Dlaczego wyniki wzmocnienia włókna szklanego jest łatwe do łatwego wpływu na współczynnik kształtu? Jakie są krytyczne warunki do kruszenia i podziału uszkodzeń?

Współczynnik wzmacniający na ściskanie wzmacniający włókno szklany jest łatwo wpływ, a krytyczne warunki kruszenia awarii i awarii podziału są ściśle związane z właściwościami materiału i rozkładem naprężeń. Poniżej znajduje się konkretna analiza:

1 、 Mechanizm wpływu proporcji na wydajność ściskającą

Współczynnik kształtu (λ, zdefiniowany jako stosunek efektywnej długości komponentu do minimalnego promienia obrotu jego przekroju) jest kluczowym czynnikiem wpływającym na wydajność ściskającego wzmacniającego włókno szklanego, a jego mechanizm działania jest następujący:

Dominujący efekt niestabilności

Euler Bustrujący naprężenie krytyczne: wraz ze wzrostem współczynnika kształtu naprężenie krytyczne Eulera (σ _cr = π ² E/(λ ²)) gwałtownie maleje. Na przykład, gdy λ wzrasta z 40 do 80, σ _cr maleje z około 125 MPa do 31 MPa (zakładając E = 40 GPa), co jest znacznie niższe niż wytrzymałość na ściskanie włókna szklanego (zwykle 300-500 MPa).

Zmiana trybu awarii: krótkie słupki (λ <50) głównie doświadczają kruszenia awarii, podczas gdy długie słupki (λ> 80) ulegają awarii wyboczenia z powodu niestabilności. Rzeczywista pojemność łożyska wynosi tylko 10–30% siły ściskającej materiału.

Nie jednolitość rozkładu naprężeń

Efekt ograniczenia końcowego: Przy kompresji osiowej stężenie naprężeń występuje w obszarze ograniczenia końcowego długiego zbrojenia, a poprzeczna ekspansja obszaru środkowego jest utrudniona z powodu efektu Poissona, tworząc nierównomierne pole naprężenia.

Gradient złamania włókien: złamanie włókien w długich prętach rozciąga się od końca do środka, a odległość między powierzchniami pękania maleje wraz ze wzrostem λ, co powoduje stopniowe zmniejszenie pojemności łożyska.

Materiał wzmocnienie anizotropii

Słaba wydajność boczna: wytrzymałość na ścinanie bocznego wzmocnienia włókna szklanego (około 30-50 MPa) wynosi tylko 1/10 wytrzymałości na ściskanie osi. Wraz ze wzrostem współczynnika proporcji sprzeczność między wymaganiami związanymi z ograniczeniem bocznym a właściwościami materialnymi nasila się.

Przyspieszenie debondowania interfejsu: interfejs debonding między włóknami i matrycą w długich prętach rozszerza się z lokalnych do ogólnej, zmniejszając ogólną sztywność ściskającą.

2 、 Krytyczne warunki do kruszenia i podziału niepowodzenia

1. Niepowodzenie kruszenia

Mechanizm wyzwalacza: występuje, gdy osiowe naprężenie ściskające przekracza granicę łożyska mikrostrukturalnego włókna szklanego.

Warunek krytyczny:

Stan naprężenia: σ _ osiowy ≥ σ _ odkształcenie ściskające (300-500 MPa).

Cechy niszczące: kruszenie wiązki światłowodowej, fragmentacja matrycy, z płaszczyzną poślizgu ścinającą 45 ° w przekroju, któremu towarzyszy intensywny hałas.

Ograniczenie współczynnika smukłości: zwykle występuje w krótkich słupkach z λ <50, gdzie efekt niestabilności można zignorować.

2. Niepowodzenie podziału

Mechanizm wyzwalacza: Występuje, gdy boczne naprężenie rozciągające przewyższa wytrzymałość wiązania między matrycą włóknistą lub wytrzymałość na rozciąganie materiału.

Warunek krytyczny:

Stan naprężenia: σ _transverse ≥ σ _Tensile_strend (50-100 MPa) lub τ _interface ≥ τ _ond_strend (10-20 MPa).

Charakterystyka uszkodzeń: wiele równoległych pęknięć jest generowanych wzdłuż kierunku osiowego, z przekrojem „grzebienia jak ” i towarzyszy jej zrywanie macierzy.

Strefa czułości współczynnika kształtu: Gdy 50 <λ <80, prawdopodobieństwo podziału awarii znacznie wzrasta ze względu na efekt sprzęgania niestabilności i ograniczeń bocznych.

3 、 Kryteria identyfikacji trybów destrukcyjnych

W oparciu o współczynnik kształtu λ i parametry wydajności materiału można ustalić kryteria dyskryminacji trybu awarii:

Kryteria identyfikacji trybów niszczycielskich

Kruszenie i niszczenie λ ≤ λ _cr1 (około 50) i σ _ osiowe ≥ σ _Compressive_strend

Niepowodzenie podziału: λ _cr1 <λ ≤λ _cr2 (około 80) i σ _transverse ≥ σ _Tensile_strend lub τ _interface ≥ τ _ond_strend

Niepowodzenie wyboczenia λ> λ _cr2 i σ _ osiowe <σ _cr (naprężenie krytyczne Eulera)

4 、 Sugestie dotyczące aplikacji inżynierskich

Projekt krótkiego zbrojenia (λ ≤ 50):

Kluczowa kontrola wytrzymałości na ściskanie materiału, przy użyciu macierzy żywicy wysokiego modułu (E ≥ 50 GPa) w celu zwiększenia zdolności antystabilnej.

Zaleć średnicę przekroju ≥ 20 mm, aby uniknąć miejscowego kruszenia.

Projekt wzmocnienia średniej (50 <λ ≤ 80):

Zarówno wytrzymałość na ściskanie, jak i wydajność ograniczeń bocznych należy weryfikować jednocześnie. Zaleca się stosowanie wzmacniającego uzwojenia włókna węglowego lub obróbki piaskowania powierzchniowego.

Minimalna grubość warstwy ochronnej wynosi ≥ 2,5 -krotność średnicy materiału zbrojeniowego, aby zapobiec podziałowi i rozszerzeniu.

Długie projektowanie (λ> 80):

Należy przeprowadzić weryfikację stabilności lub należy zastosować kompozytową konstrukcję zbrojenia z włókna szklanego ograniczonego rurą stalową.

Ogranicz współczynnik kształtu do λ ≤ 100, aby uniknąć niepowodzenia dominującego w wyboczeniu Eulera.

5 、 granice badawcze

Symulacja wieloskalowa: przy użyciu modelu sprzęgania elementów skończonych molekularnych, ujawniają konkurencyjny mechanizm między złamaniem włókien a debondingiem międzyfazowym.

Inteligentne monitorowanie: Opracuj system monitorowania odkształceń oparty na siedzeniach światłowodowych, aby zapewnić ostrzeżenie w czasie rzeczywistym przed wczesnymi oznakami podziału i uszkodzeń.

Nowy materiał matrycy: opracował samozwańczą matrycę żywiczną, która uwalnia środki gojenia przez mikrokapsułki w celu opóźnienia propagacji pęknięć.

Projekt wydajności ściskającej wzmocnienia włókna szklanego musi kompleksowo rozważyć współczynnik kształtu, anizotropię materialną i efekty sprzęgania trybów awarii. Dzięki wyrafinowanej analizy i innowacyjnym projektowaniu potencjał zastosowania w scenariuszach wysokiego popytu, takich jak inżynieria morska i struktury sejsmiczne, można znacznie rozszerzyć.