Weergaven: 0 Auteur: Site Editor Publiceren Tijd: 2025-06-12 Oorsprong: Site
De compressieve prestaties van de wapening van glasvezel worden gemakkelijk beïnvloed door de beeldverhouding en de kritieke omstandigheden voor het verpletteren van falen en het splitsen van falen zijn nauw verwant aan materiaaleigenschappen en stressverdeling. Het volgende is een specifieke analyse:
1 、 Het invloedsmechanisme van de beeldverhouding op drukprestaties
De beeldverhouding (λ, gedefinieerd als de verhouding van de effectieve lengte van een component tot de minimale rotatiestraal van de dwarsdoorsnede) is een belangrijke beïnvloedende factor op de drukprestaties van het versterking van glasvezel, en het werkingsmechanisme is als volgt:
Instabiliteitseffect dominant
Euler knikkritische stress: naarmate de beeldverhouding toeneemt, neemt de Euler Knicling kritische stress (σ _cr = π ² e/(λ ²)) sterk af. Wanneer λ bijvoorbeeld toeneemt van 40 tot 80, neemt σ _cr af van ongeveer 125 MPa tot 31 MPa (uitgaande van E = 40 GPa), wat veel lager is dan de druksterkte van glasvezel (meestal 300-500 MPa).
Modusverandering van falen: korte balken (λ <50) ervaren voornamelijk verpletterende falen, terwijl lange balken (λ> 80) een falen van knik ondergaan als gevolg van instabiliteit. Het werkelijke draagvermogen is slechts 10% -30% van de druksterkte van het materiaal.
Niet -uniformiteit van stressverdeling
Eindbeperkingseffect: onder axiale compressie vindt spanningsconcentratie plaats in het eindbeperkingsgebied van de lange versterking, en de transversale expansie van het middelste gebied wordt gehinderd vanwege het effect van Poisson, waardoor een niet-uniform spanningsveld wordt gevormd.
Vezelbreukgradiënt: Vezelbreuk in lange staven strekt zich uit van het einde tot het midden, en de afstand tussen breukoppervlakken neemt af met toenemende λ, wat resulteert in een getrapte afname van de draagcapaciteit.
Materiële anisotropie -versterking
Zwakke laterale prestaties: de laterale afschuifsterkte van de wapening van glasvezel (ongeveer 30-50 MPa) is slechts 1/10 van de axiale druksterkte. Naarmate de beeldverhouding toeneemt, wordt de tegenspraak tussen de laterale beperkingsvereisten en materiaaleigenschappen toeneemt.
Interface Debonding Acceleration: de interface ontbonden tussen vezels en matrix in lange balken breidt zich uit van lokaal naar algemeen, waardoor de totale drukstijfheid wordt verminderd.
2 、 Kritieke omstandigheden voor het verpletteren en splitsen van falen
1. Beperkende mislukking
Trigger -mechanisme: het treedt op wanneer de axiale drukspanning de microstructurele lagerlimiet van de glasvezel overschrijdt.
Kritische toestand:
Stressstatus: σ _ Axiale ≥ σ _ Compressieve stam (300-500 MPa).
Destructieve kenmerken: Fiber-bundel verpletterende, matrixfragmentatie, met een schuifafbeelding van 45 ° in dwarsdoorsnede, vergezeld van intense ruis.
Beperking van de verhouding tussen slankheid: komt meestal voor in korte staven met λ <50, waar het instabiliteitseffect kan worden genegeerd.
2. Splitfout
Trigger -mechanisme: het treedt op wanneer de laterale trekspanning de vezelmatrix -interface -bindsterkte of materiaal treksterkte overschrijdt.
Kritische toestand:
Stressstatus: σ _Transverse ≥ σ _tensile_strend (50-100 MPa) of τ _interface ≥ τ _ond_strend (10-20 MPa).
Schadekenmerken: meerdere parallelle scheuren worden gegenereerd langs de axiale richting, met een 'kamachtige ' dwarsdoorsnede en vergezeld van matrixschil.
Gevoeligheidszone van de beeldverhouding: wanneer 50 <λ <80, neemt de kans op het splitsen van falen aanzienlijk toe als gevolg van het koppelingseffect van instabiliteit en laterale beperkingen.
3 、 Criteria voor het identificeren van destructieve modi
Op basis van de beeldverhouding λ en materiaalprestatieparameters kunnen de discriminatiecriteria van de faalmodus worden vastgesteld:
Criteria voor het identificeren van destructieve modi
Crushing en vernietiging van λ ≤ λ _cr1 (ongeveer 50) en σ _ axiale ≥ σ _compressive_strend
Splitsfout: λ _cr1 <λ ≤λ _cr2 (ongeveer 80) en σ _transverse ≥ σ _tensile_strend of τ _interface ≥ τ _ond_strend
Knikfalen λ> λ _cr2 en σ _ axiale <σ _cr (Euler kritische spanning)
4 、 Suggesties voor technische toepassingen
Kort versterkingsontwerp (λ ≤ 50):
Belangrijkste controle van materiaalcompressieve sterkte, met behulp van een hoge modulusharsmatrix (E ≥ 50 GPa) om het anti -instabiliteitsvermogen te verbeteren.
Beveel een dwarsdoorsnede diameter van ≥ 20 mm aan om lokaal pletten te voorkomen.
Ontwerp van gemiddelde lengte (50 <λ≤ 80):
Zowel de druksterkte als de laterale beperkingsprestaties moeten tegelijkertijd worden geverifieerd. Het wordt aanbevolen om koolstofvezelwikkelversterking of oppervlaktetandstanders te gebruiken.
De dikte van de minimale beschermende laag is ≥ 2,5 keer de diameter van het versterkingsmateriaal om splitsing en expansie te voorkomen.
Lange versterkingsontwerp (λ> 80):
Stabiliteitsverificatie moet worden uitgevoerd, of een samengestelde structuur van stalen buis beperkte glasvezelversterking moet worden gebruikt.
Beperk de beeldverhouding tot λ ≤ 100 om het dominant falen van Euler te voorkomen.
5 、 Research Frontiers
Multischaalsimulatie: met behulp van een eindige elementkoppelingsmodel van de moleculaire dynamiek, onthullen het concurrentiemechanisme tussen vezelfractuur en interfaciaal ontbonden.
Intelligente monitoring: ontwikkel een spanningsbewakingssysteem op basis van Bragg-roosters van glasvezel om realtime waarschuwing te bieden voor vroege tekenen van splitsing en schade.
Nieuw matrixmateriaal: ontwikkelde een zelfherstellende harsmatrix die genezende middelen vrijgeeft door microcapsules om scheurvoortplanting uit te stellen.
Het drukprestatiesontwerp van de versterking van glasvezel moet de beeldverhouding, materiaalanisotropie en koppelingseffecten van faalmodi volledig overwegen. Door geraffineerde analyse en innovatief ontwerp kunnen het toepassingspotentieel ervan in hoge vraagscenario's zoals mariene engineering en seismische structuren aanzienlijk worden uitgebreid.
