Miks on klaaskiudude tugevdamise surve jõudlus kuvasuhe kergesti mõjutatud? Millised on kriitilised tingimused kahjustuste purustamise ja jagamise jaoks?

Klaaskiudude tugevdamise surve jõudlust mõjutab kuvasuhe hõlpsasti ning kriitilised tingimused rikke ja lõhenemise purunemise korral on tihedalt seotud materiaalsete omaduste ja stressijaotusega. Järgnev on konkreetne analüüs:

1 、 Kuvasuhte mõju mehhanism survetegevusele

Kuvasuhe (λ, määratletud kui komponendi efektiivse pikkuse ja ristlõike pöörlemisraadiuse suhe) on peamine mõjuta klaaskiust tugevdamise survetegevuse mõjutamine ja selle toimemehhanism on järgmine: järgmine:

Domineeriv ebastabiilsusefekt

Euleri kriitiline stress: kuvasuhe suurenedes väheneb järsult Euleri kriitilise stressi (σ _CR = π ² e/(λ ²)). Näiteks kui λ suureneb 40-lt 80-le, väheneb σ _cr umbes 125 MPa-lt 31 MPa-ni (eeldades E = 40 GPa), mis on palju madalam kui klaaskiudude survetugevus (tavaliselt 300-500 MPa).

Režiimi ebaõnnestumise muutmine: lühikesed ribad (λ <50) kogevad peamiselt purustamisrikkumist, samas kui pikad ribad (λ> 80) läbivad ebastabiilsuse tõttu pandla rikke. Tegelik kandevõime on ainult 10–30% materjali survetugevusest.

Stressijaotuse mitte ühtlus

Lõpppiiranguefekt: aksiaalse kokkusurumise korral ilmneb pinge kontsentratsioon pika tugevdamise lõpppiirangu piirkonnas ja keskmise pindala põiki laienemist takistatakse Poissoni mõju tõttu, moodustades ebaühtlase stressivälja.

Kiudude murdumise gradient: kiumurrud pikkades ribades ulatub otsast keskelt ja luumurdude vaheline kaugus väheneb λ suurenemisega, mille tulemuseks on kandevõime langenud vähenemine.

Materiaalne anisotroopia võimendus

Nõrk külgmine jõudlus: klaaskiust tugevdamise külgmine nihketugevus (umbes 30-50 MPa) on ainult 1/10 aksiaalsest survetugevusest. Kui kuvasuhe suureneb, intensiivistub külgpiirangu nõuete ja materiaalsete omaduste vastuolu.

Liidese katkemine kiirendus: pikkade ribade kiudude ja maatriksi vaheline liides laieneb kohalikust üldiselt, vähendades üldist surve jäikust.

2 、 Kriitilised tingimused purustamise ja lõhestamise rikke jaoks

1. Purustusrike

Päästikumehhanism: see ilmneb siis, kui aksiaalne survepinge ületab klaaskiu mikrostrukturaalse laagripiiri.

Kriitiline tingimus:

Pinge olek: σ _ Aksiaalne ≥ σ _ Survepinge (300-500 MPa).

Hävitavad omadused: kiudude kimbu purustamine, maatriksi killustumine, ristlõikega 45 ° nihketasapinnaga, millele on lisatud intensiivne müra.

Slendernesssuhte piirang: tavaliselt toimub lühikestes ribades λ <50, kus ebastabiilsusefekti saab eirata.

2. Jagamise ebaõnnestumine

Päästikumehhanism: see ilmneb siis, kui külgmine tõmbepinge ületab kiu maatriksi liidese sidumise tugevust või materiaalse tõmbetugevust.

Kriitiline tingimus:

Stressiseisund: σ _transverse ≥ σ _tensile_strend (50-100 MPa) või τ _Interface ≥ τ _ond_Strend (10-20 MPa).

Kahjustused: aksiaalsuunas genereeritakse mitu paralleelset pragu, ristlõikega 'kamm nagu ' ja millega kaasneb maatriksi koorimine.

Kuvasuhte tundlikkuse tsoon: kui 50 <λ <80, suureneb ebaõnnestumise tõenäosus ebastabiilsuse ja külgpiirangute sidumise mõju tõttu märkimisväärselt.

3 、 hävitavate režiimide tuvastamise kriteeriumid

Kuvasuhte λ ja materjali jõudluse parameetrite põhjal võib luua tõrkerežiimi diskrimineerimise kriteeriume:

Hävitavate režiimide tuvastamise kriteeriumid

Λ λ ≤ λ _cr1 (umbes 50) ja σ _ aksiaalne purustamine ja hävitamine ≥ σ _Compressipress_Strend

Jagamise ebaõnnestumine: λ _cr1 <λ ≤λ _cr2 (umbes 80) ja σ _transverse ≥ σ _tensile_strend või τ _interface ≥ τ τ _ond_strend

Pandlapuude λ> λ _cr2 ja σ _ aksiaalsed <σ _cr (Euleri kriitiline pinge)

4 、 Insenerirakenduste soovitused

Lühike tugevdusdisain (λ ≤ 50):

Materiaalse survetugevuse võtmekontroll, kasutades kõrge mooduli vaigu maatriksit (E ≥ 50 GPa), et suurendada ebastabiilsusevastast võimekust.

Kohaliku purustamise vältimiseks soovitage ristlõike läbimõõtu ≥ 20 mm.

Keskmise pikkusega tugevdamise disain (50 <λ≤ 80):

Nii survetugevust kui ka külgmist vaoshoitust tuleb samaaegselt kontrollida. Soovitatav on kasutada süsinikkiust mähise tugevdamist või pinna liivapritsimist.

Minimaalne kaitsekihi paksus on tugevdusmaterjali läbimõõt ≥ 2,5 korda suurem, et vältida lõhenemist ja laienemist.

Pikk tugevdamise disain (λ> 80):

Stabiilsuse kontrollimiseks tuleb läbi viia või kasutada terasest toruga klaaskiust tugevdamist.

Piirake kuvasuhte λ ≤ 100 -ga, et vältida Euleri paindumist domineerivat ebaõnnestumist.

5 、 Uurimispiirid

Mitme skaala simulatsioon: kasutades molekulaarse dünaamika lõplike elementide sidumismudelit, paljastage konkurentsmehhanism kiumurdude ja pindade lõppemise vahel.

Arukas seire: arendage välja kiudude seiresüsteem, mis põhineb kiudude Braggi restidel, et anda reaalajas hoiatus varajaste lõhenemise ja kahjustuste märkide eest.

Uus maatriksmaterjal: töötas välja isetervendava vaigu maatriksi, mis vabastab paranemisvahendid mikrokapslite kaudu pragude leviku edasilükkamiseks.

Klaaskiudude tugevdamise survekujundus peab põhjalikult arvestama tõrkerežiimide kuvasuhet, materiaalset anisotroopiat ja sidumismõju. Rafineeritud analüüsi ja uuendusliku disaini kaudu saab selle rakenduspotentsiaali suure nõudluse stsenaariumide korral, nagu meretehnika ja seismilised struktuurid, märkimisväärselt laiendada.