เหตุใดประสิทธิภาพการบีบอัดของการเสริมแรงไฟเบอร์กลาสจึงได้รับผลกระทบจากอัตราส่วนภาพได้อย่างง่ายดาย? เงื่อนไขที่สำคัญสำหรับการบดขยี้และแยกความเสียหายคืออะไร?

ประสิทธิภาพการบีบอัดของการเสริมแรงไฟเบอร์กลาสได้รับผลกระทบอย่างง่ายดายจากอัตราส่วนภาพและเงื่อนไขที่สำคัญสำหรับการบดขยี้ความล้มเหลวและการแยกความล้มเหลวนั้นเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติของวัสดุและการกระจายความเครียด ต่อไปนี้คือการวิเคราะห์เฉพาะ:

1、 กลไกอิทธิพลของอัตราส่วนภาพต่อประสิทธิภาพการอัด

อัตราส่วนภาพ (λซึ่งกำหนดเป็นอัตราส่วนของความยาวที่มีประสิทธิภาพของส่วนประกอบต่อรัศมีขั้นต่ำของการหมุนของหน้าตัด) เป็นปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการทำงานของแรงอัดของการเสริมแรงไฟเบอร์กลาสและกลไกของการกระทำดังต่อไปนี้:

ผลที่ไม่แน่นอนที่โดดเด่น

ความเครียดที่สำคัญของออยล์ก้น: เมื่ออัตราส่วนเพิ่มขึ้นความเครียดวิกฤตออยเลอร์ (σ _cr = π² e/(λ²)) ลดลงอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่นเมื่อλเพิ่มขึ้นจาก 40 เป็น 80, σ _cr ลดลงจากประมาณ 125 MPa เป็น 31 MPa (สมมติว่า E = 40 GPa) ซึ่งต่ำกว่าความแข็งแรงของเส้นใยแก้ว (ปกติ 300-500 MPa)

การเปลี่ยนแปลงโหมดของความล้มเหลว: แถบสั้น (λ <50) ส่วนใหญ่ประสบความล้มเหลวในการบดขยี้ในขณะที่แถบยาว (λ> 80) ประสบความล้มเหลวในการโก่งตัวเนื่องจากความไม่แน่นอน ความสามารถในการรับแบริ่งที่เกิดขึ้นจริงเพียง 10% -30% ของความแข็งแรงในการอัดของวัสดุ

ไม่สม่ำเสมอของการกระจายความเครียด

เอฟเฟกต์ข้อ จำกัด ด้านปลาย: ภายใต้การบีบอัดตามแนวแกนความเข้มข้นของความเครียดเกิดขึ้นในพื้นที่ จำกัด ท้ายของการเสริมแรงยาวและการขยายตัวตามขวางของพื้นที่กลางถูกขัดขวางเนื่องจากผลของปัวซองทำให้เกิดสนามความเครียดที่ไม่สม่ำเสมอ

การไล่ระดับสีการแตกหักของเส้นใย: การแตกหักของเส้นใยในแท่งยาวขยายจากปลายถึงตรงกลางและระยะห่างระหว่างพื้นผิวการแตกหักลดลงเมื่อเพิ่มขึ้นλส่งผลให้ความสามารถในการลดลงของแบริ่งลดลง

การขยายวัสดุ anisotropy

ประสิทธิภาพด้านข้างที่อ่อนแอ: ความแข็งแรงของแรงเฉือนด้านข้างของการเสริมแรงไฟเบอร์กลาส (ประมาณ 30-50 MPa) เป็นเพียง 1/10 ของกำลังรับแรงอัดตามแนวแกน เมื่ออัตราส่วนเพิ่มขึ้นความขัดแย้งระหว่างข้อกำหนดข้อ จำกัด ด้านข้างและคุณสมบัติของวัสดุทวีความรุนแรงมากขึ้น

อินเตอร์เฟสการเร่งความเร็ว Debonding: อินเตอร์เฟส debonding ระหว่างเส้นใยและเมทริกซ์ในแถบยาวขยายจากท้องถิ่นไปจนถึงโดยรวมลดความแข็งแรงอัดโดยรวม

2、 เงื่อนไขที่สำคัญสำหรับการบดและการแยกความล้มเหลว

1. ความล้มเหลวในการบดขยี้

กลไกทริกเกอร์: มันเกิดขึ้นเมื่อความเครียดจากการบีบอัดตามแนวแกนเกินขีด จำกัด การแบริ่งจุลภาคของเส้นใยแก้ว

เงื่อนไขวิกฤต:

สถานะความเครียด: σ _ Axial ≥σ _ สายพันธุ์อัด (300-500 MPa)

คุณสมบัติการทำลายล้าง: การบดขยี้ไฟเบอร์การกระจายตัวของเมทริกซ์ด้วยระนาบลื่นเฉือน 45 °ในหน้าตัดพร้อมกับเสียงที่รุนแรง

ข้อ จำกัด อัตราส่วนความเรียว: โดยปกติจะเกิดขึ้นในแถบสั้น ๆ ที่มีλ <50 ซึ่งสามารถละเว้นเอฟเฟกต์ความไม่แน่นอนได้

2. การแยกความล้มเหลว

กลไกทริกเกอร์: มันเกิดขึ้นเมื่อความเครียดแรงดึงด้านข้างเกินกว่าเส้นใยเมทริกซ์อินเตอร์เฟสความแข็งแรงของเส้นใยหรือความต้านทานแรงดึงของวัสดุ

เงื่อนไขวิกฤต:

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

ลักษณะความเสียหาย: รอยแตกแบบขนานหลายครั้งถูกสร้างขึ้นตามทิศทางตามแนวแกนโดยมีหวี 'เช่น ' ตัดขวางและมาพร้อมกับเมทริกซ์ปอกเปลือก

อัตราส่วนความไวของอัตราส่วน: เมื่อ 50 <λ <80 ความน่าจะเป็นของการแยกความล้มเหลวเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากผลการมีเพศสัมพันธ์ของความไม่แน่นอนและข้อ จำกัด ด้านข้าง

3、 เกณฑ์สำหรับการระบุโหมดการทำลายล้าง

ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนแง่มุมλและพารามิเตอร์ประสิทธิภาพของวัสดุสามารถกำหนดเกณฑ์การเลือกปฏิบัติของโหมดความล้มเหลวได้:

เกณฑ์สำหรับการระบุโหมดการทำลายล้าง

การบดและการทำลายล้างของλ≤λ _cr1 (ประมาณ 50) และσ _ axial ≥σ _compressive_strend

การแยกความล้มเหลว: λ _cr1 <λ≤λ _cr2 (ประมาณ 80) และσ _transverse ≥σ _tensile_strend หรือτ _interface ≥τ _ond_strend

การโก่งตัวล้มเหลวλ> λ _cr2 และσ _ axial <σ _cr (ความเครียดวิกฤตออยเลอร์)

4、 คำแนะนำการใช้งานทางวิศวกรรม

การออกแบบการเสริมแรงสั้น (λ≤ 50):

การควบคุมคีย์ของความแข็งแรงการอัดของวัสดุโดยใช้เมทริกซ์เรซินโมดูลัสสูง (E ≥ 50 GPa) เพื่อเพิ่มความสามารถในการต่อต้านความไม่แน่นอน

แนะนำเส้นผ่านศูนย์กลางตัดขวางที่≥ 20 มม. เพื่อหลีกเลี่ยงการบดในท้องถิ่น

การออกแบบการเสริมแรงความยาวปานกลาง (50 <λ≤ 80):

ทั้งความแข็งแรงของแรงอัดและประสิทธิภาพการยับยั้งด้านข้างจำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบพร้อมกัน ขอแนะนำให้ใช้การเสริมแรงคาร์บอนไฟเบอร์หรือการรักษาด้วยทราย

ความหนาของชั้นการป้องกันขั้นต่ำคือ≥ 2.5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของวัสดุเสริมแรงเพื่อป้องกันการแยกและการขยายตัว

การออกแบบการเสริมแรงแบบยาว (λ> 80):

จะต้องดำเนินการตรวจสอบความเสถียรหรือโครงสร้างคอมโพสิตของท่อเหล็กที่ จำกัด การเสริมแรงไฟเบอร์กลาสที่ จำกัด

จำกัด อัตราส่วนภาพเป็นλ≤ 100 เพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวที่โดดเด่นของออยเลอร์

5、 การวิจัยพรมแดน

การจำลองแบบ Multiscale: การใช้แบบจำลองการมีเพศสัมพันธ์ของโมเลกุลแบบไดนามิกที่มีการมีเพศสัมพันธ์เผยให้เห็นกลไกการแข่งขันระหว่างการแตกหักของเส้นใยและ debonding อินเตอร์เซียล

การตรวจสอบอัจฉริยะ: พัฒนาระบบตรวจสอบความเครียดตามไฟเบอร์แบรกก์เพื่อให้คำเตือนแบบเรียลไทม์ของสัญญาณเริ่มต้นของการแยกและความเสียหาย

วัสดุเมทริกซ์ใหม่: พัฒนาเมทริกซ์เรซินที่รักษาตัวเองซึ่งปล่อยสารรักษาผ่านไมโครแคปซูลเพื่อชะลอการแพร่กระจายการแตก

การออกแบบประสิทธิภาพการบีบอัดของการเสริมแรงไฟเบอร์กลาสจำเป็นต้องพิจารณาอัตราส่วนอสังหาริมทรัพย์อย่างครอบคลุมวัสดุ anisotropy และผลกระทบการมีเพศสัมพันธ์ของโหมดความล้มเหลว ผ่านการวิเคราะห์ที่ละเอียดอ่อนและการออกแบบที่เป็นนวัตกรรมศักยภาพการประยุกต์ใช้ในสถานการณ์ความต้องการสูงเช่นวิศวกรรมทางทะเลและโครงสร้างแผ่นดินไหวสามารถขยายได้อย่างมีนัยสำคัญ