Kwa nini utendakazi mbanaji wa uimarishaji wa glasi ya nyuzi huathiriwa kwa urahisi na uwiano wa kipengele? Ni hali gani muhimu za uharibifu wa kusagwa na kugawanyika?

Utendaji wa ukandamizaji wa uimarishaji wa fiberglass huathiriwa kwa urahisi na uwiano wa kipengele, na hali muhimu za kushindwa kwa kuponda na kushindwa kwa kugawanyika zinahusiana kwa karibu na mali ya nyenzo na usambazaji wa dhiki. Ufuatao ni uchambuzi maalum:

1. Utaratibu wa ushawishi wa uwiano wa kipengele kwenye utendakazi wa kubana

Uwiano wa kipengele (λ, unaofafanuliwa kama uwiano wa urefu bora wa sehemu kwa radius ya chini ya mzunguko wa sehemu yake ya msalaba) ni jambo kuu la ushawishi juu ya utendaji wa kushinikiza wa uimarishaji wa fiberglass, na utaratibu wake wa utekelezaji ni kama ifuatavyo.

Athari ya kutokuwa na utulivu inatawala

Euler inapunguza mkazo muhimu: Kadiri uwiano unavyoongezeka, mkazo muhimu wa Euler (σ _cr=π ² E/(λ ²)) hupungua kwa kasi. Kwa mfano, λ inapoongezeka kutoka 40 hadi 80, σ _cr hupungua kutoka MPa 125 hadi 31 MPa (ikizingatiwa E=40 GPa), ambayo ni ya chini sana kuliko nguvu ya kukandamiza ya nyuzi za glasi (kawaida 300-500 MPa).

Mabadiliko ya hali ya kutofaulu: Pau fupi (λ<50) mara nyingi hupatwa na hitilafu ya kuponda, ilhali pau ndefu (λ>80) hushindwa kushikana kwa sababu ya ukosefu wa uthabiti. Uwezo halisi wa kuzaa ni 10% -30% tu ya nguvu ya kukandamiza ya nyenzo.

Kutokuwa na usawa wa usambazaji wa mafadhaiko

Athari ya kikwazo cha mwisho: Chini ya ukandamizaji wa axial, mkusanyiko wa dhiki hutokea katika eneo la kizuizi cha mwisho cha uimarishaji wa muda mrefu, na upanuzi wa transverse wa eneo la kati unazuiwa kutokana na athari ya Poisson, na kutengeneza uwanja usio wa kawaida wa dhiki.

Nyuzi fracture gradient: Nyuzi fracture katika baa ndefu huenea kutoka mwisho hadi katikati, na umbali kati ya nyuso fracture hupungua kwa kuongezeka kwa λ, na kusababisha kupungua kwa kasi kwa uwezo wa kuzaa.

Ukuzaji wa anisotropy ya nyenzo

Utendaji dhaifu wa kando: Nguvu ya mkataji wa kando ya uimarishaji wa glasi ya nyuzi (takriban MPa 30-50) ni 1/10 pekee ya nguvu ya mgandamizo wa axial. Kadiri uwiano unavyoongezeka, ukinzani kati ya mahitaji ya kikwazo cha upande na sifa za nyenzo huongezeka.

Uongezaji kasi wa utenganishaji wa kiolesura: Kiolesura kinachotengana kati ya nyuzi na matriki katika pau refu hupanuka kutoka eneo la karibu hadi la jumla, na hivyo kupunguza ugumu wa mbano wa jumla.

2, Masharti muhimu ya kusagwa na kushindwa kugawanyika

1. Kushindwa Kusagwa

Utaratibu wa kuchochea: Inatokea wakati mkazo wa axial unazidi kikomo cha kuzaa microstructural cha fiber kioo.

Hali muhimu:

Hali ya mkazo: σ _ axial ≥ σ _ mkazo wa kubana (300-500 MPa).

Vipengele vya uharibifu: Kuponda bando la nyuzinyuzi, mgawanyiko wa matrix, na ndege ya kuteleza ya 45 ° katika sehemu ya msalaba, ikiambatana na kelele kali.

Kizuizi cha uwiano wa wembamba: kwa kawaida hutokea katika pau fupi zilizo na λ<50, ambapo athari ya kuyumba inaweza kupuuzwa.

2. Kushindwa Kugawanyika

Utaratibu wa kuamsha: Hutokea wakati mkazo wa nyuma wa mkazo unazidi nguvu ya kuunganisha kiolesura cha matriki au nguvu ya mkazo wa nyenzo.

Hali muhimu:

Hali ya mkazo: σ _transverse ≥ σ _tensile_strend (50-100 MPa) au τ _interface ≥ τ _ond_strend (MPa 10-20).

Sifa za uharibifu: Nyufa nyingi zinazofanana huzalishwa kwa uelekeo wa axial, na 'sega kama' ya sehemu mtambuka na ikiambatana na kumenya matrix.

Eneo la unyeti la uwiano wa kipengele: Wakati 50<λ<80, uwezekano wa kushindwa kugawanyika huongezeka kwa kiasi kikubwa kutokana na athari ya kuunganisha ya ukosefu wa uthabiti na vikwazo vya kando.

3, Vigezo vya kutambua njia za uharibifu

Kulingana na uwiano wa kipengele λ na vigezo vya utendaji wa nyenzo, vigezo vya ubaguzi wa hali ya kushindwa vinaweza kuanzishwa:

Vigezo vya kutambua njia za uharibifu

Kusagwa na uharibifu wa λ ≤ λ _cr1 (takriban 50) na σ _ axial ≥ σ _compressive_strend

Kushindwa kugawanya: λ _cr1< λ ≤λ _cr2 (takriban 80) na σ _transverse ≥ σ _tensile_strend au τ _interface ≥ τ _ond_strend

Kushindwa kwa kufunga buckling λ>λ _cr2 na σ _ axial<σ _cr (Mkazo muhimu wa Euler)

4, Mapendekezo ya maombi ya uhandisi

Muundo mfupi wa uimarishaji (λ ≤ 50):

Udhibiti muhimu wa nguvu ya mgandamizo wa nyenzo, kwa kutumia matrix ya resini ya moduli ya juu (E ≥ 50 GPa) ili kuongeza uwezo wa kupambana na kuyumba.

Pendekeza kipenyo cha sehemu ya ≥ 20 mm ili kuepuka kusagwa kwa ndani.

Muundo wa uimarishaji wa urefu wa wastani (50<λ≤ 80):

Nguvu mbanaji na utendakazi wa kuzuia kando zinahitaji kuthibitishwa kwa wakati mmoja. Inashauriwa kutumia uimarishaji wa vilima vya kaboni au matibabu ya uso wa mchanga.

Unene wa chini wa safu ya kinga ni ≥ mara 2.5 ya kipenyo cha nyenzo za kuimarisha ili kuzuia kugawanyika na upanuzi.

Muundo wa uimarishaji wa muda mrefu (λ>80):

Uthibitishaji wa uthabiti lazima ufanyike, au muundo wa mchanganyiko wa uimarishaji wa bomba la chuma uliozuiliwa lazima utumike.

Weka kikomo uwiano hadi λ ≤ 100 ili kuepuka kushindwa kwa Euler kuu.

5. Mipaka ya Utafiti

Uigaji wa mizani mingi: Kwa kutumia muundo wa uunganishaji wa kipengele cha mienendo ya molekuli, onyesha utaratibu wa ushindani kati ya kuvunjika kwa nyuzi na utengano kati ya uso.

Ufuatiliaji wa akili: Tengeneza mfumo wa ufuatiliaji wa matatizo kulingana na fiber Bragg gratings ili kutoa onyo la wakati halisi la dalili za mapema za kugawanyika na uharibifu.

Nyenzo mpya ya matriki: Imetengeneza matriki ya resini ya kujiponya ambayo hutoa mawakala wa uponyaji kupitia kapsuli ndogo ili kuchelewesha uenezi wa nyufa.

Muundo mbana wa utendakazi wa uimarishaji wa glasi ya nyuzi unahitaji kuzingatia kwa kina uwiano wa kipengele, anisotropy ya nyenzo, na athari za kuunganisha za hali za kushindwa. Kupitia uchanganuzi ulioboreshwa na muundo wa kiubunifu, uwezo wake wa utumiaji katika hali za mahitaji makubwa kama vile uhandisi wa baharini na miundo ya mitetemo unaweza kupanuliwa kwa kiasi kikubwa.