グラスファイバー補強の圧縮性能がアスペクト比の影響を容易にするのはなぜですか？損傷を破壊して分割するための重要な条件は何ですか？

グラスファイバー補強の圧縮性能は、アスペクト比の影響を容易に受け入れ、破壊と分割障害を押しつぶすための重要な条件は、材料特性と応力分布に密接に関連しています。以下は特定の分析です。

1.圧縮性能に対するアスペクト比の影響メカニズム

アスペクト比（λ、コンポーネントの有効長の比と断面の回転半径の比として定義されます）は、グラスファイバー補強材の圧縮性能に重要な影響要因であり、その作用メカニズムは次のとおりです。

不安定な効果が支配的です

オイラーの座屈臨界応力：アスペクト比が増加すると、オイラーの座屈臨界応力（σ_CR =π²E/（λ²））が大幅に減少します。たとえば、λが40から80に増加すると、σ_CRは約125 MPaから31 MPa（E = 40 GPaを仮定）に減少します。これは、ガラス繊維の圧縮強度（通常は300〜500 MPa）よりもはるかに低くなります。

故障のモードの変更：短いバー（λ<50）は主に破損の破損を経験しますが、長いバー（λ> 80）は不安定性のために座屈障害を受けます。実際のベアリング能力は、材料の圧縮強度のわずか10％〜30％です。

ストレス分布の非均一性

末端制約効果：軸圧縮下では、長い補強の末端制約領域で応力濃度が発生し、中央領域の横方向の膨張がポアソンの効果により妨げられ、不均一な応力場が形成されます。

繊維骨折勾配：長いバーの繊維骨折は端から中央まで伸び、摩擦表面間の距離はλの増加とともに減少し、その結果、ベアリング能力が段階的に減少します。

材料異方性増幅

弱い横方向性能：グラスファイバー補強材（約30〜50 MPa）の横方向のせん断強度は、軸圧縮強度の1/10です。アスペクト比が増加すると、横方向の制約要件と材料特性の矛盾が強化されます。

インターフェイスの剥離加速：長いバーの繊維とマトリックスの間のインターフェイスの剥離は、ローカルから全体に拡大し、全体的な圧縮剛性を減らします。

2 frushing粉砕および分割障害のための重要な条件

1。粉砕障害

トリガーメカニズム：軸圧縮応力がガラス繊維の微細構造ベアリング限界を超えると発生します。

危機的状態：

応力状態：σ_軸≥σ_圧縮ひずみ（300-500 MPa）。

破壊的な特徴：ファイバーバンドルの粉砕、マトリックスの断片化、断面に45°せん断スリップ平面があり、激しいノイズが伴います。

細胞比の制限：通常、λ<50の短いバーで発生し、不安定な効果を無視できます。

2。障害の分割

トリガーメカニズム：横方向の引張応力がファイバーマトリックスインターフェースの結合強度または材料引張強度を超えると発生します。

危機的状態：

応力状態：σ_transverse≥σ_tensile_strend（50-100 mpa）またはτ_interface≥τ_ond_strend（10-20 mpa）。

損傷特性：軸方向に沿って複数の平行亀裂が生成され、 'comb wike 'の断面が伴い、マトリックスの剥離が伴います。

アスペクト比の感度ゾーン：50 <λ<80の場合、不安定性と横方向の制約の結合効果により、分割障害を分割する確率が大幅に増加します。

3、破壊モードを識別するための基準

アスペクト比λと材料性能パラメーターに基づいて、故障モードの識別基準を確立できます。

破壊モードを識別するための基準

λ≤λ_cr1（約50）およびσ_軸≥σ_compression_strendの破壊と破壊

分割障害：λ_cr1 <λ≤λ_cr2（約80）およびσ_transverse≥σ_tensile_strendまたはτ_interface≥τ_ond_strend

座屈の障害λ>λ_cr2およびσ_軸<σ_cr（オイラーの臨界応力）

4、エンジニアリングアプリケーションの提案

短い補強設計（λ≤50）：

高弾性樹脂マトリックス（E≥50GPa）を使用して、不安定性能力を高めるための材料圧縮強度の重要な制御。

局所的な粉砕を避けるために、20 mm以上の断面直径を推奨します。

中程度の長さの補強設計（50 <λ≤80）：

圧縮強度と横方向の拘束性能の両方を同時に検証する必要があります。炭素繊維巻線補強材または表面サンドブラスト処理を使用することをお勧めします。

最小保護層の厚さは、分割と膨張を防ぐために、補強材の直径の2.5倍以上です。

長い補強設計（λ> 80）：

安定性の検証を実施する必要があります。または、鋼管制約のグラスファイバー補強材の複合構造を使用する必要があります。

アスペクト比をλ≤100に制限して、オイラーの座屈の支配的な障害を避けます。

5、研究フロンティア

マルチスケールシミュレーション：分子動力学有限要素カップリングモデルを使用して、繊維骨折と界面剥離の間の競合メカニズムを明らかにします。

インテリジェントな監視：繊維のブラッググレーティングに基づいたひずみ監視システムを開発して、分割と損傷の初期兆候のリアルタイム警告を提供します。

新しいマトリックス材料：マイクロカプセルを介して治癒剤を放出して亀裂伝播を遅らせる自己修復樹脂マトリックスを開発しました。

グラスファイバー補強の圧縮性能設計では、故障モードのアスペクト比、材料異方性、および結合効果を包括的に考慮する必要があります。洗練された分析と革新的な設計により、海洋工学や地震構造などの高い需要シナリオでの応用の可能性を大幅に拡大できます。