Anglies pluošto audinio stiprumo analizė: nuo laboratorinių duomenų iki inžinerijos praktikos

 

1. Pagrindinės stiprumo charakteristikos
Anglies pluošto audinio stiprumo efektyvumas priklauso nuo žaliavos laipsnio, audimo proceso ir dervų jungimo metodo .. Jo pagrindinius rodiklius galima išmatuoti trijų tipų mechaniniais parametrais:

1. tempimo stiprumas
- Single filament performance: The tensile strength of high modulus carbon fiber single filament reaches 3,000-7,000 MPa, which is 5 times that of steel (steel is about 1,200 MPa), while the density is only 1.75-1.95 g/cm³ (70% lighter than steel).
- Audinio našumas: Paprasto austi anglies pluošto audinio tempimo stiprumas (pvz., T300 laipsnis) yra apie 3500 MPa . Po epoksidinės dervos kietėjimo, kompozicinio laminato stipris gali pasiekti 1, 500-2, 500 MPA .

2. gniuždymo stiprumas
- Anglies pluoštas yra linkęs į mikrobuckling gedimą po gniuždomosios apkrovos, o jo gniuždymo stipris yra maždaug 500-1, 500 MPa, kuris yra žymiai mažesnis nei jo tempimo stiprumas .
- Per trimatę audimo technologiją ar nanodalelių armatūros (pvz., Anglies nanovamzdelių dopingo) gniuždymo stipris gali būti padidintas iki 2200 MPa .

3. lenkiamasis stiprumas
- tipinio anglies pluošto/epoksidinio kompozito lenkimo stiprumas yra 600-1, 200 MPa, o lankstumo modulis yra 70-200 GPA .
- Lyginamieji duomenys: Aliuminio lydinio lenkimo stipris yra apie 500 MPa, o titano lydinio - 800-1, 000 mpa . (2800-1

2. Stiprumo palyginimas su įprastomis medžiagomis
| Medžiagos tipas|Tempimo stiprumas (MPA)|Tankis (g/cm³)|Specifinis stiprumas (MPA · cm³/g) |
| Anglies pluoštas (T800)|5 490|1,80|3,050 |
| Plienas (AISI 4130)|1 200|7.85|153 |
| Aliuminio lydinys (7075)|572|2.81|204 |
| Titano lydinys (ti -6 al -4} v)|1 034|4.43|233 |

>Pastaba: specifinis stiprumas=stiprumas/tankis .. Konkretus anglies pluošto stipris yra 20 kartų didesnis nei plieno ir 13 kartų nuo titano lydinio .

III . Stiprumo pranašumai ir apribojimai faktinėje inžinerijoje
1. naudingi scenarijai
- Lengva struktūra: „Boeing 787“ fiuzeliaže naudojamos anglies pluošto kompozicinės medžiagos, kurios sumažina svorį 20%, tuo pačiu pagerinant struktūrinį stiprumą .
- Atsparumas nuovargiui: Anglies pluošto nuovargio riba gali siekti 70%-80%jo tempimo stiprio (plienas yra tik 30%-50%) .
- Atsparumas korozijai: jūrų aplinkoje anglies pluošto struktūrų tarnavimo laikas yra 5-8 kartų ilgesnis nei metalinių dalių .

2. Naudojimo apribojimai
- Žemas tarpkelinio šlyties stiprumas: vienkrypčio anglies pluošto audinio tarpkartinis šlyties stipris yra tik 30-60 MPA, kurį reikia patobulinti naudojant Z krypties armatūros technologiją .
- Akivaizdi anizotropija: stiprumas 0 laipsnio kryptyje yra daugiau nei 20 kartų didesnė nei 90 laipsnių kryptimi, o plyškio dizainą reikia optimizuoti .
- Aukštos temperatūros efektyvumo skilimas: Kai temperatūra viršija 300 laipsnių, epoksidinės dervos matrica sušvelnėja, o stipris mažėja 50% -80% (keramikinės kompozicinės medžiagos gali atlaikyti 1 500 laipsnių) .

IV . stiprumo stiprinimo technologijos ribos
1. nano modifikavimo technologija
- Pridėjus 0 . 5WT% grafeno, gali padidinti anglies pluošto kompozitų poveikį 40%.
2. hibridinės pluošto sistema
- Anglies pluošto/bazalto pluošto hibridinė pynė, 25% didesnis lenkimo stipris ir 30% mažesnė kaina .
3. intelektuali gamyba
-Naudojant AI varomą automatinį pluošto išdėstymą (AFP), kad pluošto orientacijos paklaida būtų mažesnė arba lygi 0 . 5 laipsnio, gerinant struktūrinį apkrovos efektyvumą 18%.

V . atrankos ir programos rekomendacijos
1. laipsnio pasirinkimas
- Bendroji pramonė: T300 klasė (stiprumas 3500 MPa, kainuoja $ 25-35/kg) .
- Aerospace: T800 klasė (stiprumas 5,490 MPa, kainuoja $ 80-120/kg) .
2. testavimo standartai
- Sekite ASTM D3039 (tempimo) ir ASTM D6641 (Compression), kad galėtumėte patikrinti stiprumą .
3. gedimų prevencija
- Norėdami stebėti struktūrinį pažeidimą realiu laiku, naudokite akustinės emisijos technologiją, o ankstyvas įspėjimo tikslumas yra 95%.