Visualizações: 0 Autor: Editor de sites Publicar Tempo: 2025-06-12 Origem: Site
O desempenho compressivo do reforço de fibra de vidro é facilmente afetado pela proporção, e as condições críticas para falha de esmagamento e falha na divisão estão intimamente relacionadas às propriedades do material e à distribuição do estresse. A seguir, é uma análise específica:
1 、 O mecanismo de influência da proporção no desempenho da compressão
A proporção (λ, definida como a proporção do comprimento efetivo de um componente para o raio mínimo de rotação de sua seção transversal) é um fator de influência essencial no desempenho compressivo do reforço de fibra de vidro, e seu mecanismo de ação é o seguinte:
Efeito de instabilidade dominante
Euler flamba o estresse crítico: À medida que a proporção aumenta, o estresse crítico de flambagem de Euler. Por exemplo, quando λ aumenta de 40 a 80, σ _Cr diminui de cerca de 125 MPa para 31 MPa (assumindo E = 40 GPa), o que é muito menor que a resistência à compressão da fibra de vidro (geralmente 300-500 MPa).
Mudança de falha no modo: barras curtas (λ <50) experimentam principalmente falhas de esmagamento, enquanto barras longas (λ> 80) passam por falha na flambagem devido à instabilidade. A capacidade real do rolamento é de apenas 10% a 30% da resistência à compressão do material.
Não uniformidade da distribuição de estresse
Efeito de restrição final: Sob compressão axial, a concentração de tensão ocorre na área de restrição final do reforço longo, e a expansão transversal da área média é prejudicada devido ao efeito de Poisson, formando um campo de tensão não uniforme.
Gradiente de fratura de fibra: a fratura da fibra em barras longas se estende do final ao meio, e a distância entre as superfícies de fratura diminui com o aumento de λ, resultando em uma diminuição da capacidade de rolamento.
Amplificação de anisotropia material
Desempenho lateral fraco: A resistência ao cisalhamento lateral do reforço de fibra de vidro (cerca de 30-50 MPa) é de apenas 1/10 da resistência à compressão axial. À medida que a proporção aumenta, a contradição entre os requisitos de restrição lateral e as propriedades do material se intensifica.
Interface Aceleração de desbotamento: a interface descascando entre fibras e matriz em barras longas se expande de local para geral, reduzindo a rigidez compressiva geral.
2 、 Condições críticas para esmagar e dividir falha
1. Falha de esmagamento
Mecanismo de gatilho: ocorre quando a tensão compressiva axial excede o limite de rolamento microestrutural da fibra de vidro.
Condição crítica:
Estado de estresse: σ _ axial ≥ σ _ cepa de compressão (300-500 MPa).
Características destrutivas: esmagamento do feixe de fibra, fragmentação da matriz, com um plano de deslizamento de cisalhamento de 45 ° na seção transversal, acompanhado por um ruído intenso.
Limitação da razão de esbelta: geralmente ocorre em barras curtas com λ <50, onde o efeito da instabilidade pode ser ignorado.
2. Falha na divisão
Mecanismo de gatilho: ocorre quando a tensão de tração lateral excede a força de ligação da interface da matriz da fibra ou a resistência à tração do material.
Condição crítica:
Estado de estresse: σ _transverse ≥ σ _tensile_strend (50-100 MPa) ou τ _Interface ≥ τ _ond_strend (10-20 MPa).
Características de danos: Várias rachaduras paralelas são geradas ao longo da direção axial, com uma seção transversal de 'pente como ' e acompanhadas por descascamento da matriz.
Zona de sensibilidade da proporção: quando 50 <λ <80, a probabilidade de falha na divisão aumenta significativamente devido ao efeito de acoplamento da instabilidade e restrições laterais.
3 、 Critérios para identificar modos destrutivos
Com base na proporção λ e nos parâmetros de desempenho do material, os critérios de discriminação no modo de falha podem ser estabelecidos:
Critérios para identificar modos destrutivos
Esmagamento e destruição de λ ≤ λ _cr1 (aproximadamente 50) e σ _ axial ≥ σ _compressive_strend
Falha na divisão: λ _cr1 <λ ≤λ _cr2 (cerca de 80) e σ _transverse ≥ σ _tensile_strend ou τ _interface ≥ τ _ond_strend
Falha de flambagem λ> λ _cr2 e σ _ axial <σ _cr (estresse crítico de Euler)
4 、 sugestões de aplicação de engenharia
Projeto de reforço curto (λ ≤ 50):
Controle de chave da resistência à compressão do material, usando alta matriz de resina de módulo (E ≥ 50 GPa) para aumentar a capacidade anti -instabilidade.
Recomende um diâmetro transversal de ≥ 20 mm para evitar esmagamento local.
Design de reforço de comprimento médio (50 <λ≤ 80):
Tanto a resistência à compressão quanto o desempenho da restrição lateral precisam ser verificados simultaneamente. Recomenda -se usar reforço de enrolamento de fibra de carbono ou tratamento de jateamento de areia de superfície.
A espessura mínima da camada protetora é ≥ 2,5 vezes o diâmetro do material de reforço para evitar a divisão e expansão.
Design de reforço longo (λ> 80):
A verificação da estabilidade deve ser realizada ou uma estrutura composta de reforço de fibra de vidro com tubos de aço deve ser usada.
Limite a proporção a λ ≤ 100 para evitar a falha dominante de flambagem de Euler.
5 、 Fronteiras de pesquisa
Simulação em várias escalas: Usando um modelo de acoplamento de elementos finitos da dinâmica molecular, revela o mecanismo competitivo entre a fratura da fibra e a debitação interfacial.
Monitoramento inteligente: Desenvolva um sistema de monitoramento de tensão baseado em grades de fibra Bragg para fornecer um aviso em tempo real dos primeiros sinais de divisão e danos.
Novo material da matriz: desenvolveu uma matriz de resina de autocura que libera agentes de cura através de microcápsulas para atrasar a propagação de trincas.
O design de desempenho compressivo do reforço de fibra de vidro precisa considerar de forma abrangente a proporção, anisotropia material e efeitos de acoplamento dos modos de falha. Por meio de análises refinadas e design inovador, seu potencial de aplicação em cenários de alta demanda, como engenharia marinha e estruturas sísmicas, pode ser significativamente expandida.
