Vues: 0 Auteur: Éditeur de site Temps de publication: 2025-06-12 Origine: Site
Les performances de compression du renforcement de la fibre de verre sont facilement affectées par le rapport d'aspect, et les conditions critiques pour la défaillance de l'écrasement et la défaillance du fractionnement sont étroitement liées aux propriétés des matériaux et à la distribution des contraintes. Ce qui suit est une analyse spécifique:
1 、 Le mécanisme d'influence du rapport d'aspect sur les performances de la compression
Le rapport d'aspect (λ, défini comme le rapport de la longueur effective d'un composant au rayon minimum de rotation de sa coupe transversale) est un facteur d'influence clé sur les performances de compression de l'armature en fibre de verre, et son mécanisme d'action est le suivant:
Effet d'instabilité dominant
La contrainte critique de flambement d'Euler: à mesure que le rapport d'aspect augmente, la contrainte critique de flambement d'Euler (σ _Cr = π ² e / (λ ²)) diminue fortement. Par exemple, lorsque λ passe de 40 à 80, σ _CR diminue d'environ 125 MPa à 31 MPa (en supposant E = 40 GPa), ce qui est beaucoup plus bas que la résistance à la compression de la fibre de verre (généralement 300-500 MPa).
Changement de mode de défaillance: les barres courtes (λ <50) éprouvent principalement une défaillance écrasante, tandis que les barres longues (λ> 80) subissent une défaillance de flambement en raison de l'instabilité. La capacité de roulement réelle n'est que de 10% à 30% de la résistance à la compression du matériau.
Non uniformité de la distribution des contraintes
Effet de contrainte finale: En vertu de la compression axiale, la concentration de contrainte se produit dans la zone de contrainte finale du long renforcement, et l'expansion transversale de la zone centrale est entravée en raison de l'effet de Poisson, formant un champ de contrainte non uniforme.
Gradient de fracture des fibres: la fracture des fibres dans les barres longues s'étend de l'extrémité au milieu, et la distance entre les surfaces de fracture diminue avec l'augmentation de λ, entraînant une diminution étagée de la capacité d'appui.
Amplification des anisotropies matérielles
Performance latérale faible: La résistance au cisaillement latérale de l'armature en fibre de verre (environ 30-50 MPa) n'est que 1/10 de la résistance à la compression axiale. À mesure que le rapport d'aspect augmente, la contradiction entre les exigences de contrainte latérale et les propriétés des matériaux s'intensifie.
Accélération de la dégradation de l'interface: Le dégradation de l'interface entre les fibres et la matrice dans les barres longues s'étend de la local à globale, en réduisant la rigidité globale de la compression.
2 、 Conditions critiques pour l'échec de l'écrasement et du fractionnement
1. Échec écrasant
Mécanisme de déclenchement: il se produit lorsque la contrainte de compression axiale dépasse la limite de roulement microstructural de la fibre de verre.
Condition critique:
État de contrainte: σ _ axial ≥ σ _ Déformation de compression (300-500 MPa).
Caractéristiques destructrices: écrasement du faisceau de fibres, fragmentation matricielle, avec un plan de glissement de cisaillement de 45 ° en coupe transversale, accompagné d'un bruit intense.
LIMITATION DU RATIO DE SINCERNESS: se produit généralement dans des barres courtes avec λ <50, où l'effet d'instabilité peut être ignoré.
2. Échec de division
Mécanisme de déclenchement: il se produit lorsque la contrainte de traction latérale dépasse la résistance de la liaison de l'interface de la matrice de fibre ou la résistance à la traction du matériau.
Condition critique:
État de contrainte: σ _transverse ≥ σ _tensile_strend (50-100 MPa) ou τ _interface ≥ τ _ond_strend (10-20 MPa).
Caractéristiques des dommages: plusieurs fissures parallèles sont générées le long de la direction axiale, avec un peigne 'comme ' et accompagné de pelage matriciel.
Zone de sensibilité du rapport d'aspect: lorsque 50 <λ <80, la probabilité de division de l'échec augmente considérablement en raison de l'effet de couplage de l'instabilité et des contraintes latérales.
3 、 Critères pour identifier les modes destructeurs
Sur la base du rapport d'aspect λ et des paramètres de performance des matériaux, les critères de discrimination en mode de défaillance peuvent être établis:
Critères pour identifier les modes destructeurs
Écrasement et destruction de λ ≤ λ _cr1 (environ 50) et σ _ axial ≥ σ _compressif_strend
FAISSION DISPRISE: λ _CR1 <λ ≤λ _cr2 (environ 80) et σ _Transverse ≥ σ _tensile_strend ou τ _interface ≥ τ _ond_strend
Échec de flambement λ> λ _Cr2 et σ _ axial <σ _cr (contrainte critique d'Euler)
4 、 Suggestions d'application d'ingénierie
Conception d'armature courte (λ ≤ 50):
Contrôle clé de la résistance à la compression des matériaux, en utilisant une matrice de résine module élevée (E ≥ 50 GPa) pour améliorer la capacité anti-instabilité.
Recommander un diamètre transversal ≥ 20 mm pour éviter le concassage local.
Conception d'armature de longueur moyenne (50 <λ≤ 80):
La résistance à la compression et les performances de retenue latérale doivent être vérifiées simultanément. Il est recommandé d'utiliser un réinstallation en fibre de carbone ou un traitement de sable de sable.
L'épaisseur de la couche protectrice minimale est ≥ 2,5 fois le diamètre du matériau de renforcement pour éviter le fractionnement et l'expansion.
Conception de renforcement long (λ> 80):
La vérification de la stabilité doit être effectuée ou une structure composite de renforcement en fibre de verre contraignant des tuyaux en acier doit être utilisée.
Limitez le rapport d'aspect à λ ≤ 100 pour éviter la défaillance dominante du flambage d'Euler.
5 、 Frontières de recherche
Simulation à plusieurs échelles: en utilisant un modèle de couplage par éléments finis de dynamique moléculaire, révèlent le mécanisme concurrentiel entre la fracture des fibres et le dégirement interfacial.
Surveillance intelligente: développer un système de surveillance des contraintes basé sur des réseaux de Bragg pour fournir des avertissements en temps réel des premiers signes de fractionnement et de dommages.
Nouveau matériau de matrice: développé une matrice de résine auto-cicatrisante qui libère des agents de guérison par microcapsules pour retarder la propagation des fissures.
La conception des performances de compression du renforcement de la fibre de verre doit prendre en compte le rapport d'aspect, l'anisotropie des matériaux et les effets de couplage des modes de défaillance. Grâce à l'analyse raffinée et à la conception innovante, son potentiel d'application dans des scénarios à forte demande tels que l'ingénierie marine et les structures sismiques peut être considérablement élargie.
