Hvorfor påvirkes trykforestærkningen af ​​fiberglasforstærkning let af aspektforholdet? Hvad er de kritiske betingelser for knusning og opdeling af skader?

Den kompressionsydelse af fiberglasforstærkning påvirkes let af aspektforholdet, og de kritiske betingelser for knusning af svigt og opdelingssvigt er tæt knyttet til materialegenskaber og stressfordeling. Følgende er en specifik analyse:

1 、 Indflydelsesmekanismen for aspektforhold på kompressionsydelse

Aspektforholdet (λ, defineret som forholdet mellem den effektive længde af en komponent og den minimale rotationsradius af dets tværsnit) er en nøgle-påvirkende faktor på trykforestærkningen af ​​fiberglasforstærkning, og dens virkningsmekanisme er som følger:

Ustabilitetseffekt dominerende

Euler -knækkritisk stress: Efterhånden som aspektforholdet øges, falder Euler -knæklusningskritisk stress (σ _CR = π ² e/(λ ²)) skarpt. Når λ for eksempel øges fra 40 til 80, falder σ _cr fra ca. 125 MPa til 31 MPa (under forudsætning af E = 40 GPa), hvilket er meget lavere end trykstyrken af ​​glasfiber (normalt 300-500 MPa).

Modeændring af fiasko: Korte søjler (λ <50) oplever hovedsageligt knusning af svigt, mens lange søjler (λ> 80) gennemgår spændingsfejl på grund af ustabilitet. Den faktiske lejekapacitet er kun 10% -30% af materialets trykstyrke.

Ikke ensartethed af stressfordeling

Endbegrænsningseffekt: Under aksial komprimering forekommer stresskoncentration i slutbegrænsningsområdet for den lange forstærkning, og den tværgående ekspansion af det midterste område hindres på grund af Poissons virkning og danner et ikke-ensartet stressfelt.

Fiberfrakturgradient: Fiberfraktur i lange stænger strækker sig fra slutningen til midten, og afstanden mellem brudoverflader falder med stigende λ, hvilket resulterer i et trappet fald i lejekapaciteten.

Materiel anisotropi -amplifikation

Svag lateral ydeevne: Den laterale forskydningsstyrke af fiberglasforstærkning (ca. 30-50 MPa) er kun 1/10 af den aksiale trykstyrke. Efterhånden som aspektforholdet øges, intensiveres modsigelsen mellem de laterale begrænsningsbehov og materialegenskaber.

Grænsefladeafbrydningsacceleration: Grænsefladenafbrydningen mellem fibre og matrix i lange stænger udvides fra lokalt til generelt, hvilket reducerer den samlede trykstivhed.

2 、 Kritiske betingelser for knusning og opdelingssvigt

1. knusende fiasko

Triggermekanisme: Det forekommer, når den aksiale trykspænding overstiger den mikrostrukturelle lejegrænse for glasfiberen.

Kritisk tilstand:

Stresstilstand: σ _ Axial ≥ σ _ trykstamme (300-500 MPa).

Destruktive træk: fiberbundt knusning, matrixfragmentering, med et 45 ° forskydningsskæreplan i tværsnit, ledsaget af intens støj.

Begrænsning af slankhed: forekommer normalt i korte søjler med λ <50, hvor ustabilitetseffekten kan ignoreres.

2. opdelingsfejl

Triggermekanisme: Det forekommer, når den laterale trækspænding overstiger fibermatrixgrænsefladebindingsstyrken eller materialets trækstyrke.

Kritisk tilstand:

Stresstilstand: σ _transverse ≥ σ _tensile_strend (50-100 MPa) eller τ _interface ≥ τ _ond_strend (10-20 MPa).

Skadesegenskaber: Flere parallelle revner genereres langs den aksiale retning med en 'kamlignende ' tværsnit og ledsaget af matrix-skrælning.

Følsomhedszone for aspektforhold: Når 50 <λ <80, øges sandsynligheden for opdelingssvigt markant på grund af koblingseffekten af ​​ustabilitet og laterale begrænsninger.

3 、 Kriterier for identificering af destruktive tilstande

Baseret på aspektforholdet λ og materialepræstationsparametre kan kriterier for diskriminering af fejltilstand fastlægges:

Kriterier for identificering af destruktive tilstande

Knusning og ødelæggelse af λ ≤ λ _cr1 (ca. 50) og σ _ aksial ≥ σ _compressive_strend

Opdelingssvigt: λ _cr1 <λ ≤λ _cr2 (ca. 80) og σ _transverse ≥ σ _tensile_strend eller τ _interface ≥ τ _ond_strend

BUCKLING -svigt λ> λ _cr2 og σ _ Axial <σ _cr (Euler kritisk stress)

4 、 Forslag til ingeniøransøgning

Kort forstærkningsdesign (λ ≤ 50):

Nøglekontrol af materialekressivstyrke ved anvendelse af høj modulharpiksmatrix (E ≥ 50 GPa) for at forbedre anti -ustabilitetsevnen.

Anbefal en tværsnitsdiameter på ≥ 20 mm for at undgå lokal knusning.

Forstærkning af mellemlang længde (50 <λ≤ 80):

Både trykstyrke og lateral tilbageholdenhedsydelse skal verificeres samtidig. Det anbefales at bruge carbonfiberviklingsforstærkning eller overfladesandblæsning.

Den minimale beskyttelseslagstykkelse er ≥ 2,5 gange diameteren af ​​forstærkningsmaterialet for at forhindre opdeling og ekspansion.

Lang forstærkningsdesign (λ> 80):

Stabilitetsverifikation skal udføres, eller en sammensat struktur af stålrør begrænset fiberglasforstærkning skal anvendes.

Begræns aspektforholdet til λ ≤ 100 for at undgå Euler -knækring af dominerende svigt.

5 、 Forskningsgrænser

Multiscale -simulering: Ved hjælp af en molekylær dynamik endelig elementkoblingsmodel afslører den konkurrenceprægede mekanisme mellem fiberfraktur og grænsefladeafbrydelse.

Intelligent overvågning: Udvikle et belastningsovervågningssystem baseret på Fiber Bragg-riste for at give advarsel i realtid om tidlige tegn på opdeling og skade.

Nyt matrixmateriale: Udviklet en selvhelende harpiksmatrix, der frigiver helingsmidler gennem mikrokapsler for at forsinke spredningsformering.

Den kompressionsydelsesdesign af fiberglasforstærkning skal omfattende overveje aspektforholdet, materialeanisotropi og koblingseffekter af fejltilstande. Gennem raffineret analyse og innovativt design kan dens anvendelsespotentiale i scenarier med høj efterspørgsel som marineknik og seismiske strukturer udvides markant.