Экспериментально-теоретическое исследование механического поведения 3D-композитов при квазистационарном разрушении
Автор: Цепенников М.В., Стром А.А., Повышев И.А., Сметанников О.Ю.
Статья в выпуске: 2, 2016 года.
Бесплатный доступ
В конструкции всех современных самолетов и авиационных двигателей применяются композиционные материалы. Разработка таких материалов является очень трудоёмким, длительным и дорогостоящим процессом ввиду необходимости проведения большого количества экспериментов. Также существуют определенные ограничения, делающие невозможным определение некоторых свойств опытным путем. Для сокращения времени и стоимости разработки таких материалов применяются различные численные методики, такие как построение виртуального прототипа, проведение ряда численных экспериментов и применение различных разновидностей метода рассеянных повреждений. Метод механики рассеянных повреждений (МРП) - это популярный инструмент для моделирования развития повреждений в армированных композитах. Он основан на предположении, что материал с дефектами может быть заменён воображаемым материалом без дефектов, но с пониженным модулем упругости. Таким образом, наличие дефектов отражается только на упругих свойствах материала, и развитие повреждений регистрируется через потерю этих свойств. Для реализации одной из разновидностей данного метода на языке APDL был разработан макрос для пакета ANSYS. Рассматривается методика получения идеализированного виртуального прототипа трехмерно-армированного композиционного материала по результатам томографии. Представлена методика определения эффективных упругих свойств трехмерно-армированного композиционного материала путем проведения ряда численных экспериментов. Метод механики рассеянных повреждений применяется для нахождения параметров прочности. Показаны графики зависимости акустической эмиссии и кривые деформирования образцов при испытании на растяжение и сдвиг. Результаты моделирования сравниваются с полученными экспериментальными данными.
Трехмерно-армированные композиционные материалы, эффективные свойства, разрушение, акустическая эмиссия, метод механики рассеянных повреждений
Короткий адрес: https://sciup.org/146211608
IDR: 146211608 | DOI: 10.15593/perm.mech/2016.2.10
Список литературы Экспериментально-теоретическое исследование механического поведения 3D-композитов при квазистационарном разрушении
- Deformation and progressive failure behavior of woven-fabric-reinforced glass/epoxy composite laminates under tensile loading at cryogenic temperatures/T. Takeda, S. Takano, Y. Shindo, F. Narita//Compos Sci Technol. -2005. -Vol. 65. -P. 1691-1702.
- Tabiei A., Ivanov I. Materially and geometrically non-linear woven composite micro-mechanical model with failure for finite element simulations//Int. J. NonLinear Mech. -2004. -Vol. 39. -P. 175-188.
- A micromechanics model for 3D elasticity and failure of woven-fibre composite materials/D. Scida, Z. Aboura, M.L. Benzeggagh, E. Bocherens//Compos. Sci. Technol. -1999. -Vol. 59. -P. 505-17.
- Zhao LG, Warrier NA, Long AC. Finite element modelling of damage propagation in non-crimp fabric reinforced composites//Compos. Sci. Technol. -2006. -Vol. 66. -P. 36-50.
- Blackketter D.M., Walrath D.E., Hansen A.C. Modeling damage in a plain weave fabricreinforced composite material//J. Compos. Technol. Res. -1993. -Vol. 15. -P. 136-142.
- Nicoletto G, Riva E. Failure mechanisms in twill-weave laminates: FEM predictions vs. experiments//Composites: Part A. -2004. -Vol. 35. -P. 787-795.
- Hierarchical modelling of textile composite materials and structures by the homogenization method/N. Takano, Y. Uetsuji, Y. Kashiwagi, M. Zako//Modell. Simulat. Mater. Sci. Eng. -1999. -Vol. 7. -P. 207-231.
- Hoffman O. The brittle strength of orthotropic material//J. Comp. Mater. -1967. -Vol. 1 (2). -P. 200-206.
- Murakami S, Ohno N. A continuum theory of creep and creep damage. Creep in struct. -Springer-Verlag, 1981. -P. 422-443.
- Murakami S. Mechanical modeling of material damage//J. Appl. Mech. -1988. -Vol. 55. -P. 280.
- Tang X, Whitcomb J. Progressive failure behaviours of 2D woven composites//J. Comp. Mater. -2003. -Vol. 37 (14). -P. 1239-1259.
- Zako M., Uetsuji Y., Kurashiki T. Finite element analysis of damaged woven fabric composite materials//Comp. Sci Technol. -2003. -Vol. 63 (3-4). -P. 507-516.
- Damage initiation and development in triaxial braid and fine structure of damage/D. Ivanov, S.V. Lomov, I. Verpoest, F. Baudry, H. Xie//Proceedings of 12th European conf. on composite materials. -France, Biarritz, 2006, Aug. 29-Sept. 1, CD-edition .
- Lomov S.V., Ivanov D.S., Verpoest I. Meso-FE modelling of 3-axial braided composites//Proceedings of 8th international conference on textile composites. -Nottingham, 2006, October. -P. 16-18.
- Zhao LG, Warrier NA, Long AC. Finite element modelling of damage propagation in non-crimp fabric reinforced composites//Compos. Sci. Technol. -2006. -Vol. 66. -P. 36-50.
- Цепенников М.В., Повышев И.А., Сметанников О.Ю. Численная модель разрушения конструкций из тканых композиционных материалов//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная математика и механика. -2012. -№ 10. -С. 225.
- Цепенников М.В., Сметанников О.Ю., Повышев И.А. Идентификация параметров численной методики расчета разрушения конструкций из композиционных материалов//Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. -2015. -№ 2. -С. 46-53.
- Цепенников М.В., Сметанников О.Ю., Повышев И.А. Численная модель разрушения конструкций из тканых перфорированных композиционных материалов//Механика композиционных материалов и конструкций. -2014. -№ 3. -С. 389-402.
- Chamis CC. Mechanics of composite materials: past, present, and future//J. Compos. Technol. Res. ASTM. -1989. -Vol. 11. -P. 3-14.
- Исследование механизмов разрушения углеродных композиционных материалов на основе механических испытаний с регистрацией сигналов акустической эмиссии/А.И. Шилова, В.Э. Вильдеман, Д.С. Лобанов, Ю.Б. Лямин//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2013. -№ 4. -С. 169-179.
