Численное моделирование процессов разрушения тканевых композитов

Численное моделирование процессов разрушения тканевых композитов

Автор: Димитриенко Юрий Иванович, Сборщиков Сергей Васильевич, Соколов Александр Павлович, Шпакова Юлия Владимировна

Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm

Статья в выпуске: 4 т.6, 2013 года.

Бесплатный доступ

Предложена математическая модель процесса разрушения тканевых композиционных материалов, основанная на использовании метода асимптотического осреднения и конечно-элементного решения локальных задач на ячейках периодичности. В качестве критерия прочности матрицы используется модифицированная модель Писаренко–Лебедева, а критерия прочности армирующих нитей — двухуровневая модель повреждаемости пучка моноволокон. Модель позволяет прогнозировать процесс распространения микроразрушения в ячейке периодичности композита при изменении действующей на композит системы нагрузок. Приведены численные примеры, демонстрирующие возможности разработанной модели при применении ее к численному исследованию процессов микроразрушения тканевых композитов.

Еще

Тканевые композиты, углепластики, микроразрушение, численное моделирование, метод конечных элементов, метод асимптотического осреднения, ячейка периодичности, тензор концентрации напряжений, критерий прочности, повреждаемость

Короткий адрес: https://sciup.org/14320690

IDR: 14320690   |   DOI: 10.7242/1999-6691/2013.6.4.43

Список литературы Численное моделирование процессов разрушения тканевых композитов

  • Тарнопольский Ю.М., Жигун И.Г., Поляков В.А. Пространственно-армированные композиционные материалы: Справочник -М.: Машиностроение, 1987. -224 с.
  • Тканые конструкционные композиты/Под ред. Ц.-В. Чоу и Ф.К. Ко. -М.: Мир, 1991. -432 с.
  • Dimitrienko Yu.I. Modelling of mechanical properties of composite materials at high temperatures. Part 3. Textile composites//Appl. Compos. Mater. -1998. -V. 5, N. 4. -P. 257-272.
  • Димитриенко Ю.И. Механика композиционных материалов при высоких температурах. -М.: Машиностроение, 1997. -368 с.
  • Диксит А., Мали Х.С. Обзор способов моделирования текстильно-тканевых композитов для прогнозирования их механических свойств//Механика композитных материалов. -2013. -Т. 49, № 1. -С. 3-30.
  • Cao J., Akkerman R., Boisse P. et al. Characterization of mechanical behavior of woven fabrics: Experimental methods and benchmark results//Compos. Part A-Appl. S. -2008. -V. 39, N. 6. -P. 1037-1053.
  • 7. Cox B.N., Flanagan G. Handbook of analytical methods for textile composites // NASA Contractor Report 4750. – 1997. – 161 p. (URL: htpp://www.butecom.com/docs/kutuphane/Textile_Composites.pdf).
  • Вильдеман В.Э., Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А. Механика неупругого деформирования и разрушения композиционных материалов. -М.: Наука. Физматлит, 1997. -288 с.
  • Vanaerschot A., Cox B.N., Lomov S.V., Vandepitte D. Mechanical property evaluation of polymer textile composites by multi-scale modelling based on internal geometry variability//Proceedings of ISMA2012-USD2012. -P. 5043-5054. (URL: http://www.isma-isaac.be/publications/PMA_MOD_publications/ISMA2012/isma2012_0747.pdf).
  • Lomov S.V., Verpoest I., Cichosz J. et al. Meso-level textile composites simulations: Open data exchange and scripting//J. Compos. Mater. -2013. -V. 20.
  • Abdiwi F., Harrison P., Koyama I. et al. Characterising and modelling variability of tow orientation in engineering fabrics and textile composites//Compos. Sci. Technol. -2012. -V. 72, N. 9. -P. 1034-1041.
  • Blinzler B.J., Goldberg R.K., Binienda W.K. Macroscale independently homogenized subcells for modeling braided composites//AIAA J. -2012. -V. 50, N. 9. -P. 1873-1884.
  • Nali P., Carrera E. A numerical assessment on two-dimensional failure criteria for composite layered structures//Compos. Part B-Eng. -2012. -V. 43, N. 2. -P. 280-289.
  • Hage Ch.E., Younès R., Aboura Z. et al. Analytical and numerical modeling of mechanical properties of orthogonal 3D CFRP//Compos. Sci. Technol. -2009. -V. 69, N. 1. -P. 111-116.
  • Němeček J., Králík V., Vondřejc J. Micromechanical analysis of heterogeneous structural materials//Cement Concrete Comp. -2013. -V. 36, N. 1. -P. 85-92.
  • Burks B., Middleton J., Kumosa M. Micromechanics modeling of fatigue failure mechanisms in a hybrid polymer matrix composite//Compos. Sci. Technol. -2012. -V. 72, N. 15. -P. 1863-1869.
  • Abe D., Bacarreza O., Aliabadi M.H. Micromechanical modeling for the evaluation of elastic moduli of woven composites//Key Eng. Mat. -2012. -V. 525-526. -P. 73-76.
  • Novák J. Kaczmarczyk Ł., Grassl P. et al. A micromechanics-enhanced finite element formulation for modeling heterogeneous materials//Comput. Method. Appl. M. -2012. -V. 201-204. -P. 53-64.
  • Tran T.D., Kelly D., Prusty B.G. et al. Micromechanical modeling for onset of distortional matrix damage of fiber reinforced composite materials//Compos. Struct. -2012. -V. 94, N. 2. -P. 745-757.
  • Karkkainen R.L., Tzeng J.T. Micromechanical strength modeling and investigation of stitch density effects on 3D orthogonal composites//J. Compos. Mater. -2009. -V. 43, N. 25. -P. 3125-3142.
  • Hettich T., Hund A., Ramm E. Modeling of failure in composites by X-FEM and level sets within a multiscale framework//Comput. Method. Appl. M. -2008. -V. 197, N. 5. -P. 414-424.
  • Buchanan D.L., Gosse J.H., Wollschlager J.A. et al. Micromechanical enhancement of the macroscopic strain state for advanced composite materials//Compos. Sci. Technol. -2009. -V. 69, N. 11-12. -P. 1974-1978.
  • Li L.Y., Wen P.H., Aliabadi M.H. Meshfree modeling and homogenization of 3D orthogonal woven composites//Compos. Sci. Technol. -2011. -V. 71, N. 15. -P. 1777-1788.
  • Ильиных А.В., Вильдеман В.Э. Моделирование структуры и процессов разрушения зернистых композитов//Вычисл. мех. сплош. сред. -2012. -Т. 5, № 4. -С. 443-451.
  • Tashkinov M., Wildemann V., Mikhailova N. Method of successive approximations in stochastic elastic boundary value problem for structurally heterogenous materials//Comp. Mater. Sci. -2012. -V. 52, N. 1. -P. 101-106.
  • Макарова Е.Ю., Соколкин Ю.В., Чекалкин А.А. Структурно-феноменологические модели прогнозирования упругих свойств высокопористых композитов//Вестн. Сам. Гос. техн. ун-та. Сер.: Физ.-мат. науки. -2010. -№ 5(21). -С. 276-279.
  • Бахвалов Н.С., Панасенко Г.П. Осреднение процессов в периодических средах. -М.: Наука, 1984. -352 c.
  • Победря Б.Е. Механика композиционных материалов. -М.: Изд-во МГУ, 1984. -336 с.
  • Санчес-Паленсия Э. Неоднородные среды и теория колебаний. -М.: Мир, 1984. -472 с.
  • Бардзокас Д.И., Зобнин А.И. Математическое моделирование физических процессов в композиционных материалах периодической структуры. -М.: Эдиториал УРСС, 2003. -376 c.
  • Dimitrienko Y.I., Sokolov A.P. Elastic properties of composite materials//Mathematical Models and Computer Simulations. -2010. -V. 2, N. 1. -P. 116-130.
  • Димитриенко Ю.И., Соколов А.П. Разработка автоматизированной технологии вычисления эффективных упругих характеристик композитов методом асимптотического осреднения//Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки. -2008. -№ 2. -С. 56-67.
  • Димитриенко Ю.И., Соколов А.П. Система автоматизированного прогнозирования свойств композиционных материалов//Информационные технологии. -2008. -№ 8. -С. 31-38.
  • Димитриенко Ю.И., Соколов А.П. Многомасштабное моделирование упругих композиционных материалов//Матем. моделирование. -2012. -Т. 24, № 5. -С. 3-20.
  • Димитриенко Ю.И., Дубровина А.Ю., Соколов А.П. Моделирование усталостных характеристик композиционных материалов на основе метода асимптотического осреднения и «химического» критерия длительной прочности//Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки. -2011. -SPEC. -С. 34-49.
  • Димитриенко Ю.И., Соколов А.П. Численное моделирование композиционных материалов с многоуровневой структурой//Известия РАН. Серия физическая. -2011. -Т. 75, № 11. -С. 1549-1554.
  • Димитриенко Ю.И., Морозов А.Н., Соколов А.П., Ничеговский Е.С. Моделирование эффективных пьезоэлектроупругих композиционных материалов//Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки. -2010. -№ 3. -С. 86-96.
  • Димитриенко Ю.И., Ничеговский Е.С. Численное моделирование магнитных свойств композиционных материалов//Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки. -2010. -№ 1. -С. 3-12.
  • Димитриенко Ю.И. Механика сплошной среды: Учебн. пособие. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. -Т. 4. Основы механики твердых сред. -624 с.
  • Писаренко Г.С., Лебедев А.А. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. -Киев: Наукова думка. -1976. -416 с.
  • Димитриенко Ю.И. Механика сплошной среды: Учебн. пособие. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. -Т. 1. Тензорный анализ. -464 с.
  • Димитриенко Ю.И. Нелинейная механика сплошной среды. -М.: Физматлит, 2009. -624 с.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp