Perché le prestazioni di compressione del rinforzo in fibra di vetro sono facilmente influenzate dallo proposta? Quali sono le condizioni critiche per la frantumazione e la suddivisione del danno?

Le prestazioni di compressione del rinforzo in fibra di vetro sono facilmente influenzate dallo proporzione e le condizioni critiche per la frantumazione e il fallimento della scissione sono strettamente correlate alle proprietà del materiale e alla distribuzione dello stress. Quella che segue è un'analisi specifica:

1 、 Il meccanismo di influenza delle proporzioni sulle prestazioni di compressione

Il rapporto di aspetto (λ, definito come il rapporto tra la lunghezza effettiva di un componente e il raggio minimo di rotazione della sua sezione trasversale) è un fattore di influenza chiave sulle prestazioni di compressione del rinforzo in fibra di vetro e il suo meccanismo d'azione è il seguente:

Effetto di instabilità dominante

Euler Abbinamento dello stress critico: all'aumentare del rapporto di aspetto, lo stress critico di detenzione di Eulero (σ _cr = π ² E/(λ ²)) diminuisce nettamente. Ad esempio, quando λ aumenta da 40 a 80, σ _CR diminuisce da circa 125 MPa a 31 MPa (assumendo E = 40 GPa), che è molto inferiore alla resistenza a compressione della fibra di vetro (di solito 300-500 MPa).

Modifica della modalità di guasto: le barre corte (λ <50) sperimentano principalmente un fallimento di schiacciamento, mentre le barre lunghe (λ> 80) subiscono un guasto alla deformazione a causa dell'instabilità. La capacità del cuscinetto effettivo è solo del 10% -30% della resistenza a compressione del materiale.

Non uniformità della distribuzione dello stress

Effetto di vincolo finale: sotto la compressione assiale, la concentrazione di sollecitazione si verifica nell'area di vincolo finale del lungo rinforzo e l'espansione trasversale della zona centrale è ostacolata a causa dell'effetto di Poisson, formando un campo di sollecitazione non uniforme.

Gradiente di frattura in fibra: la frattura in fibra in barre lunghe si estende dall'estremità al centro e la distanza tra le superfici della frattura diminuisce con l'aumentare di λ, con conseguente riduzione a gradini della capacità del cuscinetto.

Amplificazione del materiale di anisotropia

Prestazioni laterali deboli: la resistenza al taglio laterale del rinforzo in fibra di vetro (circa 30-50 MPa) è solo 1/10 della resistenza a compressione assiale. All'aumentare del rapporto di aspetto, la contraddizione tra i requisiti di vincolo laterale e le proprietà del materiale si intensifica.

Accelerazione di debonding dell'interfaccia: l'interfaccia debonding tra fibre e matrice in barre lunghe si espande dal locale a generale, riducendo la rigidità complessiva di compressione.

2 、 Condizioni critiche per la frantumazione e la divisione del guasto

1. Fallimento di schiacciamento

Meccanismo di innesco: si verifica quando la sollecitazione di compressione assiale supera il limite del cuscinetto microstrutturale della fibra di vetro.

Condizioni critiche:

Stato di sollecitazione: σ _ Assiale ≥ σ _ deformazione a compressione (300-500 MPa).

Caratteristiche distruttive: frantumazione del fascio di fibre, frammentazione della matrice, con un piano di slittamento a taglio a 45 ° in sezione trasversale, accompagnato da un intenso rumore.

Limitazione del rapporto snello: di solito si verifica in barre corte con λ <50, in cui l'effetto di instabilità può essere ignorato.

2. Fallimento di scissione

Meccanismo di innesco: si verifica quando la sollecitazione di trazione laterale supera la resistenza al legame dell'interfaccia della matrice in fibra o la resistenza alla trazione del materiale.

Condizioni critiche:

Stato di stress: σ _Transverse ≥ σ _Tensile_Strend (50-100 MPa) o τ _interface ≥ τ _ond_Strend (10-20 MPa).

Caratteristiche del danno: più crepe parallele vengono generate lungo la direzione assiale, con una sezione trasversale 'pettine come ' e accompagnata da peeling della matrice.

Zona di sensibilità delle proporzioni: quando 50 <λ <80, la probabilità di dividere il fallimento aumenta significativamente a causa dell'effetto di accoppiamento dell'instabilità e dei vincoli laterali.

3 、 Criteri per identificare le modalità distruttive

Sulla base delle proporzioni λ e dei parametri delle prestazioni del materiale, è possibile stabilire criteri di discriminazione della modalità di guasto:

Criteri per identificare le modalità distruttive

Schiacciamento e distruzione di λ ≤ λ _cr1 (circa 50) e σ _ assiale ≥ σ σ _compressive_strend

Fallimento di divisione: λ _cr1 <λ ≤λ _cr2 (circa 80) e σ _transverse ≥ σ _tensile_strend o τ _interface ≥ τ _ond_strend

Errori di deformazione λ> λ _cr2 e σ _ assiale <σ _cr (stress critico di Eulero)

4 、 Suggerimenti per l'applicazione ingegneristica

Design di rinforzo breve (λ ≤ 50):

Controllo chiave della resistenza a compressione del materiale, utilizzando matrice di resina ad alta modulo (E ≥ 50 GPa) per migliorare la capacità anti -instabilità.

Raccomandare un diametro trasversale di ≥ 20 mm per evitare la frantumazione locale.

Design di rinforzo di media lunghezza (50 <λ≤ 80):

Devono essere verificate contemporaneamente sia la resistenza a compressione che le prestazioni di contenimento laterale. Si raccomanda di utilizzare il rinforzo dell'avvolgimento in fibra di carbonio o il trattamento di sabbia superficiale.

Lo spessore minimo dello strato protettivo è ≥ 2,5 volte il diametro del materiale di rinforzo per evitare la divisione e l'espansione.

Design di rinforzo lungo (λ> 80):

È necessario condurre la verifica della stabilità o è necessario utilizzare una struttura composita del rinforzo in fibra di vetro limitato con tubi in acciaio.

Limitare il rapporto di aspetto a λ ≤ 100 per evitare che l'Euler abbia infuocato il fallimento dominante.

5 、 Frontiers di ricerca

Simulazione multiscala: utilizzando un modello di accoppiamento ad elementi finiti di dinamica molecolare, rivela il meccanismo competitivo tra frattura in fibra e debonding interfacciale.

Monitoraggio intelligente: sviluppare un sistema di monitoraggio della deformazione basato sui reticoli di Bragg in fibra per fornire un avvertimento in tempo reale dei primi segni di scissione e danno.

Nuovo materiale a matrice: ha sviluppato una matrice di resina autorigenerante che rilascia agenti di guarigione attraverso le microcapsule per ritardare la propagazione della crepa.

Il design delle prestazioni di compressione del rinforzo in fibra di vetro deve considerare in modo completo il rapporto di aspetto, l'anisotropia del materiale e gli effetti di accoppiamento delle modalità di fallimento. Attraverso un'analisi raffinata e una progettazione innovativa, il suo potenziale di applicazione in scenari ad alta domanda come l'ingegneria marina e le strutture sismiche possono essere significativamente ampliati.