Γιατί η αντοχή σε εφελκυσμό της ενίσχυσης από υαλοβάμβακα είναι πολύ υψηλότερη από αυτή της ενίσχυσης του χάλυβα, αλλά το ελαστικό μέτρο είναι χαμηλότερο; Ποιος είναι ο μηχανικός μηχανισμός του;

Η αντοχή σε εφελκυσμό της ενίσχυσης από υαλοβάμβακα είναι πολύ υψηλότερη από αυτή της ενίσχυσης του χάλυβα, αλλά ο ελαστικός συντελεστής του είναι χαμηλότερος, γεγονός που οφείλεται στις βασικές διαφορές στη σύνθεση του υλικού, τη μικροδομή και τον μηχανικό μηχανισμό. Παρακάτω είναι μια λεπτομερής ανάλυση από την άποψη των επιστημονικών αρχών:

1 、 Ο βασικός μηχανισμός της διαφοράς στην αντοχή εφελκυσμού

Ενίσχυση από υαλοβάμβακα: ομοιοπολικοί δεσμοί και μηχανισμός ενίσχυσης ινών

Βάση υλικού: Η ενίσχυση των ινών από γυαλί είναι κατασκευασμένη από γυάλινες ίνες ως φάσης ενίσχυσης (που αντιπροσωπεύει το 60% -70% κατ 'όγκο) και το βασικό συστατικό της είναι μια δομή δικτύου πυριτίου (SIO ₂), η οποία σχηματίζει ένα πλέγμα υψηλής αντοχής μέσω ομοιοπολικών δεσμών.

Πηγή δύναμης:

Η ενέργεια κατάγματος των ινών γυαλιού: Η ενέργεια κατάγματος των ινών γυαλιού είναι τόσο υψηλή όσο 7,0-9,5 kJ/m ², που υπερβαίνει κατά πολύ την ενέργεια κατάγματος των μεταλλικών δεσμών σε χαλύβδινες ράβδους (περίπου 2,5-4,0 kJ/m ²).

Βελτιστοποίηση διάταξης ινών: Οι ίνες είναι διατεταγμένες κατά τρόπο κανονικό κατά μήκος της αξονικής κατεύθυνσης και το φορτίο μεταδίδεται αποτελεσματικά στις ίνες μέσω της μήτρας ρητίνης, επιτυγχάνοντας συμπυκνωμένο στρες κατά μήκος της κατεύθυνσης των ινών.

Σύγκριση δεδομένων: Η αντοχή σε εφελκυσμό της ενίσχυσης υαλοβάμβακα μπορεί να φτάσει τα 500-900 MPa, ενώ η συνηθισμένη ενίσχυση του χάλυβα (HRB400) είναι 400-600 MPa και η ενίσχυση χάλυβα υψηλής αντοχής (HRB600) είναι μόνο 600-750 MPa.

Ενίσχυση: Μηχανισμός ενίσχυσης μετάλλων και εξάρθρωσης

Ιδρύματα υλικών: Οι χαλύβδινες ράβδοι είναι κατασκευασμένες από κράμα σιδήρου άνθρακα, το οποίο σχηματίζεται σε δομή μαργαριτών φερρίτη μέσω διαδικασιών θερμής κυλίνδρου ή κρύου σχεδίασης. Η μη κατευθυντική φύση των μεταλλικών δεσμών τους δίνει την ομοιόμορφη τρισδιάστατη ικανότητα φόρτωσης.

Πηγή δύναμης:

Ανθεκτικότητα κίνησης εξάρθρωσης: Ενίσχυση στερεών διαλύματος ατόμου άνθρακα και μαργαριτάρι ελασματοειδή δομή παρεμποδίζει την ολίσθηση εξάρθρωσης, αλλά η ενέργεια κατάγματος των μεταλλικών δεσμών περιορίζει το θεωρητικό ανώτατο όριο αντοχής τους.

Συμβολή της πλαστικής παραμόρφωσης: Η επιμήκυνση σε διάλειμμα των χαλύβδινων ράβδων μπορεί να φτάσει το 15% -25%. Κατά τη διάρκεια του σταδίου πλαστικής παραμόρφωσης, η ενέργεια απορροφάται μέσω της διάδοσης εξάρθρωσης, αλλά θυσιάζεται κάποια θεωρητική δύναμη.

2 、 Ο μηχανισμός πυρήνα της διαφοράς στο ελαστικό μέτρο

Ενίσχυση από υαλοβάμβακα: μήτρα ρητίνης και διεπαφή

Περιορισμός του συντελεστή μήτρας: Το ελαστικό μέτρο της μήτρας ρητίνης (όπως η εποξειδική ρητίνη) είναι μόνο 3-5 GPa, πολύ χαμηλότερη από την 200 GPa της ενίσχυσης του χάλυβα.

Αδυναμία σύνδεσης διεπαφής: Η αντοχή δέσμευσης διασύνδεσης μεταξύ ινών γυαλιού και ρητίνης (συνήθως <10 MPa) είναι πολύ χαμηλότερη από την αντοχή συγκόλλησης μεταξύ φερρίτη και μαργαριτάρι σε χαλύβδινες ράβδους και είναι επιρρεπής σε διασύνδεση ή ρωγμή μήτρας κάτω από το στρες.

Χαρακτηριστικά εύθραυστα: Η καμπύλη τάσης-καταπόνησης της ενίσχυσης από υαλοβάμβακα δείχνει γραμμικό κάταγμα, χωρίς πλατφόρμα απόδοσης για χαλύβδινες ράβδους, με αποτέλεσμα ένα φαινόμενο ελαστικό μέτρο (40-60 GPa) που είναι μόνο 1/3-2/5 από εκείνη των χαλύβδινων ράβδων.

Ενίσχυση: Μηχανισμός μεταλλικού δεσμού και κρυστάλλου

Η ουσία υψηλής ακαμψίας: Η μη κατευθυντική φύση των μεταλλικών δεσμών επιτρέπει στο σύστημα κρυσταλλικής ολίσθησης να κατανεμηθεί ομοιόμορφα σε τρισδιάστατο χώρο, με αποτέλεσμα την υψηλή αντίσταση στην κίνηση εξάρθρωσης και τις διαδοχικές ράβδους με υψηλό ελαστικό μέτρο (200 GPA).

Ρύθμιση πλαστικής παραμόρφωσης: Το στάδιο πλαστικής παραμόρφωσης των χαλύβδινων ράβδων απελευθερώνει τοπική συγκέντρωση στρες μέσω της αναδιάταξης εξάρθρωσης, διατηρώντας τη σταθερότητα του ελαστικού συντελεστή.

3 、 Η μηχανική σημασία των διαφορών απόδοσης

Χαρακτηριστικές χαλύβδινες ράβδους από γυάλινες ίνες

Αντοχή εφελκυσμού 500-900 MPa (σημαντικό πλεονέκτημα) 400-750 MPa

Ελαστικό μέτρο 40-60 GPA (1/3-2/5 χάλυβα) 200 GPA

Λειτουργία αποτυχίας εύθραυστο κάταγμα (χωρίς προειδοποίηση) Κρατήστε την ολική αποτυχία (προειδοποίηση)

Εφαρμοστέα σενάρια: Υψηλές απαιτήσεις για αντίσταση στη διάβρωση, ελαφριά, αντίσταση κόπωσης, πλαστική παραμόρφωση και σεισμική αντίσταση

4 、 Συμπέρασμα

Η υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό της ενίσχυσης των ινών από γυαλί οφείλεται στη δομή ομοιοπολικού δεσμού και στη βελτιστοποιημένη διάταξη ινών των ινών γυαλιού, ενώ ο χαμηλός ελαστικός συντελεστής περιορίζεται από το μέτρο της μήτρας ρητίνης, την ανεπαρκή αντοχή της διασύνδεσης της μήτρας και την υλική Brittleness. Αυτός ο συνδυασμός χαρακτηριστικών του δίνει μοναδικά πλεονεκτήματα στην αντίσταση στη διάβρωση, στο ελαφρύ και σε σενάρια αντίστασης κόπωσης, αλλά εξακολουθεί να βασίζεται στην ενίσχυση του χάλυβα σε δομές που απαιτούν υψηλή ακαμψία ή πλαστική παραμόρφωση. Στο μέλλον, μέσω της τεχνολογίας θεραπείας με νανο τροποποιημένη ρητίνη ή ίνας, αναμένεται να ενισχύσει περαιτέρω το ελαστικό μέτρο της ενίσχυσης των ινών από γυαλί και να επεκτείνει το εύρος εφαρμογής της.