מדוע ביצועי הדחיסה של חיזוק פיברגלס מושפעים בקלות מיחס המבט? מהם התנאים הקריטיים לריסוק ופיצול נזק?

הביצועים הדחוסיים של חיזוק פיברגלס מושפעים בקלות מיחס הגובה, והתנאים הקריטיים לכישלון ריסוק וכישלון פיצול קשורים קשר הדוק לתכונות החומר ולפצת הלחץ. להלן ניתוח ספציפי:

1 、 מנגנון ההשפעה של יחס רוחב -רוחב על ביצועי דחיסה

יחס הגודל (λ, המוגדר כיחס בין האורך האפקטיבי של רכיב לרדיוס המינימלי של סיבוב חתך הרוחב שלו) הוא גורם המשפיע על המפתח בביצועים הדחוסים של חיזוק פיברגלס, ומנגנון הפעולה שלו הוא כדלקמן:

אפקט חוסר יציבות דומיננטי

אוילר אבזם לחץ קריטי: ככל שיחס הגודל גדל, אוילר אבזם לחץ קריטי (σ _cr = π ² E/(λ ²)) יורד בחדות. לדוגמה, כאשר λ עולה מ- 40 ל- 80, σ _CR יורד מכ- 125 MPa ל- 31 MPa (בהנחה E = 40 GPa), שהוא נמוך בהרבה מכוח הדחיסה של סיבי זכוכית (בדרך כלל 300-500 MPa).

שינוי מצב של כישלון: סורגים קצרים (λ <50) חווים בעיקר כישלון ריסוק, ואילו סורגים ארוכים (λ> 80) עוברים כישלון אבזם בגלל חוסר יציבות. יכולת הנשיאה בפועל היא רק 10% -30% מכוח הדחיסה של החומר.

אי אחידות של חלוקת מתח

אפקט אילוץ קצה: תחת דחיסה צירית, ריכוז הלחץ מתרחש באזור האילוץ הסופי של החיזוק הארוך, וההתרחבות הרוחבית של האזור האמצעי מונעת בגלל השפעתו של פויסון, ויוצרת שדה לחץ לא אחיד.

שיפוע שבר סיבים: שבר סיבים בסורגים ארוכים נמשך מהקצה לאמצע, והמרחק בין משטחי השבר פוחת עם הגדלת λ, וכתוצאה מכך ירידה מדרגה ביכולת הנשיאה.

הגברה של אניסוטרופיה חומרית

ביצועים רוחביים חלשים: חוזק הגזירה לרוחב של חיזוק פיברגלס (בערך 30-50 MPa) הוא רק 1/10 מכוח הדחיסה הצירי. ככל שיחס הגודל גדל, הסתירה בין דרישות האילוץ לרוחב לתכונות החומר מתעצמת.

תאוצה מתנשאת בממשק: הממשק התפוצץ בין סיבים למטריצה ​​בסורגים ארוכים מתרחב מהמקומי לסך הכל, ומפחית את קשיחות הדחיסה הכוללת.

2 、 תנאים קריטיים לכישלון ריסוק ופיצול

1. כישלון מוחץ

מנגנון ההדק: זה מתרחש כאשר לחץ הדחיסה הצירי עולה על גבול המיקרו -מבני של סיבי הזכוכית.

מצב קריטי:

מצב מתח: σ _ צירי ≥ σ _ זן דחיסה (300-500 MPa).

מאפיינים הרסניים: ריסוק צרור סיבים, פיצול מטריקס, עם מטוס החלקה של 45 מעלות בחתך, מלווה ברעש עז.

מגבלת יחס דק: בדרך כלל מתרחשת בסורגים קצרים עם λ <50, כאשר ניתן להתעלם מאפקט חוסר היציבות.

2. פיצול כישלון

מנגנון ההדק: זה מתרחש כאשר לחץ מתיחה לרוחב עולה על חוזק המליטה של ​​ממשק מטריצת הסיבים או חוזק מתיחה של חומר.

מצב קריטי:

מצב מתח: σ _ transverse ≥ σ _tensile_strend (50-100 MPa) או τ _interface ≥ τ _OND_Strend (10-20 MPa).

מאפייני נזק: סדקים מקבילים מרובים נוצרים לאורך הכיוון הצירי, עם חתך רוחב 'כמו ' ומלווה בקילוף מטריקס.

אזור הרגישות של יחס רוחב -רוחב: כאשר 50 <λ <80, ההסתברות לכישלון פיצול עולה משמעותית בגלל השפעת הצימוד של חוסר יציבות ואילוצים לרוחב.

3 、 קריטריונים לזיהוי מצבים הרסניים

בהתבסס על יחס הגובה λ ופרמטרים לביצועים חומריים, ניתן לקבוע קריטריוני אפליה של מצב כישלון:

קריטריונים לזיהוי מצבים הרסניים

ריסוק והרס של λ ≤ λ _cr1 (בערך 50) ו- σ _ צירי ≥ σ _ compressive_strend

כישלון פיצול: λ _cr1 <λ ≤λ _cr2 (בערך 80) ו- σ _transverse ≥ σ _tensile_strend או τ _interface ≥ τ _ond_strend

כישלון אבזם λ> λ _cr2 ו- σ _ צירי <σ _cr (לחץ קריטי של אוילר)

4 、 הצעות ליישום הנדסי

עיצוב חיזוק קצר (λ ≤ 50):

בקרת מפתח בחוזק דחיסת חומר, באמצעות מטריצת שרף מודולוס גבוהה (E ≥ 50 GPA) כדי לשפר את יכולת היציבות נגד חוסר היציבות.

ממליץ על קוטר חתך רוחבי של ≥ 20 מ'מ כדי להימנע מריחוק מקומי.

עיצוב חיזוק באורך בינוני (50 <λ≤ 80):

יש לאמת את חוזק הדחיסה וגם את ביצועי האיפוק לרוחב בו זמנית. מומלץ להשתמש בחיזוק מתפתל של סיבי פחמן או בטיפול בתזמון חול פני השטח.

עובי שכבת המגן המינימלי הוא ≥ 2.5 מקוטר חומר החיזוק למניעת פיצול והתרחבות.

עיצוב חיזוק ארוך (λ> 80):

יש לבצע אימות יציבות, או להשתמש במבנה מורכב של חיזוק פיברגלס מוגבל בצינור פלדה.

הגבל את יחס הגודל ל- λ ≤ 100 כדי להימנע מאלר אבזם כישלון דומיננטי.

5 、 גבולות מחקר

סימולציה רב -סמלית: באמצעות מודל צימוד אלמנטים סופיים של דינמיקה מולקולרית, חושף את המנגנון התחרותי בין שבר סיבים לבין התבגרות ממשקית.

ניטור אינטליגנטי: פיתוח מערכת ניטור מתח המבוססת על סיבי Bragg כדי לספק אזהרה בזמן אמת על סימנים מוקדמים של פיצול ונזק.

חומר מטריצה ​​חדש: פיתח מטריצת שרף ריפוי עצמי המשחררת חומרי ריפוי באמצעות מיקרו-קפסולות כדי לעכב את התפשטות הסדק.

תכנון הביצועים הדחיסה של חיזוק פיברגלס צריך לשקול באופן מקיף את יחס הגודל, האניזוטרופיה החומרית והשפעות צימוד של מצבי כישלון. באמצעות ניתוח מעודן ועיצוב חדשני, ניתן להרחיב משמעותית את פוטנציאל היישום שלו בתרחישים ביקוש גבוה כמו הנדסה ימית ומבנים סיסמיים.