De ce performanța compresivă a armăturii din fibră de sticlă este ușor afectată de raportul de aspect? Care sunt condițiile critice pentru zdrobirea și împărțirea daunelor?

Performanța compresivă a armăturii din fibră de sticlă este ușor afectată de raportul de aspect, iar condițiile critice pentru eșecul de zdrobire și defecțiunea de divizare sunt strâns legate de proprietățile materialului și de distribuția stresului. Următoarea este o analiză specifică:

1 、 Mecanismul de influență al raportului de aspect asupra performanței compresive

Raportul de aspect (λ, definit ca raportul dintre lungimea efectivă a unei componente și raza minimă de rotație a secțiunii sale transversale) este un factor de influență cheie asupra performanței compresive a întăririi din fibră de sticlă, iar mecanismul său de acțiune este următorul:

Efectul de instabilitate dominant

Stresul critic al eulerului: Pe măsură ce raportul de aspect crește, stresul critic al eulerului (σ _cr = π ² e/(λ ²)) scade brusc. De exemplu, când λ crește de la 40 la 80, σ _CR scade de la aproximativ 125 MPa la 31 MPa (presupunând E = 40 GPa), care este mult mai mic decât rezistența la compresiune a fibrei de sticlă (de obicei 300-500 MPa).

Schimbarea modului de eșec: bare scurte (λ <50) experimentează în principal eșecul de zdrobire, în timp ce barele lungi (λ> 80) suferă eșec de flambaj din cauza instabilității. Capacitatea reală a rulmentului este de doar 10% -30% din rezistența la compresiune a materialului.

Non -uniformitatea distribuției stresului

Efectul de constrângere finală: sub compresie axială, concentrația de stres are loc în zona de constrângere finală a armăturii lungi, iar expansiunea transversală a zonei mijlocii este împiedicată din cauza efectului lui Poisson, formând un câmp de stres neuniform.

Gradient de fractură de fibre: Fractura de fibre în bare lungi se extinde de la capăt la mijloc, iar distanța dintre suprafețele de fractură scade odată cu creșterea λ, ceea ce duce la o scădere a capacității de rulare în pas.

Amplificarea anisotropiei materiale

Performanță laterală slabă: rezistența la forfecare laterală a armatei din fibră de sticlă (aproximativ 30-50 MPa) este doar 1/10 din rezistența la compresiune axială. Pe măsură ce raportul de aspect crește, contradicția dintre cerințele de constrângere laterală și proprietățile materiale se intensifică.

Accelerație de debutare a interfeței: interfața de decontare între fibre și matrice în bare lungi se extinde de la local la general, reducând rigiditatea compresivă generală.

2 、 Condiții critice pentru eșecul de zdrobire și divizare

1. Eșec de zdrobire

Mecanismul de declanșare: apare atunci când tensiunea compresivă axială depășește limita de rulment microstructural a fibrei de sticlă.

Stare critică:

Stare de stres: σ _ axial ≥ σ _ tulpină de compresie (300-500 MPa).

Caracteristici distructive: zdrobirea pachetului de fibre, fragmentarea matricei, cu un plan de alunecare de forfecare de 45 ° în secțiune transversală, însoțit de zgomot intens.

Limitarea raportului de subțire: de obicei apare în bare scurte cu λ <50, unde efectul de instabilitate poate fi ignorat.

2. Eșec de divizare

Mecanismul de declanșare: apare atunci când tensiunea la tracțiune laterală depășește puterea de legare a interfeței matricei de fibre sau rezistența la tracțiune a materialului.

Stare critică:

Stare de stres: σ _transverse ≥ σ _tensile_strend (50-100 MPa) sau τ _interface ≥ τ _ond_strend (10-20 MPa).

Caracteristici de deteriorare: Fisuri paralele multiple sunt generate de-a lungul direcției axiale, cu o secțiune de 'pieptene ' și însoțite de decojirea matricei.

Zona de sensibilitate a raportului de aspect: Când 50 <λ <80, probabilitatea de a diviza eșecul crește semnificativ din cauza efectului de cuplare a instabilității și constrângerilor laterale.

3 、 Criterii pentru identificarea modurilor distructive

Pe baza raportului de aspect λ și a parametrilor de performanță materială, pot fi stabilite criterii de discriminare în modul eșec:

Criterii pentru identificarea modurilor distructive

Zdrobirea și distrugerea λ ≤ λ _cr1 (aproximativ 50) și σ _ axial ≥ σ _compresive_strend

Defecțiune de divizare: λ _cr1 <λ ≤λ _cr2 (aproximativ 80) și σ _transverse ≥ σ _tensile_strend sau τ _interface ≥ τ _ond_strend

Eșec de flambaj λ> λ _cr2 și σ _ axial <σ _cr (stres critic Euler)

4 、 Sugestii pentru aplicații de inginerie

Proiectare scurtă de întărire (λ ≤ 50):

Controlul cheie al rezistenței la compresiune a materialului, folosind matrice ridicată de rășină modulului (E ≥ 50 GPa) pentru a îmbunătăți capacitatea anti -instabilitate.

Recomandați un diametru transversal de ≥ 20 mm pentru a evita zdrobirea locală.

Proiectare de armare a lungimii medii (50 <λ≤ 80):

Atât rezistența la compresiune, cât și performanța de reținere laterală trebuie verificate simultan. Este recomandat să utilizați armătură de înfășurare a fibrelor de carbon sau tratament de sablare a suprafeței.

Grosimea minimă a stratului de protecție este ≥ 2,5 ori diametrul materialului de armare pentru a preveni împărțirea și expansiunea.

Proiectare de armare lungă (λ> 80):

Trebuie să se efectueze verificarea stabilității sau trebuie utilizată o structură compozită a armăturii din fibră de sticlă constrânse de conducte de oțel.

Limitați raportul de aspect la λ ≤ 100 pentru a evita eșecul dominant al eulerului.

5 、 Frontiere de cercetare

Simulare pe mai multe niveluri: Utilizarea unui model de cuplare a elementelor finite dinamice moleculare, dezvăluie mecanismul competitiv între fractura de fibre și deconectarea interfațială.

Monitorizare inteligentă: Dezvoltați un sistem de monitorizare a tulpinilor bazat pe grătarele de fibre Bragg pentru a oferi avertisment în timp real cu privire la semnele timpurii de împărțire și deteriorare.

Noul material matricial: a dezvoltat o matrice de rășină auto-vindecare care eliberează agenți de vindecare prin microcapsule pentru a întârzia propagarea fisurilor.

Proiectarea performanței compresive a întăririi din fibră de sticlă trebuie să ia în considerare în mod cuprinzător raportul de aspect, anisotropia materială și efectele de cuplare ale modurilor de eșec. Prin analiză rafinată și design inovator, potențialul său de aplicare în scenarii de cerere ridicată, cum ar fi inginerie marină și structuri seismice poate fi extins semnificativ.