Zakaj na stiskalno delovanje ojačitve iz steklenih vlaken zlahka vpliva na razmerje stranic? Kakšni so kritični pogoji za drobljenje in cepljenje škode?

Na stiskalno delovanje ojačitve iz steklenih vlaken zlahka vpliva razmerje stranic, kritični pogoji za drobljenje okvare in razcepljevanje pa so tesno povezani z lastnosti materiala in porazdelitvijo napetosti. Sledi posebna analiza:

1 、 Vplivni mehanizem razmerja stranic pri tlačnih zmogljivostih

Razmerje stranic (λ, opredeljeno kot razmerje efektivne dolžine komponente in najmanjšega polmera vrtenja njegovega preseka) je ključni vpliv na tlačno delovanje ojačitve iz steklenih vlaken, njen mehanizem delovanja pa je naslednji:

Dominantni učinek nestabilnosti

Eulerjeva zaletavanje kritičnega stresa: Ko se razmerje stranic povečuje, se Eulerjeva spopada s kritičnim stresom (σ _cr = π ² e/(λ ²)) se močno zmanjša. Na primer, ko se λ poveča s 40 na 80, se σ _cr zmanjša s približno 125 MPa na 31 MPa (ob predpostavki E = 40 GPa), kar je veliko nižje od tlačne trdnosti steklenih vlaken (običajno 300-500 MPa).

Sprememba načina okvare: kratke palice (λ <50) v glavnem doživljajo okvaro drobljenja, medtem ko dolge palice (λ> 80) zaradi nestabilnosti podvržejo odpovedi. Dejanska nosilnost je le 10% -30% tlačne trdnosti materiala.

Ne enakomernost porazdelitve stresa

Učinek končne omejitve: Pod aksialnim stiskanjem se koncentracija napetosti pojavi na končnem omejenem območju dolge ojačitve, prečna širitev srednjega območja pa ovira zaradi Poissonovega učinka, ki tvori neenakomerno stresno polje.

Gradient zloma vlaken: Zlom vlaken v dolgih palicah sega od konca do sredine, razdalja med površinami zloma pa se zmanjša s povečanjem λ, kar ima za posledico povečano zmanjšanje nosilnosti.

Anizotropijska ojačitev materiala

Šibka bočna zmogljivost: stranska strižna trdnost armature iz steklenih vlaken (približno 30-50 MPa) je le 1/10 osne tlačne trdnosti. Ko se razmerje stranic povečuje, se nasprotje med zahtevami stranske omejitve in materialnimi lastnostmi okrepi.

Pospeševanje vmesnika Debonding: Vmesnik, ki se razbije med vlakni in matrico v dolgih palicah, se širi od lokalnega na celotno na splošno, kar zmanjšuje celotno stiskalno togost.

2 、 Kritični pogoji za drobljenje in okvaro razdeljevanja

1. drobljenje okvare

Sprožilni mehanizem: Pojavi se, ko osna tlačna napetost presega mejo mikrostrukturnega ležaja steklenih vlaken.

Kritični pogoj:

Stanje napetosti: σ _ Aksialni ≥ σ _ tlačni sev (300-500 MPa).

Destruktivne značilnosti: drobljenje snopa vlaken, matrična fragmentacija, s 45 ° strižno zdrsno ravnino v preseku, ki jo spremlja intenziven hrup.

Omejitev razmerja vitkosti: običajno se pojavi v kratkih palicah z λ <50, kjer je mogoče učinek nestabilnosti prezreti.

2. Razdelitev okvare

Sprožilni mehanizem: Pojavi se, ko bočni natezni napetost presega trdnost vezi v vmesniške moči vlakna ali natezna trdnost materiala.

Kritični pogoj:

Stanje napetosti: σ _Transverse ≥ σ _tensile_strend (50-100 MPa) ali τ _interface ≥ τ _ond_strend (10-20 MPa).

Značilnosti poškodb: Več vzporednih razpok se ustvari vzdolž osne smeri, z 'glavnikom, kot je ' prerez in ga spremlja matrična luščenje.

Območje občutljivosti razmerja stranic: Ko je 50 <λ <80, se verjetnost delitve okvare znatno poveča zaradi učinka sklopa nestabilnosti in bočnih omejitev.

3 、 merila za prepoznavanje uničevalnih načinov

Na podlagi razmerja stranic λ in materialnih parametrov učinkovitosti se lahko vzpostavijo merila diskriminacije načina okvare:

Merila za prepoznavanje uničevalnih načinov

Drobljenje in uničenje λ ≤ λ _cr1 (približno 50) in σ _ AXIAL ≥ σ _ComPresive_Scend

Neuspeh z delitvijo: λ _cr1 <λ ≤λ _cr2 (približno 80) in σ _transverse ≥ σ _tensile_strend ali τ _interface ≥ τ _ond_strend

Odpoved sponka λ> λ _cr2 in σ _ aksialna <σ _cr (Eulerski kritični stres)

4 、 Predlogi za inženirsko aplikacijo

Kratka zasnova okrepitve (λ ≤ 50):

Ključni nadzor tlačne trdnosti materiala z uporabo matrike z visoko modulsko smolo (E ≥ 50 GPa) za izboljšanje sposobnosti proti nestabilnosti.

Priporočite premer prereza ≥ 20 mm, da se izognete lokalnemu drobljenju.

Oblikovanje srednje dolžine (50 <λ≤ 80):

Tako tlačna trdnost kot bočno zadrževalno delovanje je treba preveriti hkrati. Priporočljivo je, da uporabite ojačitev navitja ogljikovih vlaken ali obdelavo površinskega peskanja.

Najmanjša debelina zaščitne plasti je ≥ 2,5 -krat večja od premera armaturnega materiala, da se prepreči cepljenje in širitev.

Dolgo ojačitveno zasnovo (λ> 80):

Opraviti je treba preverjanje stabilnosti ali pa je treba uporabiti sestavljeno konstrukcijo omejene ojačitve iz jeklene cevi.

Omejite razmerje stranic na λ ≤ 100, da se izognete prevladujoči odpovedi Eulerja.

5 、 Raziskovalne meje

Simulacija z Multiskalom: Z uporabo molekularnega dinamičnega modela končnih elementov razkrijte konkurenčni mehanizem med zlomom vlaken in medfaznim debondingom.

Inteligentno spremljanje: Razviti sistem za spremljanje napetosti, ki temelji na vlakni Bragg Gragg, da se v realnem času opozori na zgodnje znake cepitve in škode.

Nov matrični material: razvil samozdravljivo matrico smole, ki sprošča zdravilna sredstva skozi mikrokapsule, da odloži širjenje razpok.

Zasnova tlačne zmogljivosti ojačitve iz steklenih vlaken mora celovito razmisliti o razmerju stranic, materialne anizotropije in učinkov načine odpovedi. Z rafinirano analizo in inovativnim oblikovanjem je mogoče njegov potencial uporabe v scenarijih z velikim povpraševanjem, kot sta pomorski inženiring in potresne strukture, znatno razširiti.