Анализ параметров трещиностойкости на свободной границе в слоистых композитах

Изучено влияние наличия остаточных напряжений в образце углерод-эпоксидного композита, сформировавшихся в процессе его производства, на такие возможные дефекты, как межслоевое расслоение, коробление и появление повреждений в связующем. Исследование посвящено анализу напряженно-деформированного состояния в образцах из материала AS4/8552-1 с укладкой слоев [0°/90°]n вблизи зоны дефекта и на свободном крае в течение цикла отверждения, а также при приложении нагрузки на образец. Также при помощи разработанных моделей анализировалось НДС на свободной кромке композитного материала, рассматривалось разрезание композитной пластины на две части. Для моделирования процесса отверждения решалась связанная тепловая и прочностная задача в условиях плоской деформации. Для описания поведения композитного материала в процессе производства, включая процессы формования, полимеризации, развития остаточных напряжений и деформаций, была разработана и реализована специальная пользовательская подпрограмма для ПО ABAQUS. Для образцов с имеющимся расслоением была исследована история изменения величин интенсивности высвобождения энергии в режимах раскрытия трещины по механизму нормального отрыва и поперечного сдвига в процессе полимеризации и последующего разрезания с образованием свободного края, а также при приложении одноосной разрушающей нагрузки. Также проанализированы параметры трещиностойкости для полимеризованного образца после образования свободной кромки, и при приложении одноосной растягивающей нагрузки. В результате моделирования нагружения композита до разрушения с учетом остаточных напряжений выявлено, что растяжение приводит к продольному растрескиванию матрицы в слоях, где ориентация армирования совпадает с направлением приложения нагрузки. В то же время при игнорировании остаточных напряжений появление таких дефектов не наблюдается. В исследовании показано, что остаточные напряжения влияют как на прочность материала, так и на тип разрушения. В исследовании показано, что остаточные напряжения влияют на прочность композита, характер разрушения, а также величины параметров трещиностойкости.