Ինչու՞ է ապակեպլաստե ամրացման առաձգական ուժը շատ ավելի բարձր, քան պողպատի ամրացումը, բայց առաձգական մոդուլն ավելի ցածր է: Ո՞րն է դրա մեխանիկական մեխանիզմը:

Ապակեպլաստե ամրացման առաձգական ուժը շատ ավելի բարձր է, քան պողպատի ամրացումը, բայց դրա առաձգական մոդուլն ավելի ցածր է, ինչը պայմանավորված է նյութի կազմի, միկրոկառուցվածքի և մեխանիկական մեխանիզմի էական տարբերություններով: Ստորև ներկայացված է մանրամասն վերլուծություն գիտական ​​սկզբունքների տեսանկյունից.

1, Առաձգական ուժի տարբերության հիմնական մեխանիզմը

Ապակեպլաստե ամրացում. կովալենտային կապեր և մանրաթելերի ամրացման մեխանիզմ

Նյութական հիմքը. Ապակե մանրաթելերի ամրացումը պատրաստված է ապակե մանրաթելից՝ որպես ամրապնդող փուլ (կազմում է 60% -70% ծավալով), իսկ դրա հիմնական բաղադրիչը սիլիցիումի (SiO 2) ցանցային կառուցվածքն է, որը կովալենտային կապերի միջոցով բարձր ամրության վանդակ է ստեղծում:

Ուժի աղբյուր.

Ապակե մանրաթելի կոտրվածքի էներգիան. ապակե մանրաթելի ճեղքման էներգիան հասնում է 7,0-9,5 կՋ/մ²-ի, ինչը զգալիորեն գերազանցում է պողպատե ձողերում մետաղական կապերի ճեղքման էներգիան (մոտ 2,5-4,0 կՋ/մ²):

Մանրաթելերի դասավորության օպտիմիզացում. մանրաթելերը դասավորված են առանցքային ուղղությամբ, և բեռը արդյունավետ կերպով փոխանցվում է մանրաթելերին խեժի մատրիցով` հասնելով մանրաթելերի ուղղությամբ կենտրոնացված սթրեսի:

Տվյալների համեմատություն. ապակեպլաստե ամրացման ուժը կարող է հասնել 500-900 ՄՊա, մինչդեռ սովորական պողպատի ամրացումը (HRB400) 400-600 ՄՊա է, իսկ բարձր ամրության պողպատի ամրացումը (HRB600) ընդամենը 600-750 ՄՊա է:

Ամրապնդում. մետաղական կապի և տեղահանման ամրապնդման մեխանիզմ

Նյութի հիմքը. պողպատե ձողերը պատրաստված են երկաթի ածխածնի համաձուլվածքից, որը տաք գլանման կամ սառը գծման գործընթացների միջոցով ձևավորվում է ֆերիտ-պերլիտի կառուցվածքի: Մետաղական կապերի ոչ ուղղորդված բնույթը նրանց օժտում է միասնական եռաչափ կրող հզորությամբ:

Ուժի աղբյուր.

Դիսլոկացիայի շարժման դիմադրություն. ածխածնի ատոմի պինդ լուծույթի ամրապնդումը և պեռլիտի շերտավոր կառուցվածքը խոչընդոտում են տեղահանման սայթաքմանը, սակայն մետաղական կապերի կոտրվածքի էներգիան սահմանափակում է դրանց տեսական ամրության վերին սահմանը:

Պլաստիկ դեֆորմացիայի նպաստում. պողպատե ձողերի ճեղքումների երկարացումը կարող է հասնել 15%-25%: Պլաստիկ դեֆորմացիայի փուլում էներգիան կլանվում է տեղահանման տարածման միջոցով, սակայն որոշ տեսական ուժ զոհաբերվում է:

2, Առաձգական մոդուլի տարբերության հիմնական մեխանիզմը

Ապակեպլաստե ամրացում. խեժի մատրիցա և միջերեսի էֆեկտ

Մատրիցային մոդուլի սահմանափակում. խեժի մատրիցի առաձգական մոդուլը (օրինակ, էպոքսիդային խեժը) ընդամենը 3-5 ԳՊա է, ինչը շատ ավելի ցածր է, քան պողպատե ամրացման 200 ԳՊա:

Միջերեսային կապի թույլ կողմը. ապակե մանրաթելի և խեժի միջերեսային կապի ուժը (սովորաբար <10 ՄՊա) շատ ավելի ցածր է, քան պողպատե ձողերում ֆերիտի և պեռլիտի միջև կապի ուժը, և այն հակված է միջերեսի անջատման կամ մատրիցային ճեղքման սթրեսի պայմաններում:

Փխրուն բնութագրեր. Ապակեպլաստե ամրացման լարվածություն-լարված կորը ցույց է տալիս գծային կոտրվածք, որը չունի պողպատե ձողերի զիջման հարթակ, ինչը հանգեցնում է առաձգականության ակնհայտ մոդուլի (40-60 ԳՊա), որը կազմում է պողպատե ձողերի միայն 1/3-2/5-ը:

Ամրապնդում` մետաղական կապի և բյուրեղյա սայթաքման մեխանիզմ

Բարձր կոշտության էությունը. Մետաղական կապերի ոչ ուղղորդված բնույթը թույլ է տալիս բյուրեղյա սայթաքման համակարգը հավասարաչափ բաշխվել եռաչափ տարածության մեջ, ինչը հանգեցնում է տեղահանման շարժման բարձր դիմադրության և պողպատե ձողերին օժտելով բարձր առաձգական մոդուլով (200 ԳՊա):

Պլաստիկ դեֆորմացիայի կարգավորում. պողպատե ձողերի պլաստիկ դեֆորմացիայի փուլն ազատում է լարվածության տեղային կոնցենտրացիան տեղահանման վերադասավորման միջոցով՝ պահպանելով առաձգական մոդուլի կայունությունը:

3, կատարողականի տարբերությունների ինժեներական նշանակությունը

Բնութագրական ապակե մանրաթելից ամրացված պողպատե ձողեր

Առաձգական ուժ 500-900 ՄՊա (զգալի առավելություն) 400-750 ՄՊա

Էլաստիկ մոդուլ 40-60 ԳՊա (1/3-2/5 պողպատե ձողեր) 200 ԳՊա

Խափանման ռեժիմի փխրուն կոտրվածք (առանց նախազգուշացման) պարանոցի ճկուն ձախողում (նախազգուշացում)

Կիրառելի սցենարներ. կոռոզիոն դիմադրության բարձր պահանջներ, թեթևություն, հոգնածության դիմադրություն, պլաստիկ դեֆորմացիա և սեյսմակայունություն

4, Եզրակացություն

Ապակե մանրաթելերի ամրացման բարձր առաձգական ուժը պայմանավորված է կովալենտային կապի կառուցվածքով և ապակե մանրաթելերի օպտիմիզացված դասավորությամբ, մինչդեռ ցածր առաձգական մոդուլը սահմանափակվում է խեժի մատրիցի մոդուլով, մանրաթելերի մատրիցայի միջերեսի կապի անբավարար ուժով և նյութի փխրունությամբ: Բնութագրերի այս համադրությունը եզակի առավելություններ է տալիս կոռոզիոն դիմադրության, թեթևության և հոգնածության դիմադրության սցենարներում, սակայն այն դեռևս հիմնված է պողպատե ամրացման վրա այն կառույցներում, որոնք պահանջում են բարձր կոշտություն կամ պլաստիկ դեֆորմացիա: Ապագայում, նանո փոփոխված խեժի կամ մանրաթելերի մակերեսային մշակման տեխնոլոգիայի միջոցով, ակնկալվում է, որ այն ավելի կբարձրացնի ապակե մանրաթելերի ամրացման առաձգական մոդուլը և ընդլայնելու դրա կիրառման շրջանակը: