Fiberglas takviyesinin basınç performansı neden en boy oranından kolayca etkileniyor? Hasarı ezmek ve bölmek için kritik koşullar nelerdir?

Fiberglas takviyesinin basınç performansı en boy oranından kolayca etkilenir ve ezilme arızası ve bölünme arızası için kritik koşullar malzeme özellikleri ve stres dağılımı ile yakından ilişkilidir. Aşağıdakiler belirli bir analizdir:

1 、 Basınçlı performans üzerindeki en boy oranının etki mekanizması

En boy oranı (λ, bir bileşenin etkili uzunluğunun enine kesitinin minimum dönme yarıçapına oranı olarak tanımlanır), fiberglas takviyesinin sıkıştırma performansı üzerinde önemli bir etkileyici faktördür ve etki mekanizması aşağıdaki gibidir:

İstikrarsızlık etkisi baskın

Euler Kritik Stres Kritik Stres: En boy oranı arttıkça, Euler burkulması kritik stres (σ _CR = π ² E/(λ ²)) keskin bir şekilde azalır. Örneğin, λ 40'dan 80'e yükseldiğinde, σ _CR yaklaşık 125 MPa'dan 31 MPa'ya (E = 40 GPa varsayılarak) azalır, bu da cam elyafın sıkıştırma mukavemetinden (genellikle 300-500 MPa) çok daha düşüktür.

Mod Arıza Değişimi: Kısa çubuklar (λ <50) esas olarak ezici başarısızlık yaşarken, uzun çubuklar (λ> 80) kararsızlık nedeniyle burkulma arızasına maruz kalır. Gerçek taşıma kapasitesi, malzemenin basınç dayanımının sadece% 10-30'udur.

Stres dağılımının tekdüzeliği

Son kısıtlama etkisi: Eksenel sıkıştırma altında, uzun takviyenin son kısıtlama alanında stres konsantrasyonu meydana gelir ve orta alanın enine genişlemesi, Poisson'un etkisi nedeniyle homojen olmayan bir stres alanı oluşturur.

Fiber kırığı gradyanı: Uzun çubuklardaki fiber kırığı, sondan ortaya kadar uzanır ve kırılma yüzeyleri arasındaki mesafe λ artan λ ile azalır, bu da taşıma kapasitesinde kademeli bir azalmaya neden olur.

Malzeme anizotropi amplifikasyonu

Zayıf Yanal Performans: Fiberglas takviyesinin (yaklaşık 30-50 MPa) lateral kesme mukavemeti, eksenel basınç mukavemetinin sadece 1/10'udur. En boy oranı arttıkça, lateral kısıtlama gereksinimleri ile malzeme özellikleri arasındaki çelişki yoğunlaşır.

Arayüz Beyanını Çıkarma: Uzun çubuklarda lifler ve matris arasındaki arayüz ayrılması yerelden genel olarak genişler ve genel basınç sertliğini azaltır.

2 、 Arızayı ezmek ve bölmek için kritik koşullar

1. Ezme Arızası

Tetik mekanizması: Eksenel sıkıştırma gerilimi, cam elyafın mikroyapısal yatak sınırını aştığında ortaya çıkar.

Kritik Durum:

Stres Durumu: σ _ Eksenel ≥ σ _ Basınç suşu (300-500 MPa).

Yıkıcı Özellikler: Fiber demet ezme, matris parçalanması, enine kesitte 45 ° kesme kayması düzlemi, yoğun gürültü eşliğinde.

İnce oranı sınırlaması: Genellikle kararsızlık etkisinin göz ardı edilebileceği λ <50 ile kısa çubuklarda meydana gelir.

2. bölünme hatası

Tetik mekanizması: Lateral gerilme gerilimi fiber matris arayüzü bağlama mukavemetini veya malzeme gerilme mukavemetini aştığında ortaya çıkar.

Kritik Durum:

Stres durumu: σ _Transverse ≥ σ _tenile_strend (50-100 MPa) veya τ _interface ≥ τ _ond_strend (10-20 MPa).

Hasar Özellikleri: Eksenel yön boyunca çoklu paralel çatlaklar üretilir, 'tarak gibi ' kesiti ve matris soyma eşliğinde.

Hassasiyet bölgesi en boy oranı: 50 <λ <80 olduğunda, kararsızlık ve lateral kısıtlamaların birleştirme etkisi nedeniyle başarısızlık bölme olasılığı önemli ölçüde artar.

3 、 Yıkıcı modları tanımlamak için kriterler

En boy oranı λ ve malzeme performans parametrelerine dayanarak, arıza modu ayrımcılığı kriterleri belirlenebilir:

Yıkıcı modları tanımlamak için kriterler

Λ ≤ λ _CR1 (yaklaşık 50) ve σ _ eksenel ≥ σ _compression_strend'in ezilmesi ve yok edilmesi

Bölme Arızası: λ _CR1 <λ ≤ λ _CR2 (yaklaşık 80) ve σ _transverse ≥ σ _tensile_strend veya τ _interface ≥ τ q τ q q q q τ

Bükülme hatası λ> λ _cr2 ve σ _ eksenel <σ _cr (Euler Kritik Stres)

4 、 Mühendislik Uygulama Önerileri

Kısa takviye tasarımı (λ ≤ 50):

Anti dengesizlik yeteneğini arttırmak için yüksek modüllü reçine matrisi (E ≥ 50 GPA) kullanılarak malzeme basınç mukavemetinin anahtar kontrolü.

Yerel ezilmeyi önlemek için ≥ 20 mm'lik bir kesit çapı önerin.

Orta uzunlukta takviye tasarımı (50 <λ≤ 80):

Hem basınç dayanımı hem de yanal kısıtlama performansının aynı anda doğrulanması gerekir. Karbon fiber sarma takviyesinin veya yüzey kumlama işleminin kullanılması önerilir.

Minimum koruyucu tabaka kalınlığı, bölünmeyi ve genişlemeyi önlemek için takviye malzemesinin çapının ≥ 2,5 katıdır.

Uzun takviye tasarımı (λ> 80):

Kararlılık doğrulaması yapılmalıdır veya çelik boru kısıtlı fiberglas takviyesinin bileşik bir yapısı kullanılmalıdır.

Euler burkulmasının baskın arızasını önlemek için en boy oranını λ ≤ 100 ile sınırlayın.

5 、 Araştırma Sınırları

Çok ölçekli simülasyon: Moleküler dinamikler sonlu eleman birleştirme modeli kullanarak, fiber kırığı ve arayüzey bozma arasındaki rekabet mekanizmasını ortaya çıkarın.

Akıllı İzleme: Erken bölünme ve hasar belirtileri hakkında gerçek zamanlı uyarı sağlamak için fiber Bragg ızgaralarına dayalı bir gerinim izleme sistemi geliştirin.

Yeni Matris Malzemesi: Çatlak yayılmasını geciktirmek için iyileştirici maddeleri mikrokapsüller aracılığıyla serbest bırakan kendi kendini iyileştiren bir reçine matrisi geliştirdi.

Fiberglas takviyesinin sıkıştırıcı performans tasarımı, en boy oranını, malzeme anizotropisini ve arıza modlarının birleştirme etkilerini kapsamlı bir şekilde dikkate almalıdır. Rafine analiz ve yenilikçi tasarım yoluyla, deniz mühendisliği ve sismik yapılar gibi yüksek talep senaryolarında uygulama potansiyeli önemli ölçüde genişletilebilir.