چرا عملکرد فشاری تقویت فایبرگلاس به راحتی تحت تأثیر نسبت ابعاد قرار می گیرد؟ شرایط مهم برای خرد کردن و تقسیم آسیب چیست؟

عملکرد فشاری تقویت فایبرگلاس به راحتی تحت تأثیر نسبت ابعاد قرار می گیرد و شرایط مهم برای خرد کردن خرابی و تقسیم تقسیم از نزدیک با خصوصیات مواد و توزیع استرس ارتباط نزدیکی دارد. موارد زیر یک تحلیل خاص است:

1 、 مکانیسم تأثیر نسبت ابعاد بر عملکرد فشاری

نسبت ابعاد (λ ، به عنوان نسبت طول مؤثر یک جزء به حداقل شعاع چرخش مقطع آن تعریف شده است) یک عامل مهم تأثیرگذار بر عملکرد فشاری تقویت فایبرگلاس است و مکانیسم عمل آن به شرح زیر است:

اثر ناپایداری غالب

استرس بحرانی اویلر: با افزایش نسبت ابعاد ، استرس بحرانی Euler (σ _cr = π ² e/(λ ²)) به شدت کاهش می یابد. به عنوان مثال ، هنگامی که λ از 40 به 80 افزایش می یابد ، σ _cr از حدود 125 مگاپاسکال به 31 مگاپاسکال کاهش می یابد (با فرض E = 40 GPa) ، که بسیار پایین تر از مقاومت فشاری فیبر شیشه ای (معمولاً 300-500 MPa) است.

تغییر حالت شکست: میله های کوتاه (λ <50) عمدتا شکست خرد کننده را تجربه می کنند ، در حالی که میله های طولانی (λ> 80) به دلیل بی ثباتی دچار خرابی کمانش می شوند. ظرفیت تحمل واقعی فقط 10 ٪ -30 ٪ از قدرت فشاری مواد است.

غیر یکنواختی توزیع استرس

اثر محدودیت پایان: تحت فشرده سازی محوری ، غلظت استرس در منطقه محدودیت پایان تقویت طولانی رخ می دهد ، و گسترش عرضی ناحیه میانی به دلیل اثر پواسون مانع می شود و یک میدان استرس غیر یکنواخت تشکیل می شود.

شیب شکستگی فیبر: شکستگی فیبر در میله های طولانی از انتهای تا وسط گسترش می یابد و فاصله بین سطوح شکستگی با افزایش λ کاهش می یابد و در نتیجه کاهش پله در ظرفیت تحمل کاهش می یابد.

تقویت ناهمسانگردی مادی

عملکرد جانبی ضعیف: مقاومت برشی جانبی تقویت فایبرگلاس (حدود 30-50 مگاپاسکال) تنها 1/10 از قدرت فشاری محوری است. با افزایش نسبت ابعاد ، تضاد بین الزامات محدودیت جانبی و خصوصیات مواد شدت می یابد.

شتاب بدهی رابط: رابط کاربری بین الیاف و ماتریس در میله های طولانی از محلی به کلی گسترش می یابد و باعث کاهش سختی فشاری می شود.

2 、 شرایط بحرانی برای خرد کردن و تقسیم خرابی

1. خرابی خرد کننده

مکانیسم ماشه: هنگامی اتفاق می افتد که استرس فشاری محوری از حد بلبرینگ ریزساختار فیبر شیشه ای فراتر رود.

شرایط بحرانی:

حالت استرس: σ _ محور ≥ σ _ فشار فشاری (300-500 مگاپاسکال).

ویژگی های مخرب: خرد کردن بسته نرم افزاری فیبر ، تکه تکه شدن ماتریس ، با یک هواپیمای لغزش 45 درجه در سطح مقطع ، همراه با سر و صدای شدید.

محدودیت نسبت باریک: معمولاً در میله های کوتاه با λ <50 رخ می دهد ، جایی که می توان اثر ناپایداری را نادیده گرفت.

2. تقسیم شکست

مکانیسم ماشه: هنگامی اتفاق می افتد که استرس کششی جانبی بیش از استحکام پیوند ماتریس فیبر یا استحکام کششی مواد باشد.

شرایط بحرانی:

حالت استرس: σ _ transverse ≥ σ σ _tensile_strend (50-100 mpa) یا τ _interface ≥ τ τ _ond_strend (10-20 مگابایت).

خصوصیات آسیب: ترک های موازی چندگانه در امتداد جهت محوری ایجاد می شود ، با یک شانه 'مانند ' مقطع و همراه با لایه برداری ماتریس.

منطقه حساسیت نسبت ابعاد: هنگامی که 50 <λ <80 ، احتمال تقسیم خرابی به دلیل اثر اتصال بی ثباتی و محدودیت های جانبی به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

معیارهای شناسایی حالتهای مخرب

بر اساس نسبت ابعاد λ و پارامترهای عملکرد مواد ، معیارهای تبعیض حالت شکست را می توان تعیین کرد:

معیارهای شناسایی حالت های مخرب

خرد کردن و تخریب λ ≤ λ _cr1 (تقریباً 50) و σ _ محوری ≥ σ _ compressive_strend

خرابی تقسیم: λ _cr1 <λ ≤λ _cr2 (حدود 80) و σ _transverse ≥ σ _tensile_strend یا τ _interface ≥ τ τ τrend

خرابی کمانش λ> λ _cr2 و σ _ محوری <σ _cr (استرس بحرانی اویلر)

4 、 پیشنهادات برنامه مهندسی

طراحی تقویت کوتاه (λ ≤ 50):

کنترل کلیدی مقاومت فشاری مواد ، با استفاده از ماتریس رزین مدول بالا (GPA 50 E) برای تقویت توانایی ضد بی ثباتی.

برای جلوگیری از خرد شدن محلی ، قطر مقطعی 20 میلی متر را توصیه کنید.

طراحی تقویت طول متوسط ​​(50 <λ≤ 80):

هر دو قدرت فشاری و عملکرد محدودیت جانبی باید همزمان تأیید شوند. توصیه می شود از تقویت سیم پیچ فیبر کربن یا درمان ماسهبازی سطحی استفاده کنید.

حداقل ضخامت لایه محافظ 2.5 برابر قطر مواد تقویت کننده برای جلوگیری از تقسیم و انبساط است.

طراحی تقویت طولانی (λ> 80):

تأیید پایداری باید انجام شود ، یا از ساختار کامپوزیتی لوله فولادی محدود شده فایبرگلاس استفاده می شود.

برای جلوگیری از شکست غالب اویلر ، نسبت ابعاد را به λ ≤ 100 محدود کنید.

5 、 مرزهای تحقیق

شبیه سازی چند مقیاس: با استفاده از یک مدل اتصال المان محدود دینامیک مولکولی ، مکانیسم رقابتی بین شکستگی فیبر و دفع سطحی را نشان می دهد.

نظارت هوشمند: برای ارائه هشدار در زمان واقعی از علائم اولیه تقسیم و آسیب ، یک سیستم نظارت بر کرنش را بر اساس توری های فیبر براگ تهیه کنید.

مواد ماتریس جدید: یک ماتریس رزین خود درمانی را ایجاد کرد که عوامل بهبودی را از طریق میکروکپسولها آزاد می کند تا به تأخیر بیفتد.

طراحی عملکرد فشاری تقویت فایبرگلاس باید به طور جامع نسبت ابعاد ، ناهمسانگردی مواد و اثرات اتصال حالت های شکست را در نظر بگیرد. از طریق تجزیه و تحلیل تصفیه شده و طراحی نوآورانه ، پتانسیل کاربرد آن در سناریوهای تقاضای زیاد مانند مهندسی دریایی و ساختارهای لرزه ای می تواند به طور قابل توجهی گسترش یابد.