התנהגות בסיסית חומר מרוכב פולימרי עם סיבים  fu סיב חומר מרוכב c מטריצה mu fu mu 

חומר מרוכב עם מטריצות פולימריות עיקרון פעולה: מטריצה משיכה וחלשה – סיב פריך וחזק תפקיד המטריצה: מעבירה עומס לסיבים מגנה על הסיב מפגעים סביבתיים. התנהגות החומר: הסיבים נושאים ברוב העומס סיבים נקרעים חומר נכשל הסדק המתפתח גורם לכשל החומר המרוכב

חומר מרוכב עם מטריצות קרמיות חומרים קרמיים וצמנטיים – פריכים, יכולת עיבור וצפידות נמוכים (אנרגיה לשבר). מטרה עיקרית לשפר את העיבור וצפידות של החומר אופן פעולה: עיכוב התפתחות הסדק – סדיקה רב שלבית

מנגנון סדיקה מטריצה צמנטית עם סיבים מיד אחרי סדיקה P P סיב מטריצה כל העומס על הסיב, העומס במטריצה =0

סיבים מגשרים את הסדק סיבים מטריצה מה השוני ממטריצה פולימרית?

מנגנון סדיקה רב שלבית א. מיד אחרי סדיקה – כל העומס על הסיב P P מטריצה העומס בסיב מיד אחרי הסדיקה = העומס שהיה על הסיב לפני הסדיקה + העומס שהיה על המטריצה לפני הסדיקה תוספת של עומס על הסיב

מנגנון סדיקה רב שלבית ב. המשך עמיסה קצה הסדק כל העומס על הסיב המטריצה נסדקת שוב P P P  m=0 התפתחות המאמץ במטריצה המאמץ עובר מהסיב למטריצה דרך פן ביניים - אזור המגע המאמץ בסיב קטן ובמטריצה גדל

מתי הסדק הנוסף נוצר? כאשר המאמץ המתפתח במטריצה שווה לחוזקה, mu קצה הסדק כל העומס על הסיב המטריצה נסדקת שוב P P P m m= mu m=0 התפתחות המאמץ במטריצה המאמץ עובר מהסיב למטריצה דרך פן ביניים-אזור המגע

תהליך סדיקה רב שלבית התהליך ממשיך עד שהמטריצה לא יכולה יותר להסדק ג. סוף סדיקה התהליך ממשיך עד שהמטריצה לא יכולה יותר להסדק העומס כולו על הסיבים: הסיבים נשלפים או נקרעים תלוי באורך הקריטי

תהליך סדיקה – חומרים צמנטיים עם סיבים התחלתהתהליך

סוף תהליך העמיסה

תהליך הסדיקה

תכולת סיבים קריטית f Vf +muVm fu Vf > f Vf + muVm ברגע שהמטריצה נסדקת כל העומס שהיה על המטריצה עובר לסיבים (תוספת עומס על הסיבים). האם הסיבים יכולים לשאת בעומס זה?  fu סיב המאמץ בסיבים בנקודה שמיד אחרי הסדיקה f Vf +muVm (mu) f כדי שהסיבים ישאו בעומס זה: (mu) מטריצה fu Vf > f Vf + muVm (mu) mu fu 

משמעות נפח קריטי   Vf < Vf(crit) Vf > Vf(crit)  

משמעות אורך העברת המאמץ x = מרחק העיגון שנדרש כדי לפתח במטריצה מאמץ השווה לחוזקה mu P P כל העומס על הסיב עומס אפס במטריצה x

משמעות התפתחות המאמץ במטריצה כאשר מתפתח במטריצה מאמץ הקטן מחוזקה מרווח בין הסדקים 2x mu x P P כל העומס על הסיב עומס אפס במטריצה 2x

תהליך סדיקה רב שלבית בסוף התהליך יתקבלו סיגמנטים בגודל x עד 2x 2x x סוף סדיקה

חישוב אורך העברת המאמץ, x N= מספר סיבים x = אורך העברת המאמץ  = חוזק הדבקה (מאמץ גזירה) באיזה אורך העברת המאמץ x, המטריצה תסדק? הנחות: העברת המאמץ מהסיב למטריצה בחיכוך חוזק ההדבקה בחיכוך קבוע

אורך העברת המאמץ המרווח בין הסדקים אורך העברת המאמץ מהסיב למטריצה = המרווח בין הסדקים:

המרווח בין הסדקים חוזק ההדבקה גדל המרווח בין הסדקים קטן הדבקה גבוהה העברת המאמץ מהסיב למטריצה הדבקה גבוהה mu הדבקה נמוכה שיפוע תלוי בהדבקה P P קצה הסדק כל העומס על הסיב

גידול בחוזק ההדבקה גורם: מרווח בין הסדקים קטן עובי סדקים קטן (פחות נפתחים) מטרה: הרבה סדקים עם עובי קטן, מתקבל ע"י: הדבקה גבוהה רדיוס סיב קטן בחומרים צמנטיים ההדבקה משפיעה בעיקר על יכולת עיבור וחדירות החומר המרוכב

התנהגות בסיסית חומר מרוכב מטריצה פריכה עם סיבים מודל ACK  התנהגות קווזי – פלסטית, עקב סדיקה fu סיב c חומר מרוכב ג mu ב א מטריצה mu fu cu  ניתן להפריד התנהגות לשלושה שלבים עיקריים

התנהגות החומר המרוכב שלב א' – התנהגות אלסטית – מתנהג לפי חוק התערובות עד לקבלת הסדק הראשון במטריצה (חוזק המטריצה) fu סיב  c= muVm+ fuVf E c= EmuVm+ EfuVf חומר מרוכב mu מטריצה mu fu  המאמץ לסדק ראשון בקירוב חוזק המטריצה

התנהגות בסיסית חומר מרוכב מטריצה פריכה עם סיבים שלב ב' סדיקה רב שלבית – החוזק כמעט קבוע (קרוב לחוזק המטריצה) הסדיקה משפיעה על העיבור  סדיקה רב שלבית mu mu 

התנהגות בסיסית חומר מרוכב מטריצה פריכה עם סיבים שלב ג' פתיחת הסדקים – העומס כולו על הסיבים, הסיבים נשלפים או נקרעים העקום מתנהג בהתאם לתכונות הסיבים (בסיבים רציפים)  fuVf cu EfVf mu mu 

התנהגות במתיחה – בדי PE

Effect of Pressures Glass fabrics (1.7 KPa) (15 KPa) הבד נושא בעומס הבד נושא בעומס

התנהגות חומר מרוכב צמנטי סיבים קצרים PVA שלב סדיקה שליפה שלב אלסטי

העיבור המתקבל באזור הסדיקה המאמץ במטריצה הינו אפס באזור הסדק ומגיע לחוזק המטריצה עם הסדיקה - המאמץ נופל על הסיב כל סדק שנוצר מוסיף מאמץ מקומי לסיב הסיב מתארך – תוספת עיבור תוספת המאמץ בסיב בסדיקה:

תוספת העיבור בסיב תוספת עיבור בסיב: תוספת מאמץ ממוצע לאורך הסיב: לאחר העברה למטריצה עם הסדיקה תוספת מאמץ ממוצע לאורך הסיב: הנחה: מאמצי הגזירה שווים לכל אורך הסיב אורך העברת המאמץ = 2x כל העומס מהסיב עובר למטריצה תוספת עיבור בסיב:

תוספת העיבור בסיב אורך העברת מאמץ 2x

תוספת העיבור בסיב תוספת מאמץ ממוצע לאורך הסיב: לאחר העברה למטריצה עם הסדיקה תוספת מאמץ ממוצע לאורך הסיב: הנחה: מאמצי הגזירה שווים לכל אורך הסיב אורך העברת המאמץ = x חצי מהעומס מהסיב עובר למטריצה אןרך קטן מידי אין העברת מאמץ מלאה, אין עיבור מלא

התנהגות במתיחה חומר מרוכב צמנטי סיבי PP Em = 20 גפ"ס Ef = 4 גפ"ס mu/2 Bentur et al 1990

התנהגות במתיחה חומר מרוכב צמנטי סיבי זכוכית Em = 20 גפ"ס Ef = 70 גפ"ס mu/2 Bentur et al 1990

התנהגות במתיחה חומר מרוכב צמנטי סיבי אסבסט Em = 20 גפ"ס Ef = 164 גפ"ס תכולת סיבים נמוכה פונקציה של רנדומליות הסיבים (לא כולם נושאים בעומס) Bentur et al 1990

השפעת תכונות הסיבים

סוגי בטון משוריין בסיבים סיבים משריין משני – שליטה על סדיקה (בנוסף למוטות זיון) מוסיפים לתערובת הבטון –פחות מ-1% סיבים בנפח סיבים משריין עיקרי (ללא מוטות זיון) – אלמנטים דקים מגוון שיטות ייצור – תכולת סיבים כ-3-5% בנפח

Mechanical Behavior of Fiber Reinforced Concrete (FRC)

התנהגות בכפיפה חומרים מרוכבים - מטריצה צמנטית התנהגות בכפיפה חומרים מרוכבים - מטריצה צמנטית Woven fabric Vf=5.7% Short weft knit fabric Vf=2% Cement matrix Straight yarn Vf=5.7%

שיפור בחוזק – שיטת ייצור

שיפור חוזק – שיטת ייצור PVA fibers Vf=3% Extruded Cast