Quan điểm: 0 Tác giả: Trình chỉnh sửa trang web xuất bản Thời gian: 2025-06-12 Nguồn gốc: Địa điểm
Hiệu suất nén của gia cố sợi thủy tinh dễ dàng bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ khung hình và các điều kiện nguy kịch để nghiền thất bại và sự cố chia tách có liên quan chặt chẽ đến các đặc tính vật liệu và phân phối ứng suất. Sau đây là một phân tích cụ thể:
1 、 Cơ chế ảnh hưởng của tỷ lệ khung hình đối với hiệu suất nén
Tỷ lệ khung hình (λ, được định nghĩa là tỷ lệ chiều dài hiệu quả của một thành phần với bán kính tối thiểu của mặt cắt ngang của nó) là một yếu tố ảnh hưởng chính đến hiệu suất nén của cốt thép sợi thủy tinh và cơ chế hoạt động của nó như sau:
Hiệu ứng không ổn định chiếm ưu thế
Euler Buckling Stress Stress: Khi tỷ lệ khung hình tăng lên, ứng suất tới hạn của Euler (σ _CR = π ² E/(λ ²)) giảm mạnh. Ví dụ, khi tăng từ 40 lên 80, σ _CR giảm từ khoảng 125 MPa xuống còn 31 MPa (giả sử E = 40 GPa), thấp hơn nhiều so với cường độ nén của sợi thủy tinh (thường là 300-500 MPa).
Chế độ thay đổi thất bại: Các thanh ngắn (λ <50) chủ yếu trải qua thất bại nghiền nát, trong khi các thanh dài (λ> 80) trải qua thất bại oằn do sự không ổn định. Khả năng chịu lực thực tế chỉ là 10% -30% cường độ nén của vật liệu.
Không đồng nhất của phân phối căng thẳng
Hiệu ứng ràng buộc cuối: Dưới nén dọc trục, nồng độ ứng suất xảy ra ở khu vực ràng buộc cuối của cốt thép dài và sự giãn nở ngang của khu vực giữa bị cản trở do hiệu ứng của Poisson, tạo thành một trường ứng suất không đồng nhất.
Độ dốc gãy xương: Gãy sợi trong các thanh dài kéo dài từ đầu đến giữa và khoảng cách giữa các bề mặt gãy giảm khi tăng, dẫn đến giảm khả năng chịu lực.
Vật liệu khuếch đại dị hướng
Hiệu suất bên yếu: Độ bền cắt bên của cốt thép sợi thủy tinh (khoảng 30-50 MPa) chỉ là 1/10 cường độ nén dọc trục. Khi tỷ lệ khung hình tăng lên, mâu thuẫn giữa các yêu cầu ràng buộc bên và tính chất vật chất tăng cường.
Tăng tốc gỡ lỗi giao diện: Giao diện gỡ lỗi giữa các sợi và ma trận trong các thanh dài mở rộng từ cục bộ đến tổng thể, làm giảm độ cứng nén tổng thể.
2 Điều kiện quan trọng để nghiền và chia tách thất bại
1. Thất bại nghiền nát
Cơ chế kích hoạt: Nó xảy ra khi ứng suất nén dọc trục vượt quá giới hạn ổ trục vi mô của sợi thủy tinh.
Tình trạng nguy kịch:
Trạng thái ứng suất: σ _ Axial ≥ _ biến dạng nén (300-500 MPa).
Các tính năng phá hủy: nghiền sợi, phân mảnh ma trận, với mặt phẳng trượt 45 ° trong mặt cắt ngang, kèm theo tiếng ồn dữ dội.
Giới hạn tỷ lệ thanh mảnh: Thường xảy ra trong các thanh ngắn với λ <50, trong đó hiệu ứng không ổn định có thể bị bỏ qua.
2. Tách thất bại
Cơ chế kích hoạt: Nó xảy ra khi ứng suất kéo bên vượt quá cường độ liên kết giao diện ma trận sợi hoặc độ bền kéo vật liệu.
Tình trạng nguy kịch:
Trạng thái căng thẳng: σ _Transverse ≥ _tensile_strend (50-100 MPa) hoặc τ _interface ≥ _ond_strend (10-20 MPa).
Đặc điểm thiệt hại: Nhiều vết nứt song song được tạo ra dọc theo hướng trục, với mặt cắt ngang 'như ' và kèm theo bong tróc ma trận.
Vùng độ nhạy của tỷ lệ khung hình: Khi 50 <λ <80, xác suất phân tách thất bại tăng đáng kể do hiệu ứng khớp nối của sự mất ổn định và các ràng buộc bên.
3 Tiêu chí để xác định các chế độ phá hủy
Dựa trên tỷ lệ khung hình và tham số hiệu suất vật liệu, có thể thiết lập các tiêu chí phân biệt chế độ thất bại:
Tiêu chí xác định các chế độ phá hủy
Đào và phá hủy λ _ _cr1 (xấp xỉ 50) và σ _ Axial
Lỗi chia tách: _ _CR1 <λ _CR2 (khoảng 80) và σ _Transverse
Thất bại oan
4 、 Đề xuất ứng dụng kỹ thuật
Thiết kế cốt thép ngắn (λ ≤ 50):
Kiểm soát chính của cường độ nén vật liệu, sử dụng ma trận nhựa mô đun cao (E ≥ 50 GPa) để tăng cường khả năng chống mất ổn định.
Đề xuất đường kính cắt ngang ≥ 20 mm để tránh nghiền cục bộ.
Thiết kế cốt thép có độ dài trung bình (50 <λ≤ 80):
Cả cường độ nén và hiệu suất hạn chế bên cần được xác minh đồng thời. Nên sử dụng cốt thép cuộn bằng sợi carbon hoặc xử lý phun cát bề mặt.
Độ dày lớp bảo vệ tối thiểu là ≥ 2,5 lần đường kính của vật liệu gia cố để ngăn chặn sự phân tách và mở rộng.
Thiết kế gia cố dài (λ> 80):
Phải xác minh độ ổn định, hoặc cấu trúc tổng hợp của gia cố sợi thủy tinh bị ràng buộc bằng thép.
Giới hạn tỷ lệ khung hình là λ 100 để tránh thất bại vượt trội.
5 、 Biên giới nghiên cứu
Mô phỏng đa biến: Sử dụng mô hình khớp nối phần tử hữu hạn phân tử, tiết lộ cơ chế cạnh tranh giữa gãy sợi và gỡ lỗi liên vùng.
Giám sát thông minh: Phát triển một hệ thống giám sát căng thẳng dựa trên các cách tử Bragg sợi để đưa ra cảnh báo thời gian thực về các dấu hiệu phân tách và thiệt hại sớm.
Vật liệu ma trận mới: đã phát triển một ma trận nhựa tự phục hồi giải phóng các tác nhân chữa bệnh thông qua các viên nang siêu nhỏ để trì hoãn việc lan truyền vết nứt.
Thiết kế hiệu suất nén của cốt thép sợi thủy tinh cần xem xét toàn diện tỷ lệ khung hình, dị hướng vật liệu và hiệu ứng khớp nối của các chế độ thất bại. Thông qua phân tích tinh tế và thiết kế sáng tạo, tiềm năng ứng dụng của nó trong các kịch bản nhu cầu cao như kỹ thuật biển và cấu trúc địa chấn có thể được mở rộng đáng kể.
