Чому стиснення продуктивності склопластику легко впливає на співвідношення сторін? Які критичні умови для подрібнення та розщеплення пошкоджень?

На продуктивність підсилення склопластику легко впливає на співвідношення сторін, а критичні умови відмови від подрібнення та відмови розщеплення тісно пов'язані з властивостями матеріалів та розподілом стресу. Далі є конкретний аналіз:

1 、 Механізм впливу співвідношення сторін на продуктивність стиску

Співвідношення сторін (λ, визначене як співвідношення ефективної довжини компонента до мінімального радіусу обертання його поперечного перерізу) є ключовим фактором, що впливає на продуктивність стиснення скловолокна, і його механізм дії такий:

Ефект нестабільності домінуючий

Критичне напруження Ейлера Критичне напруження: Зі збільшенням співвідношення сторін, критичне напруження Ейлера (σ _cr = π ² E/(λ ²)) різко зменшується. Наприклад, коли λ збільшується з 40 до 80, σ _cr зменшується з приблизно 125 МПа до 31 МПа (припускаючи, що Е = 40 ГПа), що значно нижче, ніж міцність на стиск скляного волокна (зазвичай 300-500 МПа).

Зміна режиму відмови: короткі смуги (λ <50) в основному відчувають невдачу подрібнення, тоді як довгі смуги (λ> 80) зазнають невдачі вигину через нестабільність. Фактична здатність підшипника становить лише 10% -30% від міцності на стиск матеріалу.

Ненормість розподілу стресу

Ефект кінцевого обмеження: При осьовому стисненні концентрація напруги відбувається в кінцевій області обмеження тривалої арматури, а поперечне розширення середньої області перешкоджає ефекту Пуассона, утворюючи неоднорідне поле стресу.

Градієнт руйнування волокна: перелом волокна в довгих смугах простягається від кінця до середини, а відстань між поверхнями перелому зменшується зі збільшенням λ, що призводить до кроку до зменшення здатності до несучої здатності.

Ампліфікація анізотропії матеріалу

Слабкі бічні показники: міцність бічного зсуву склопластику (приблизно 30-50 МПа) становить лише 1/10 від осьової міцності на стиск. Зі збільшенням співвідношення сторін посилюється протиріччя між вимогами бічних обмежень та матеріальними властивостями.

Прискорення інтерфейсу: Інтерфейс відкладення між волокнами та матрицею в довгих смугах розширюється від локального до загального, зменшуючи загальну жорсткість стиску.

2 、 Критичні умови для подрібнення та розщеплення

1. Похвала подрібнення

Механізм тригера: Він виникає, коли осьовий напруга стискаюча перевищує мікроструктурну межу підшипника скляного волокна.

Критичний стан:

Стан напруги: σ _ осьовий ≥ σ _ стислий штам (300-500 МПа).

Деструктивні особливості: Дроблення пучка волокна, фрагментація матриці, з площиною ковзання на 45 ° в поперечному перерізі, що супроводжується інтенсивним шумом.

Обмеження коефіцієнта стрункості: зазвичай зустрічається в коротких смугах з λ ​​<50, де ефект нестабільності можна ігнорувати.

2. Помилки розщеплення

Механізм тригера: Він виникає, коли напруга бічного розтягування перевищує міцність на зв'язок волоконного матричного інтерфейсу або міцність на розрив матеріалу.

Критичний стан:

Стан напруги: σ _transverse ≥ σ _tensile_strend (50-100 МПа) або τ _інтерфейс ≥ τ _ond_strend (10-20 МПа).

Характеристики пошкоджень: По по осьовому напрямку генеруються декілька паралельних тріщин, з поперечним перерізом ', як ' поперечним перерізом і супроводжується матричним лущенням.

Зона чутливості співвідношення сторін: Коли 50 <λ <80, ймовірність розщеплення відмови значно збільшується через ефект зв'язку нестабільності та бічних обмежень.

3 、 Критерії виявлення руйнівних режимів

На основі співвідношення сторін λ та параметрів продуктивності матеріалу можна встановити критерії дискримінації режиму відмови:

Критерії виявлення руйнівних режимів

Дроблення та руйнування λ ≤ λ _cr1 (приблизно 50) та σ _ осьовий ≥ σ _compressive_strend

Відмова розщеплення: λ _cr1 <λ ≤λ _cr2 (близько 80) та σ _transverse ≥ σ _tensile_strend або τ _інтерфейс ≥ τ _ond_strend

Відмова вигину λ> λ _cr2 і σ ​​_ осьова <σ _cr (критичне напруження Ейлера)

4 、 Пропозиції з інженерним додатком

Коротка конструкція арматури (λ ≤ 50):

Ключове управління міцністю на стиск матеріалу, використовуючи матрицю з високим модулем смоли (E ≥ 50 ГПа) для підвищення здатності проти нестабільності.

Рекомендуйте діаметр поперечного перерізу ≥ 20 мм, щоб уникнути місцевого подрібнення.

Конструкція арматури середньої довжини (50 <λ≤ 80):

Як міцність на стиск, так і бічні показники обмеження потрібно одночасно перевірити. Рекомендується використовувати арматуру з обмотки вуглецю або поверхневу обробку піскоструминної обробки.

Мінімальна товщина захисного шару дорівнює ≥ 2,5 рази більше діаметра арматури для запобігання розщеплення та розширення.

Довга конструкція арматури (λ> 80):

Необхідно проводити перевірку стабільності, або необхідно використовувати композитну конструкцію арматурного склопластику сталевої труби.

Обмежте співвідношення сторін до λ ≤ 100, щоб уникнути домінуючих збоїв Ейлера.

5 、 Дослідницькі кордони

Багатомасштабне моделювання: Використання моделі молекулярної динаміки кінцевих елементів виявити конкурентний механізм між переломом волокна та міжфазним дебондуванням.

Інтелектуальний моніторинг: Розробіть систему моніторингу деформації на основі волоконних речовин, щоб забезпечити попередження в режимі реального часу про ранні ознаки розщеплення та пошкодження.

Новий матричний матеріал: Розроблена матриця самолікування смоли, яка вивільняє цілющі агенти через мікрокапсули, щоб затримати розповсюдження тріщин.

Конструкція стиснення продуктивності склопластикового арматури повинна всебічно розглянути співвідношення сторін, анізотропію матеріалу та ефекти з’єднання режимів відмови. Завдяки вдосконаленому аналізу та інноваційному дизайну, його потенціал застосування у сценаріях високого попиту, таких як морська інженерія та сейсмічні структури, можуть бути значно розширені.