Prečo je kompresívny výkon zosilnenia zo sklenených vlákien ľahko ovplyvnený pomerom strán? Aké sú kritické podmienky poškodenia drvenia a štiepenia?

Tlakový výkon zosilnenia zo sklenených vlákien je ľahko ovplyvnený pomerom strán a kritické podmienky pri zlyhaní drvenia a zlyhania rozdelenia úzko súvisia s vlastnosťami materiálu a distribúciou napätia. Nasleduje špecifická analýza:

1 、 Mechanizmus vplyvu pomeru strán na kompresný výkon

Pomer strán (A, definovaný ako pomer efektívnej dĺžky komponentu k minimálnemu polomeru rotácie jej prierezu) je kľúčovým faktorom ovplyvňujúcim tlakový výkon zosilnenia sklenených vlákien a jeho mechanizmus pôsobenia je nasledujúci:

Dominantný efekt nestability

Euler vzpery Kritické napätie: S zvyšujúcim sa pomerom strán, Euler vzpery kritické napätie (σ _cr = π ² e/(λ ²)) prudko klesá. Napríklad, keď sa A zvýši zo 40 na 80, σ _Cr klesá z približne 125 MPa na 31 MPa (za predpokladu E = 40 GPA), čo je oveľa nižšia ako pevnosť v tlaku skleneného vlákna (zvyčajne 300-500 MPa).

Zmena zlyhania režimu: Krátke stĺpce (λ <50) zažívajú hlavne zlyhanie drvenia, zatiaľ čo dlhé stĺpce (λ> 80) podliehajú zlyhaniu vzpery v dôsledku nestability. Skutočná kapacita ložiska je iba 10% -30% pevnosti v tlaku materiálu.

Neformnosť distribúcie stresu

Účinok konečného obmedzenia: Pri axiálnom kompresii sa koncentrácia napätia vyskytuje v oblasti koncového obmedzenia dlhej výstuže a priečna expanzia strednej oblasti sa bráni v dôsledku Poissonovho účinku, čím sa vytvára nejednotné pole napätia.

Gradient zlomenín vlákien: Zlomenie vlákien v dlhých stĺpcoch sa siaha od konca do stredu a vzdialenosť medzi povrchmi zlomenín klesá so zvyšujúcim sa A, čo vedie k stupňovanému zníženiu kapacity ložiska.

Zosilnenie materiálu

Slabý bočný výkon: Bočná šmyková pevnosť zosilnenia zo sklenených vlákien (asi 30-50 MPa) je iba 1/10 pevnosti axiálneho tlaku. Keď sa pomer strán zvyšuje, rozpor medzi požiadavkami bočných obmedzení a vlastnosťami materiálu sa zintenzívňuje.

Zrýchlenie rozlúčenia: Rozhranie rozhrania medzi vláknami a maticou v dlhých stĺpcoch sa rozširuje z miestnych na celkovo, čím sa znižuje celková stuhnutosť v tlaku.

2 、 Kritické podmienky pre rozdrvenie a zlyhanie štiepenia

1. Zlyhanie drvenia

Spúšťací mechanizmus: Vyskytuje sa, keď axiálne tlakové napätie prekročí mikroštrukturálny limit ložiska skleneného vlákna.

Kritický stav:

Stav napätia: σ _ axiálny ≥ σ _ tlakový kmeň (300-500 MPa).

Deštruktívne vlastnosti: drvenie zväzku vlákien, fragmentácia matrice, so 45 ° šmykovou šmykovou rovinou v priereze, sprevádzaná intenzívnym hlukom.

Obmedzenie pomeru štíhlosti: Zvyčajne sa vyskytuje v krátkych stĺpcoch s λ <50, kde je možné ignorovať efekt nestability.

2. Zlyhanie rozdelenia

Spúšťací mechanizmus: Vyskytuje sa, keď bočné ťahové napätie presahuje pevnosť väzby rozhrania vlákna alebo pevnosť v ťahu materiálu.

Kritický stav:

Stav napätia: σ _transverse ≥ σ _tensile_strend (50-100 MPa) alebo τ _interface ≥ τ _ond_strend (10-20 MPa).

Charakteristiky poškodenia: Pozdĺž axiálneho smeru sa generuje viac paralelných prasklín s prierezom „hrebeň ako “ a sprevádzaný maticovým odlupovaním.

Citovacia zóna pomeru strán: Keď 50 <λ <80, pravdepodobnosť zlyhania rozdelenia sa významne zvyšuje v dôsledku spojenia účinku nestability a bočných obmedzení.

3 、 Kritériá na identifikáciu deštruktívnych režimov

Na základe pomeru pomeru strán a parametrov výkonu materiálu je možné stanoviť kritériá diskriminácie režimu zlyhania:

Kritériá na identifikáciu deštruktívnych režimov

Drvenie a deštrukcia λ ≤ λ _cr1 (približne 50) a σ _ axiálne ≥ σ _compressive_strend

Zlyhanie rozdelenia: λ _cr1 <λ ≤λ _cr2 (asi 80) a σ _transverse ≥ σ _tensile_strend alebo τ _interface ≥ τ _ond_strend

Zlyhanie vzpery λ> λ _cr2 a σ _ axiálne <σ _cr (Euler Critical Stren)

4 、 Návrhy inžinierskej aplikácie

Krátky konštrukcia posilnenia (λ ≤ 50):

Kľúčové riadenie materiálovej pevnosti v tlaku s použitím vysokej modulovej živice matrice (E ≥ 50 GPA) na zvýšenie schopnosti anti nestability.

Odporúčame prierezový priemer ≥ 20 mm, aby ste zabránili miestnemu drveniu.

Konštrukcia posilnenia strednej dĺžky (50 <λ< 80):

Súčasne je potrebné overiť silu v tlaku aj bočné obmedzenia. Odporúča sa použiť výstuž vinutia uhlíkových vlákien alebo ošetrenie povrchom pieskovania.

Minimálna hrúbka ochrannej vrstvy je ≥ 2,5 -násobok priemeru výstužného materiálu, aby sa zabránilo štiepeniu a expanzii.

Dizajn dlhej posilnenia (λ> 80):

Musí sa vykonať overenie stability alebo sa musí použiť kompozitná štruktúra oceľovej rúrkovej výstuže zo sklenených vlákien.

Obmedzte pomer strán na λ ≤ 100, aby ste predišli zlyhaniu Eulerovej vzpery.

5 、 Hranice výskumu

Multiscale Simulation: Použitie modelu spojenia s konečným prvkom molekulárnej dynamiky odhaľujú konkurenčný mechanizmus medzi zlomeninou vlákien a medzifázovým demontážom.

Inteligentné monitorovanie: Vypracujte systém monitorovania kmeňa založený na mriežkách Fiber Bragg, ktorý poskytuje varovanie v reálnom čase pred skorými príznakmi štiepenia a poškodenia.

Nový matricový materiál: Vyvinula samoliečujúcu živicovú maticu, ktorá uvoľňuje liečivé látky prostredníctvom mikrokapsúl, aby sa oneskorila šírenie trhlín.

Dizajn kompresného výkonu zosilnenia zo sklenených vlákien musí komplexne zvážiť pomer strán, anizotropiu materiálu a spojenie režimov zlyhania. Prostredníctvom rafinovanej analýzy a inovatívneho dizajnu je možné výrazne rozšíriť jej aplikačný potenciál v scenároch s vysokým dopytom, ako je morské inžinierstvo a seizmické štruktúry.