Miksi kuvasuhde vaikuttaa helposti lasikuituvahvistuksen puristussuorituskyky? Mitkä ovat kriittiset olosuhteet vaurioiden murskaamiseen ja jakamiseen?

Lasikuituvahvistuksen puristussuorituskyky vaikuttaa helposti kuvasuhteeseen, ja kriittiset olosuhteet epäonnistumisen murskaamiseksi ja epäonnistumisen jakaminen liittyvät läheisesti materiaalien ominaisuuksiin ja stressin jakautumiseen. Seuraava on erityinen analyysi:

1 、 näkösuhteen vaikutusmekanismi puristussuorituskykyyn

Kohtasuhde (λ, määritelty komponentin efektiivisen pituuden suhteeksi sen poikkileikkauksen vähimmäissäteelle) on keskeinen vaikuttava tekijä lasikuituvahvistuksen puristussuorituskykyyn, ja sen toimintamekanismi on seuraava:

Epävakausvaikutus hallitseva

Euler -soljen kriittinen stressi: Kun kuvasuhde kasvaa, Euler -soljen kriittinen stressi (σ _CR = π ² E/(λ ²)) vähenee voimakkaasti. Esimerkiksi, kun λ kasvaa 40: stä 80: een, σ _CR laskee noin 125 MPa: sta 31 MPa: iin (olettaen, että E = 40 GPA), mikä on paljon pienempi kuin lasikuidun puristuslujuus (yleensä 300-500 MPa).

Tilan epäonnistumisen muutos: Lyhyet palkit (λ <50) koevat pääasiassa murskaushäiriöt, kun taas pitkät palkit (λ> 80) kärsivät epävakauden takia. Todellinen laakerin kapasiteetti on vain 10% -30% materiaalin puristuslujuudesta.

Stressin jakautumisen yhdenmukaisuus

Päättymisrajoitusvaikutus: Aksiaalisen puristuksen alla stressipitoisuus tapahtuu pitkän vahvistuksen lopputulosalueella, ja keskimmäisen alueen poikittainen laajeneminen on estänyt Poissonin vaikutuksen vuoksi, muodostaen epäyhtenäisen stressikentän.

Kuitumurtumisgradientti: Pitkien palkkien kuitumurtumat ulottuvat päästä keskiosaan ja murtumispintojen välinen etäisyys vähenee kasvaessa λ, mikä johtaa laakerin kapasiteetin vähentymiseen.

Materiaalin anisotropian monistus

Heikko sivuttainen suorituskyky: Lasikuituvahvistuksen sivuttaisleikkauslujuus (noin 30-50 MPa) on vain 1/10 aksiaalisesta puristuslujuudesta. Kun kuvasuhde kasvaa, sivusuuntaisten rajoitusvaatimusten ja aineellisten ominaisuuksien välinen ristiriita on voimistunut.

Rajapinnan tuhoaminen: Kuitujen ja matriisin välinen rajapinta Pitkissä palkkeissa laajenee paikallisesta kokonaisuuteen vähentäen yleistä puristusjäykkyyttä.

2 、 Kriittiset olosuhteet epäonnistumisen murskaamiseksi ja jakamiseen

1. Murskaushäiriö

Liipaisumekanismi: Se tapahtuu, kun aksiaalinen puristusjännitys ylittää lasikuidun mikrorakenteen laakerirajan.

Kriittinen tila:

Stressitila: σ _ aksiaali ≥ σ _ puristusjännitys (300-500 MPa).

Tuhoavat piirteet: kuitukimppujen murskaus, matriisin pirstoutuminen, 45 °: n leikkausliukutaso poikkileikkauksessa, johon liittyy voimakas melu.

Hoikkaussuhteen rajoitus: tapahtuu yleensä lyhyissä tankoissa, joissa on λ <50, missä epävakausvaikutus voidaan sivuuttaa.

2. jakaminen epäonnistuminen

Liipaisumekanismi: Se tapahtuu, kun lateraalinen vetolujuus ylittää kuitumatriisin rajapinnan sidoslujuuden tai materiaalin vetolujuuden.

Kriittinen tila:

Stressitila: σ _transverse ≥ σ _tensiile_strend (50-100 MPa) tai τ _interface ≥ τ _ond_strend (10-20 MPa).

Vahinkoominaisuudet: Aksiaalisuuntaista luodaan useita rinnakkaisia ​​halkeamia, joiden poikkileikkaus on 'kampa kuten ' ja siihen liittyy matriisin kuorinta.

Kohtasuhteen herkkyysvyöhyke: Kun 50 <λ <80, jakautumisen todennäköisyys kasvaa merkittävästi epävakauden ja sivuttaisten rajoitusten kytkentävaikutuksen vuoksi.

3 、 Kriteerit tuhoavien tilojen tunnistamiseksi

Perustuen kuvasuhteeseen λ ja materiaalien suorituskyvyn parametreihin vikatilan syrjintäkriteerit voidaan vahvistaa:

Kriteerit tuhoavien tilojen tunnistamiseksi

Λ ≤ λ _cr1: n (noin 50) ja σ _ aksiaali ≥ σ _comprive_strend murskaaminen ja tuhoaminen

Jalkaisu epäonnistuminen: λ _cr1 <λ ≤λ _cr2 (noin 80) ja σ _transverse ≥ σ _tensiile_strend tai τ _interface ≥ τ _ond_strend

Soljen vika λ> λ _cr2 ja σ _ aksiaali <σ _cr (euler kriittinen jännitys)

4 、 Suunnittelusovellusehdotukset

Lyhyt vahvistussuunnittelu (λ ≤ 50):

Materiaalin puristuslujuuden avainohjaus, jossa käytetään korkeamoduulihartsimatriisia (E ≥ 50 GPA), jotta antivapauden torjuntakyvyn parantamiseksi.

Suosittele poikkileikkauksen halkaisijaa ≥ 20 mm paikallisen murskauksen välttämiseksi.

Keskipitkän vahvistussuunnitelma (50 <λ≤ 80):

Sekä puristuslujuus että sivuttaisvaraus suorituskyky on varmistettava samanaikaisesti. Hiilikuitu käämitysvahvistusta tai pinnan hiekkapuhaltimen käsittelyä on suositeltavaa käyttää.

Pienin suojakerroksen paksuus on ≥ 2,5 -kertainen vahvistusmateriaalin halkaisija halkeamisen ja laajentumisen estämiseksi.

Pitkä vahvistussuunnittelu (λ> 80):

Stabiilisuuden varmennus on suoritettava tai teräsputkien rajoitetun lasikuituvahvistuksen komposiitirakenne.

Rajoita kuvasuhde arvoon λ ≤ 100 Euler -solistamisen hallitsevan vikaantumisen välttämiseksi.

5 、 Tutkimusrajat

Monisarjainen simulointi: Molekyylidynamiikan äärellisten elementtien kytkentämallin avulla paljasta kuitumurtuman ja rajapinnan hävittämisen välinen kilpailumekanismi.

Älykäs seuranta: Kehitä kannanvalvontajärjestelmä, joka perustuu kuitu Bragg-ritiloihin, jotta varoitetaan reaaliaikainen varoitus jakautumisesta ja vaurioista.

Uusi matriisimateriaali: Kehitetty itseparannushartsimatriisin, joka vapauttaa paranemisaineita mikrokapselien kautta viivästyttääkseen halkeaman etenemistä.

Lasikuituvahvistuksen puristussuorituskyvyn suunnittelun on tarkasteltava kattavasti välikohtaisia ​​suhteita, materiaalianisotropiaa ja vikatilojen kytkentävaikutuksia. Hienostuneen analyysin ja innovatiivisen suunnittelun avulla sen soveltamispotentiaalia suurissa kysyntäskenaarioissa, kuten meren suunnittelussa ja seismisissä rakenteissa, voidaan laajentaa huomattavasti.