Напряжения в композитной строительной арматуре, обусловленные различиями коэффициентов Пуассона

Abstract

Цель работы – расчетная оценка напряжений в элементах композитной строительной арматуры, обусловленных различиями коэффициентов Пуассона армирующих волокон и полимерного связующего. Методика исследований основана на разработке микромеханической модели межфазного взаимодействия армирующего волокна и полимерной матрицы в элементарной ячейке, представляющей собой полый полимерный микроцилиндр, в котором в виде соединения с изменяющимся под нагрузкой деформационным натягом расположен волокнистый армирующий наполнитель. Произведена трансформация задачи Ляме к расчетной оценке влияния различий в значениях коэффициентов Пуассона армирующих волокон и полимерной матрицы, а также растягивающих номинальных напряжений и объемного содержания волокон в композитной арматуре на изменение локальных напряжений в армирующих волокнах и полимерной матрице. Получены аналитические зависимости, связывающие параметры локального напряженно-деформированного состояния стенок элементарного цилиндра в окрестностях волокнистого наполнителя с комплексом показателей физико-механических свойств материалов полимерной матрицы и волокнистого наполнителя (модули упругости и коэффициенты Пуассона), а также объемным содержанием наполнителя. В качестве примера произведен расчет этих параметров для широкого диапазона степеней наполнения стеклянным и базальтовым волокном ряда полимерных матриц (эпоксидная и полиэфирная). Показано, что в диапазоне объемного содержания наполнителя 0,5–0,7 контактные давления на границе раздела армирующих волокон с полимерной матрицей составляют от 2 до 6 % от номинальных напряжений растяжения в полимерной матрице в зависимости от сочетания коэффициентов Пуассона волокон и матрицы. При этом окружные растягивающие напряжения в полимерной матрице на границе раздела с волокном составляют от 11,6 до 19,2 % от номинальных осевых напряжений растяжения в полимерной матрице для стеклопластиковой и от 10,6 до 17,1 % – для базальтопластиковой арматуры. Результаты исследований могут быть использованы в научно-исследовательской и учебной деятельности.