Hvorfor påvirkes den komprimerende ytelsen til glassfiberarmering lett av aspektforholdet? Hva er de kritiske forholdene for å knuse og dele skader?

Kompresjonsytelsen til glassfiberarmering påvirkes lett av aspektforholdet, og de kritiske forholdene for knusingssvikt og splittingssvikt er nært knyttet til materialegenskaper og spenningsfordeling. Følgende er en spesifikk analyse:

1 、 påvirkningsmekanismen for sideforholdet på komprimerende ytelse

Aspektforholdet (λ, definert som forholdet mellom den effektive lengden på en komponent og den minste rotasjonsradius for rotasjon av dens tverrsnitt) er en viktig påvirkningsfaktor på den komprimerende ytelsen til glassfiberarmering, og dens virkningsmekanisme er som følger:

Ustabilitetseffekt dominerende

Euler knekkende kritisk stress: Når aspektforholdet øker, reduseres Euler å knekke kritisk stress (σ _cr = π ² e/(λ ²)) kraftig. For eksempel, når λ øker fra 40 til 80, reduseres σ _cr fra omtrent 125 MPa til 31 MPa (forutsatt at E = 40 GPa), som er mye lavere enn trykkstyrken til glassfiber (vanligvis 300-500 MPa).

Modusendring av feil: Korte søyler (λ <50) opplever hovedsakelig knusingssvikt, mens lange søyler (λ> 80) gjennomgår knekkende svikt på grunn av ustabilitet. Den faktiske lagerkapasiteten er bare 10% -30% av materialets trykkfasthet.

Ikke ensartethet av stressfordeling

Sluttbegrensningseffekt: Under aksial komprimering oppstår stresskonsentrasjon i sluttbegrensningsområdet til den lange forsterkningen, og den tverrgående ekspansjonen av midtområdet er hindret på grunn av Poissons effekt, og danner et ikke-enhetlig stressfelt.

Fiberfrakturgradient: Fiberbrudd i lange stenger strekker seg fra enden til midten, og avstanden mellom bruddoverflater avtar med økende λ, noe som resulterer i en trappet reduksjon i lagerkapasiteten.

Materialanisotropiforsterkning

Svak lateral ytelse: Den laterale skjærstyrken til glassfiberarmering (ca. 30-50 MPa) er bare 1/10 av den aksiale trykkfastheten. Når aspektforholdet øker, intensiveres motsetningen mellom de laterale begrensningskravene og materialegenskapene.

Grensesnitt -utbindingsakselerasjon: grensesnittet som avkobling mellom fibre og matrise i lange stenger utvides fra lokal til totalt sett, noe som reduserer den generelle komprimeringsstivheten.

2 、 Kritiske forhold for knusing og delingssvikt

1. Knusingssvikt

Utløsermekanisme: Det oppstår når den aksiale trykkspenningen overstiger den mikrostrukturelle lagergrensen til glassfiberen.

Kritisk tilstand:

Stresstilstand: σ _ Axial ≥ σ _ Trykkstamme (300-500 MPa).

Destruktive funksjoner: Fiberbuntknusing, matrisefragmentering, med et 45 ° skjærglidplan i tverrsnitt, ledsaget av intens støy.

Begrensning av slankehetsforhold: Forekommer vanligvis i korte søyler med λ <50, der ustabilitetseffekten kan ignoreres.

2. delingssvikt

Utløsermekanisme: Det oppstår når den laterale strekkspenningen overskrider fibermatriksgrensesnittbindingsstyrken eller materialstrekkstyrken.

Kritisk tilstand:

Stresstilstand: σ _transverse ≥ σ _ensile_strend (50-100 MPa) eller τ _Interface ≥ τ _ond_strend (10-20 MPA).

Skadeegenskaper: Flere parallelle sprekker genereres langs aksial retning, med en '' kam som 'tverrsnitt og ledsaget av matrikskalling.

Følsomhetssonen for sideforhold: Når 50 <λ <80 øker sannsynligheten for splittingssvikt betydelig på grunn av koblingseffekten av ustabilitet og laterale begrensninger.

3 、 Kriterier for å identifisere destruktive modus

Basert på aspektforholdet λ og materialytelsesparametere, kan diskrimineringskriterier for feilmodus etableres:

Kriterier for å identifisere destruktive modus

Knusing og ødeleggelse av λ ≤ λ _cr1 (ca. 50) og σ _ Axial ≥ σ _COMPRESSIVE_STREND

Splitting Failure: λ _cr1 <λ ≤λ _cr2 (ca. 80) og σ _Transverse ≥ σ _Stensile_strend eller τ _Interface ≥ τ _ond_strend

Spennfeil λ> λ _cr2 og σ _ Axial <σ _cr (Euler kritisk stress)

4 、 Forslag til ingeniørapplikasjoner

Kort forsterkningsdesign (λ ≤ 50):

Nøkkelkontroll av materialets trykkfasthet ved bruk av høy modulharpiksmatrise (E ≥ 50 GPa) for å forbedre anti -ustabilitetsevnen.

Anbefaler en tverrsnittsdiameter på ≥ 20 mm for å unngå lokal knusing.

Forsterkning av middels lengde (50 <λ≤ 80):

Både trykkfasthet og lateral tilbakeholdenhetsytelse må verifiseres samtidig. Det anbefales å bruke karbonfiberviklingsforsterkning eller overflatesandblåsing.

Den minste beskyttende lagets tykkelse er ≥ 2,5 ganger diameteren til armeringsmaterialet for å forhindre splitting og ekspansjon.

Lang forsterkningsdesign (λ> 80):

Stabilitetsbekreftelse må utføres, eller en sammensatt struktur av stålrørbegrenset glassfiberforsterkning må brukes.

Begrens aspektforholdet til λ ≤ 100 for å unngå at Euler spenner dominerende svikt.

5 、 Forskningsgrenser

Multiscale -simulering: Ved å bruke en molekylær dynamikk -begrenset elementkoblingsmodell, avslører den konkurrerende mekanismen mellom fiberbrudd og grensesnittforbinding.

Intelligent overvåking: Utvikle et belastningsovervåkningssystem basert på fiber Bragg-gitter for å gi sanntidsadvarsel om tidlige tegn på splitting og skade.

Nytt matriksmateriale: Utviklet en selvhelbredende harpiksmatrise som frigjør helbredelsesmidler gjennom mikrokapsler for å utsette sprekkutbredelse.

Den komprimerende ytelsesutformingen av glassfiberforsterkning må omfattende vurdere aspektforholdet, materialanisotropi og koblingseffekter av feilmodus. Gjennom raffinert analyse og nyskapende design, kan dets anvendelsespotensial i scenarier med høy etterspørsel som marin ingeniørvitenskap og seismiske strukturer utvides betydelig.