Zašto je vlačna čvrstoća armature od stakloplastike mnogo veća od ojace čelika, ali elastični modul je niži? Koji je njegov mehanički mehanizam?

Vučna čvrstoća armature od stakloplastike mnogo je veća od ojačanja čelika, ali njegov elastični modul je niži, što je posljedica bitnih razlika u njegovom sastavama materijala, mikrostrukturi i mehaničkom mehanizmu. Ispod je detaljna analiza iz perspektive znanstvenih načela:

1 、 jezgra mehanizam razlike u vlačnoj čvrstoći

Ojačanje stakloplastike: kovalentne veze i mehanizam za ojačanje vlakana

Osnova materijala: Ojačanje staklenih vlakana izrađeno je od staklenih vlakana kao faza ojačavanja (koja čini 60% -70% po volumenu), a njegova jezgrena komponenta je mrežna struktura silika (SiO ₂), koja tvori rešetku visoke čvrstoće kroz kovalentne veze.

Izvor snage:

Energija loma staklenih vlakana: Energija loma staklenih vlakana je čak 7,0-9,5 kJ/m ², što je daleko veća od prijelome prijelome metalnih veza u čeličnim šipkama (oko 2,5-4,0 kJ/m ²).

Optimizacija aranžmana vlakana: Vlakna su uredno raspoređena duž aksijalnog smjera, a opterećenje se učinkovito prenosi na vlakna kroz matricu smole, postižući koncentrirani napon koji se nosi duž smjera vlakana.

Usporedba podataka: Vučna čvrstoća armature od stakloplastike može doseći 500-900 MPa, dok je uobičajena čelična ojačanja (HRB400) 400-600 MPa, a čelična ojačanja visoke čvrstoće (HRB600) je samo 600-750 MPa.

Ojačanje: Mehanizam za jačanje metalne veze i dislokacije

Temelj materijala: Čelične šipke izrađene su od legure željeznog ugljika, koja se formira u strukturu ferita bisera kroz vruće kotrljanje ili hladne procese crtanja. Ne usmjerena priroda metalnih veza obdaruje ih ujednačenim trodimenzionalnim opterećenim kapacitetom.

Izvor snage:

Otpornost na dislokaciju: Atom ugljik Atom SOLICING OPLJENA I LAMELLARNA STRUKTURA SPIJENJE SPISENJE SLIKA, ali energija prijeloma metalnih veza ograničava njihovu gornju granicu teorijske čvrstoće.

Doprinos plastične deformacije: izduženje pri prekidu čeličnih šipki može doseći 15% -25%. Tijekom faze plastične deformacije energija se apsorbira širenjem dislokacije, ali žrtvovana je neka teorijska snaga.

2 、 jezgra mehanizam razlike u elastičnom modulu

Ojačanje stakloplastike: matrica smole i učinak sučelja

Ograničenje modula matrice: elastični modul matrice smole (poput epoksidne smole) je samo 3-5 GPA, što je mnogo niže od 200 GPa čelične armature.

Slabost vezanja sučelja: čvrstoća vezanja sučelja između staklenih vlakana i smole (obično <10 MPa) mnogo je niža od čvrstoće vezanja između ferita i bisera u čeličnim šipkama, a sklona je sučelju debande ili pucanja matrice pod naponom.

Krlotne karakteristike: Krivulja stresnog naprezanja ojačanja od stakloplastike pokazuje linearni prijelom, koja nedostaje platforma prinosa za čelične šipke, što rezultira prividnim elastičnim modulom (40-60 GPA) koji je samo 1/3-2/5 od čeličnih šipki.

Ojačanje: metalna veza i mehanizam kristalnog klizanja

Essencija visoke krutosti: Ne usmjerena priroda metalnih veza omogućuje da se sustav kristalnog klizanja ujednače u trodimenzionalnom prostoru, što rezultira visokim otpornošću dislokacije kretanja i davanjem čeličnih šipki s visokim elastičnim modulom (200 GPa).

Regulacija plastične deformacije: Stupanj plastične deformacije čeličnih šipki oslobađa lokalnu koncentraciju naprezanja preuređivanjem dislokacije, održavajući stabilnost elastičnog modula.

3 、 Inženjerski značaj razlika u izvedbi

Karakteristične čelične šipke ojačane staklenim vlaknima

Vlačna čvrstoća 500-900 MPa (značajna prednost) 400-750 MPa

Elastični modul 40-60 GPA (1/3-2/5 čelične šipke) 200 GPA

Način neuspjeha krhki lom (bez upozorenja) Nezavilni duktilni neuspjeh (upozorenje)

Primjenjivi scenariji: Visoki zahtjevi za otpornost na koroziju, lagan, otpornost na umor, plastična deformacija i seizmički otpor

4 、 zaključak

Visoka vlačna čvrstoća ojačanja staklenih vlakana nastaje zbog kovalentne strukture veze i optimiziranog rasporeda staklenih vlakana vlakana, dok je modul niskog elastičnog modula ograničen modulom matrice smole, nedovoljnom čvrstoćom veznog sučelja matrice vlakana i materijalnom krmenom. Ova kombinacija karakteristika daje mu jedinstvene prednosti u scenarijima otpornosti na koroziju, lagane i otpornosti na umor, ali se i dalje oslanja na čelično ojačanje u strukturama koje zahtijevaju visoku rigidnost ili plastičnu deformaciju. U budućnosti, kroz nano modificiranu tehnologiju za obradu površine smole ili vlakana, očekuje se da će dodatno poboljšati elastični modul pojačanja staklenih vlakana i proširiti svoj raspon primjene.