Hvorfor er trækstyrken ved fiberglasforstærkning meget højere end stålforstærkningen, men den elastiske modul er lavere? Hvad er dens mekaniske mekanisme?

Trækstyrken ved fiberglasforstærkning er meget højere end stålforstærkningen, men dens elastiske modul er lavere, hvilket skyldes de væsentlige forskelle i dens materialesammensætning, mikrostruktur og mekanisk mekanisme. Nedenfor er en detaljeret analyse fra videnskabelige princippernes perspektiv:

1 、 Kernemekanismen for forskellen i trækstyrke

Fiberglasforstærkning: Kovalente bindinger og fiberforstærkningsmekanisme

Materielt grundlag: Glasfiberforstærkning er lavet af glasfiber som forstærkende fase (regnskab for 60% -70% i volumen), og dens kernekomponent er en silica (SIO ₂) netværksstruktur, der danner en højstyrke gitter gennem kovalente bindinger.

Styrkekilde:

Frakturenergien fra glasfiber: Frakturenergien fra glasfiber er så høj som 7,0-9,5 kJ/m ², der langt overstiger brudsenergien for metalbindinger i stålstænger (ca. 2,5-4,0 kJ/m ²).

Fiberarrangementoptimering: Fibre er arrangeret på en ordnet måde langs den aksiale retning, og belastningen overføres effektivt til fibrene gennem harpiksmatrixen, hvilket opnår koncentreret stressbærende langs fiberretningen.

Datasammenligning: Trækstyrken for fiberglasforstærkning kan nå 500-900 MPa, mens den for almindelig stålforstærkning (HRB400) er 400-600 MPa, og højstyrke stålforstærkning (HRB600) er kun 600-750 MPa.

Forstærkning: Metalobligation og forskydning af styrkelsesmekanisme

Materialfundament: Stålstænger er lavet af jerncarbonlegering, der dannes til en ferritperlitstruktur gennem varme rullende eller kolde tegneprocesser. Metalbindingers ikke-retningsbestemte karakter giver dem ensartet tredimensionel bærende kapacitet.

Styrkekilde:

Dislokationsbevægelsesresistens: Carbon Atom Solid opløsning Styrkelse og perlit lamellær struktur hindrer dislokationsglip, men brudsenergien fra metalbindinger begrænser deres teoretiske styrke øvre grænse.

Bidrag af plastdeformation: Forlængelsen ved stålstængers brud kan nå 15% -25%. I plastiske deformationsstadiet absorberes energi gennem udbredelse af forskydning, men en vis teoretisk styrke ofres.

2 、 Kernemekanismen for forskellen i elastisk modul

Fiberglasforstærkning: harpiksmatrix og interfaceeffekt

Matrix-modulbegrænsning: Den elastiske modul af harpiksmatrix (såsom epoxyharpiks) er kun 3-5 GPa, meget lavere end 200 GPa af stålforstærkning.

Svaghed ved grænsefladebinding: Grænsefladebindingsstyrken mellem glasfiber og harpiks (normalt <10 MPa) er meget lavere end bindingsstyrken mellem ferrit og perlit i stålstænger, og det er tilbøjeligt til at afbage affyldning eller matrixkrakning under stress.

Skive egenskaber: Stress-belastningskurven for fiberglasforstærkning viser lineær brud, mangler en udbytteplatform for stålstænger, hvilket resulterer i en tilsyneladende elastisk modul (40-60 GPa), der kun er 1/3-2/5 af stålstængernes stålstænger.

Forstærkning: Metalbinding og krystal glidemekanisme

Essensen med høj stivhed: Den ikke-retningsbestemte karakter af metalbindinger gør det muligt for Crystal Slip-systemet at være ensartet fordelt i tredimensionelt rum, hvilket resulterer i høj modstand mod forskydningsbevægelse og tildelt stålstænger med høj elastisk modul (200 GPa).

Regulering af plastisk deformation: Den plastiske deformationstrin i stålstænger frigiver lokal stresskoncentration gennem dislokationsarrangement, hvilket opretholder stabiliteten af ​​elastisk modul.

3 、 Den tekniske betydning af præstationsforskelle

Karakteristiske glasfiberforstærkede stålstænger

Trækstyrke 500-900 MPa (betydelig fordel) 400-750 MPa

Elastisk modul 40-60 GPa (1/3-2/5 stålstænger) 200 GPa

Fejltilstand Brød brud (ingen advarsel) Necking Ductil Failure (Advarsel)

Anvendelige scenarier: høje krav til korrosionsbestandighed, let, træthedsmodstand, plastisk deformation og seismisk resistens

4 、 Konklusion

Den høje trækstyrke af glasfiberforstærkning skyldes den kovalente bindingsstruktur og optimeret fiberarrangement af glasfibre, mens den lave elastiske modul er begrænset af modulet af harpiksmatrixen, utilstrækkelig fibermatrixgrænsefladebindingsstyrke og materiel britthed. Denne kombination af egenskaber giver den unikke fordele ved korrosionsbestandighed, letvægts- og træthedsmodstandsscenarier, men den er stadig afhængig af stålforstærkning i strukturer, der kræver høj stivhed eller plastisk deformation. I fremtiden forventes det gennem Nano -modificeret harpiks eller fiberoverfladeklasseteknologi yderligere at forbedre den elastiske modul for forstærkning af glasfiber og udvide sit påføringsområde.