teen die ontwrigting van bewegings en staalstawe met 'n hoë elastiese modulus (200 GPa).

Regulering van plastiese vervorming: Die plastiese vervormingsstadium van staalstawe stel plaaslike spanningskonsentrasie vry deur hervestiging van die ontwrigting, wat die stabiliteit van elastiese modulus behou.

3 、 Die ingenieursbetekenis van prestasieverskille

Kenmerkende glasveselversterkte staalstawe

Treksterkte 500-900 MPa (beduidende voordeel) 400-750 MPa

Elastiese modulus 40-60 GPA (1/3-2/5 staalstawe) 200 GPA

Mislukking modus bros breuk (geen waarskuwing nie) nek van die rekbare mislukking (waarskuwing)

Toepaslike scenario's: hoë vereistes vir korrosie -weerstand, liggewig, moegheidsweerstand, plastiese vervorming en seismiese weerstand

4 、 Gevolgtrekking

Die hoë treksterkte van die versterking van glasvesel is te wyte aan die kovalente bindingsstruktuur en geoptimaliseerde veselrangskikking van glasvesels, terwyl die lae elastiese modulus beperk word deur die modulus van die harsmatriks, onvoldoende veselmatriks -koppelvlakbindingsterkte en materiële brosheid. Hierdie kombinasie van eienskappe gee dit unieke voordele in korrosie -weerstand, liggewig en moegheidsweerstandscenario's, maar dit is steeds afhanklik van staalversterking in strukture wat hoë styfheid of plastiese vervorming benodig. In die toekoms, deur nano -gemodifiseerde hars of veseloppervlakbehandelingstegnologie, word verwag dat dit die elastiese modulus van glasveselversterking verder sal verbeter en die toepassingsreeks uitbrei.