Kompozitinės plokštės elgsenos tyrimai: teorija, modeliavimas ir eksperimentinė analizė

Composite constructions is the most efficient choice in the construction areas, its efficiency is considered to be likewise among the other modern techniques as well. The building slab structure is an optimal solution for profiled steel sheets composition. Composite slab behaviour is investigated in this master work. In order to determine the profiled steel sheet and concrete layers displacement in contact plane is necessary to carry out analytical calculations and experimental study. Composite slab was made using swallow’s tail on profiled steel sheet. Interface shear deformation and deflection were measured during the experiment. The work consists of four parts. The first part provides with an overview of literature related to behaviour of composite steel, i.e. concrete slabs. The second part contains of composite slab analytical calculations. The third part has carried out numerical calculations of finite element program. The fourth part presents the experimental study, its process and the obtained results. Thesis consist of: 66 p.

Pagrindiniai sąvokos ir jų kilmė

Sąsajos sujungimas tarp nevienalyčių metalinių medžiagų gali būti sutvarkytas į tris tipus: fizinį, cheminį ir mechaninį. Van der Waals jėgos, vandeniliniai ryšiai ir kiti fiziniai ryšiai dažniausiai randami polimerinėse kompozicinėse medžiagose. Cheminis sujungimas reiškia dviejų medžiagų sąveiką ir cheminę reakciją tam tikromis proceso sąlygomis, dėl kurių susidaro cheminis ryšys, dažniausiai randamas kompozitinėse metalo medžiagose. Mechaninė sukibimo jėga daugiausia apima trinties jėgą, kurią lemia medžiagos paviršiaus šiurkštumas. Kuo didesnis metalo paviršiaus šiurkštumas kompozitinėse plokštėse, tuo didesnė mechaninė sukibimo jėga. Beveik visos kompozitinės medžiagos turi mechaninę sukibimo jėgą.

Difuzijos, rekristalizacijos ir metalinio ryšio teorijų santrauka

• Difuzijos teorija teigia, kad dvi nevienalytės medžiagos išskirs didžiulę deformacijos šilumą dėl artimo kontakto didelės plastinės deformacijos apdorojimo metu. Palaipsniui kaupiantis deformacijos šilumai, šie deformacijos šilumai paskatins difuziją tarp skirtingų elementų ir taip suformuos metalurginį rišamąjį sluoksnį.
• Rekristalizacijos teorija sako, kad metalinės plokštes sąsajos kontaktinėje srityje heterogeniniai atomai persitvarko, o metalo atomai persirikiuoja, todėl susidaro bendri grūdeliai. Rekristalizavimo teorija yra veiksminga tik karšto metalo lakštų procesui ir negali paaiškinti sukibimo žemoje temperatūroje.
• Metalo ryšio teorija teigia, kad spaudžiant medžiagas, jie artėja ir formuoja metalinius ryšius; energijos teorija nurodo, kad sąsajos atomai turi atitikti tam tikras energijos sąlygas. Tai papildo jungčių teoriją.
• Plonosios plėvelės teorija - plastinės deformacijos metu pažeidžiamas paviršiaus kietėjantis sluoksnis ir oksido sluoksnis, tada išspaudžiamas šviežias metalas; taip pasiekiamas paviršinis sukibimas.
• Mechaninių derinių teorija apima abipusį matrico ir armuojančio korpuso ryšį, kurį lemia trinčiai atspari sistema. Ši plokštė gali atlaikyti tik vieną išilginę apkrovą; mechanizmai yra sudėtingi ir įvairūs.

Diffusijos mechanizmui paaiškinti vartojami netolygų sklaidos modeliai, tokie kaip pirmasis ir antrasis Ficko dėsnis. Atominė teorija išskiria tris difuzijos mechanizmus: tarpo, mainų ir vakansijos difuziją. Temperatūra, slėgis, kristalų struktūra, vidiniai defektai ir cheminė sudėtis turi didelę įtaką difuzijos greičiui.

Privalumai ir klasifikacija

Kompozitinė plokštė yra statybinė medžiaga, sudaryta iš dviejų sluoksnių plokščių, sujungiančių klijų arba užpildo sluoksnį. Ji pasižymi dideliu stiprumu, stabilumu, lengvumu ir atsparumu ugniai. Kompozitinės plokštės gali būti skirstomos į įvairių medžiagų derinius, tokius kaip ALUCOBOND®, ALUCORE® ir kt., įprastai sudarytos iš išorinio apdailos sluoksnio ir vidinės atraminės struktūros. Aplinka ir naudojimo sąlygos labai skiriasi priklausomai nuo derinio.

< tagimg>ALUCOBOND® ir ALUCORE® plokščių aprašymas

ALUCOBOND® ir variantai

• ALUCOBOND® - dviejų aliuminio lakštų su plastikinio ar mineralinio užpildo šerdimi plokštė. Dažyti paviršiai dengti apsaugine plėvele. Tinka fasadams, lėktuvų, automobilių ir pramonės srityse.
• ALUCOBOND® PLUS - dviejų aliuminio lakštų su mineralais užpildyta šerdis; dėmesys - architektūrinei įvairovei, universalumas fasadams, prekybos ir pramonės srityse.
• ALUCOBOND® A2 - nedegios plokštės su mineraline šerdimi, atitinka priešgaisrinius reikalavimus.
• ALUCORE® - korėta aliuminio plokštė, labai lengva ir tvirta, atspari lenkimui; naudojama didelio našumo kontekstuose.

Taikymas naudojimo aplinkoje ir priežiūra

Kompozitinės plokštės turi platų taikymo spektrą: statyba, baldai, transportas, prietaisai, reklaminės lentos ir kt. Pasirinkimas priklauso nuo aplinkos sąlygų - pavyzdžiui, drėgnuose vidaus patalpose verta rinktis atsparias drėgmei plokštes, o korozijai atsparias - toms, kurios intensyviai veikiamos agresyvių aplinkų.

Tinkamas montavimas reikalauja profesionalumo ir naudojamų įrankių. Kompozitinių plokščių kainos skiriasi pagal medžiagas ir kokybę, todėl vartotojai turi įvertinti biudžetą ir projekto reikalavimus. Dėl aplinkos sąlygų reikia pasirinkti plokštes, atitinkančias techninius reikalavimus: ugniai atsparias, atsparias drėgmei ar atsparias dilimui.

Techniniai standartai ir tyrimų kontekstas

Standartai DIN 4102 serijos reglamentuoja statybinių medžiagų atsparumą ugniai, klasifikavimą ir bandymų metodikas. Į šį kontekstą įtraukiami plokščių plokščių ir komponentų degimo savybių tyrimai, degimo įtaiso temperatūros nustatymas ir pan.

Praktiniai tyrimai ir jų proceso etapai

1. Teorinė analizė: apibendrinami literatūros duomenys apie kompozitinių plokščių elgseną, jų sąsajas sujungimo mechanizmais ir difuzijos principais.
2. Analitiniai skaičiavimai: nagrinėjama profiliuotų plokščių ir betono sluoksnių judesiai kontaktinėje plokštumoje.
3. Skaitmeniniai modeliai: atliekami baigtinių elementų skaičiavimai, siekiant nustatyti plokščių elgsenos ypatumus.
4. Eksperimentiniai tyrimai: sužymima interfacijos šlyties deformacija ir deflekcija; tyrimams naudojama plokštė su swallow’s tail jungtimi.

Eksperimentinės dalies tikslas - įvertinti sąsajos paviršiaus šiurkštumo poveikį, plokštės deformacijas ir įrodinėti, kaip šie veiksniai įtakoja bendrą plokštės elgseną laikant apkrovas.

Taikymo pavyzdžiai ir praktiniai patarimai

• Pasirenkant kompozitinę plokštę reikia įvertinti jos taikymo aplinką, klimato sąlygas, kliento poreikius ir biudžetą.
• Norint išvengti įbrėžimų ir degradacijos, plokščių priežiūra turi būti nuosekli: valymas, apsauga nuo saulės ir tt.
• Inžinerijos programose įvertinama, kaip medžiagos savybės derinamos su projekto reikalavimais: atstumo, apkrovų ir įtempio nustatymai.

Medžiagų įvairovė ir rinkai tiekiami produktai

Apskritai aliuminio plokščių sistemos siūlo platų pasirinkimą architektūrinei išvaizdai ir techniniams reikalavimams atitikti. ALUCOBOND® ir ALUCORE® šaržų sistemų asortimentas įtvirtina daugiafunkciškumą fasadų ir vidaus dizaino sprendimuose. Lietuvoje 3A Composites atstovauja įvairias markes, įskaitant ALUCOBOND®, ALUCORE®, A2, Plus ir kt., užtikrinant kokybę ir techninį palaikymą.

tags: #kompozitines #plokstes #elgsenos #tyrimai