เหตุใดประสิทธิภาพการรับแรงอัดของการเสริมแรงด้วยไฟเบอร์กลาสจึงได้รับผลกระทบจากอัตราส่วนภาพได้ง่าย เงื่อนไขสำคัญในการบดและแยกความเสียหายคืออะไร?

ประสิทธิภาพการรับแรงอัดของการเสริมแรงด้วยไฟเบอร์กลาสจะได้รับผลกระทบได้ง่ายจากอัตราส่วนกว้างยาว และเงื่อนไขที่สำคัญสำหรับความล้มเหลวในการบดและความล้มเหลวในการแยกนั้นมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติของวัสดุและการกระจายความเค้น ต่อไปนี้เป็นการวิเคราะห์เฉพาะ:

1、 กลไกที่มีอิทธิพลต่ออัตราส่วนภาพต่อประสิทธิภาพการบีบอัด

อัตราส่วนกว้างยาว (γ ซึ่งกำหนดเป็นอัตราส่วนของความยาวประสิทธิผลของส่วนประกอบต่อรัศมีการหมุนขั้นต่ำของหน้าตัด) เป็นปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพการรับแรงอัดของการเสริมแรงด้วยไฟเบอร์กลาส และกลไกการออกฤทธิ์มีดังนี้:

ความไม่มีเสถียรภาพมีผลเหนือกว่า

ความเค้นวิกฤตของการโก่งงอของออยเลอร์: เมื่ออัตราส่วนภาพเพิ่มขึ้น ความเค้นวิกฤตของการโก่งงอของออยเลอร์ (σ _cr=π ² E/(แล ²)) จะลดลงอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น เมื่อ γ เพิ่มขึ้นจาก 40 เป็น 80 σ _cr จะลดลงจากประมาณ 125 MPa เป็น 31 MPa (สมมติว่า E=40 GPa) ซึ่งต่ำกว่ากำลังรับแรงอัดของใยแก้วมาก (ปกติคือ 300-500 MPa)

ความล้มเหลวในการเปลี่ยนโหมด: แท่งแบบสั้น (แล <50) ส่วนใหญ่ประสบความล้มเหลวในการบด ในขณะที่แท่งยาว (แลม>80) ประสบความล้มเหลวในการโก่งเนื่องจากความไม่เสถียร ความสามารถในการรับน้ำหนักจริงเพียง 10% -30% ของกำลังรับแรงอัดของวัสดุ

การกระจายความเครียดไม่สม่ำเสมอ

ผลกระทบจากข้อจำกัดด้านท้าย: ภายใต้แรงอัดตามแนวแกน ความเข้มข้นของความเค้นจะเกิดขึ้นในพื้นที่ข้อจำกัดด้านท้ายของการเสริมแรงที่ยาว และการขยายตัวตามขวางของพื้นที่ตรงกลางจะถูกขัดขวางเนื่องจากผลกระทบของปัวซอง ทำให้เกิดสนามความเค้นที่ไม่สม่ำเสมอ

การไล่ระดับการแตกหักของไฟเบอร์: การแตกหักของไฟเบอร์ในแท่งยาวขยายจากปลายไปจนถึงตรงกลาง และระยะห่างระหว่างพื้นผิวที่แตกหักจะลดลงเมื่อเพิ่ม แลง ส่งผลให้ความจุแบริ่งลดลงทีละขั้น

การขยายแบบแอนไอโซโทรปีของวัสดุ

ประสิทธิภาพด้านข้างที่อ่อนแอ: ความต้านทานแรงเฉือนด้านข้างของการเสริมแรงด้วยไฟเบอร์กลาส (ประมาณ 30-50 MPa) มีค่าเพียง 1/10 ของกำลังรับแรงอัดตามแนวแกน เมื่ออัตราส่วนกว้างยาวเพิ่มขึ้น ความขัดแย้งระหว่างข้อกำหนดข้อจำกัดด้านข้างและคุณสมบัติของวัสดุก็ทวีความรุนแรงมากขึ้น

การเร่งความเร็วในการลดพันธะของส่วนต่อประสาน: ส่วนต่อประสานระหว่างการแยกตัวของเส้นใยและเมทริกซ์ในแท่งยาวจะขยายจากจุดเฉพาะไปจนถึงส่วนรวม ซึ่งจะช่วยลดความแข็งของแรงอัดโดยรวม

2、 เงื่อนไขที่สำคัญสำหรับความล้มเหลวในการบดและการแยก

1. ความล้มเหลวในการบด

กลไกทริกเกอร์: เกิดขึ้นเมื่อความเค้นอัดตามแนวแกนเกินขีดจำกัดแบริ่งโครงสร้างจุลภาคของใยแก้ว

สภาพวิกฤติ:

สถานะความเครียด: σ _ ตามแนวแกน ≥ σ _ ความเค้นอัด (300-500 MPa)

คุณสมบัติการทำลายล้าง: การบดมัดไฟเบอร์, การกระจายตัวของเมทริกซ์, ด้วยระนาบสลิปแรงเฉือน 45 ° ในหน้าตัด พร้อมด้วยเสียงรบกวนที่รุนแรง

ข้อจำกัดของอัตราส่วนความเรียว: มักเกิดขึ้นในแท่งสั้นที่มี แล <50 ซึ่งสามารถมองข้ามผลกระทบด้านความไม่เสถียรได้

2. ความล้มเหลวในการแยก

กลไกทริกเกอร์: เกิดขึ้นเมื่อความเค้นดึงด้านข้างเกินความแข็งแรงในการยึดเกาะของส่วนต่อประสานของไฟเบอร์เมทริกซ์หรือความต้านทานแรงดึงของวัสดุ

สภาพวิกฤติ:

สถานะความเครียด: σ _transverse ≥ σ _tensile_strend (50-100 MPa) หรือ τ _interface ≥ τ _ond_strend (10-20 MPa)

ลักษณะความเสียหาย: รอยแตกหลายรอยขนานกันถูกสร้างขึ้นตามแนวแกน โดยมีหน้าตัด 'คล้ายหวี' และมีการลอกของเมทริกซ์ร่วมด้วย

โซนความไวของอัตราส่วนภาพ: เมื่อ 50<แลม<80 ความน่าจะเป็นของความล้มเหลวในการแยกจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก เนื่องจากผลกระทบของความไม่เสถียรและข้อจำกัดด้านข้าง

3、 เกณฑ์สำหรับการระบุโหมดการทำลายล้าง

ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนกว้างยาว แล และพารามิเตอร์ประสิทธิภาพของวัสดุ เกณฑ์การแบ่งแยกโหมดความล้มเหลวสามารถกำหนดได้:

เกณฑ์ในการระบุโหมดการทำลายล้าง

การบดและการทำลาย แลมบ์ดา ≤ แลมบ์ดา _cr1 (ประมาณ 50) และ ซิก _ แกน ≥ ซิ _compressive_strend

ความล้มเหลวในการแยก: แล _cr1<แลม ≤แล _cr2 (ประมาณ 80) และ σ _transverse ≥ σ _tensile_strend หรือ τ _interface ≥ τ _ond_strend

ความล้มเหลวในการโก่งงอ λ>แล _cr2 และ σ _ แกน<σ _cr (ความเค้นวิกฤติของออยเลอร์)

4、 คำแนะนำการใช้งานด้านวิศวกรรม

การออกแบบการเสริมแรงแบบสั้น (γ ≤ 50):

การควบคุมที่สำคัญของกำลังรับแรงอัดของวัสดุ โดยใช้เมทริกซ์เรซินโมดูลัสสูง (E ≥ 50 GPa) เพื่อเพิ่มความสามารถในการป้องกันความไม่เสถียร

แนะนำให้ใช้เส้นผ่านศูนย์กลางหน้าตัด ≥ 20 มม. เพื่อหลีกเลี่ยงการกระแทกเฉพาะที่

การออกแบบการเสริมแรงความยาวปานกลาง (50<แลมบ์ดา 80):

ทั้งกำลังรับแรงอัดและประสิทธิภาพการยึดเหนี่ยวด้านข้างจำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบพร้อมกัน ขอแนะนำให้ใช้การเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์หรือการพ่นทรายที่พื้นผิว

ความหนาของชั้นป้องกันขั้นต่ำคือ ≥ 2.5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของวัสดุเสริมแรงเพื่อป้องกันการแตกตัวและการขยายตัว

การออกแบบการเสริมแรงแบบยาว (γ>80):

ต้องมีการตรวจสอบความเสถียร หรือต้องใช้โครงสร้างคอมโพสิตของการเสริมแรงไฟเบอร์กลาสที่มีข้อจำกัดของท่อเหล็ก

จำกัดอัตราส่วนภาพไว้ที่ แล ≤ 100 เพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวส่วนใหญ่ของการโก่งงอของออยเลอร์

5、 ขอบเขตการวิจัย

การจำลองแบบหลายสเกล: การใช้แบบจำลองการเชื่อมต่อไฟไนต์เอลิเมนต์โมเลกุลไดนามิกส์ เผยให้เห็นกลไกการแข่งขันระหว่างการแตกหักของเส้นใยและการหลุดออกจากพื้นผิว

การตรวจสอบอัจฉริยะ: พัฒนาระบบการตรวจสอบความเครียดโดยใช้ตะแกรงไฟเบอร์ Bragg เพื่อแจ้งเตือนแบบเรียลไทม์ถึงสัญญาณเริ่มต้นของการแตกหักและความเสียหาย

วัสดุเมทริกซ์ใหม่: พัฒนาเมทริกซ์เรซินที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ซึ่งจะปล่อยสารช่วยรักษาผ่านไมโครแคปซูลเพื่อชะลอการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว

การออกแบบประสิทธิภาพแรงอัดของการเสริมแรงด้วยไฟเบอร์กลาสจำเป็นต้องพิจารณาอัตราส่วนภาพ แอนไอโซโทรปีของวัสดุ และผลกระทบของโหมดความล้มเหลวอย่างครอบคลุม ด้วยการวิเคราะห์ที่ประณีตและการออกแบบที่เป็นนวัตกรรม ทำให้สามารถขยายศักยภาพการใช้งานในสถานการณ์ที่มีความต้องการสูง เช่น วิศวกรรมทางทะเลและโครงสร้างแผ่นดินไหวได้อย่างมาก