Моделирование образования новых материальных поверхностей в процессах адгезионного расслоения композита

Бесплатный доступ

Построена модель адгезионного расслоения композиционного материала. Расслоение рассматривается как термомеханический процесс, в котором напряженное состояние одной из границ адгезионного слоя изменяется до нуля при нарушении связей с соединяемым телом. В результате расслоения прекращается взаимодействие между частью композита, включающей адгезивный слой, и остальным телом. Получена система двух вариационных условий равновесности в скоростях, описывающая докритическое деформирование и процесс расслоения. Осреднение напряженно-деформированного состояния (НДС) адгезионного слоя позволяет избежать сингулярности в тупиковой точке образуемого математического разреза, и продвижение по границам слоя поверхности разрыва не приводит к ее образованию. При решении задачи докритического деформирования выделяется малая δ-поверхность на границе адгезива, где достигнут критерий отслоения. Распределение нагрузки (узловых сил) на δ-поверхности определяется путем повторного решения задачи докритического деформирования с известным из первоначального решения законом движения границы адгезивного слоя. Решается задача при простой разгрузке δ-поверхности тела и сохранении внешней нагрузки, соответствующей началу процесса расслоения. В результате НДС тела в момент начала локальной разгрузки отличается от его состояния по окончании δ-разгрузки. Для линейно-упругого материала проведено сравнение решений задачи в рамках данной модели и предложенной ранее модели когезионного расслоения, в которой предполагается полное разрушение связующего слоя. Установлено существенное различие граничных перемещений основных слоев композита в процессе его разрушения при увеличении поверхности разрыва контакта адгезионного слоя и основного материала.

Еще

Композит, характерный размер, процесс разрушения, простой процесс, вариационное уравнение, метод конечных элементов

Короткий адрес: https://sciup.org/146211710

IDR: 146211710   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2018.1.09

Список литературы Моделирование образования новых материальных поверхностей в процессах адгезионного расслоения композита

  • Morais A.B. de Cohesive zone beam modelling of mixed-mode I-II delamination//Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -2014. -Vol. 64 -P. 124-131 DOI: org/10.1016/j.compositesa.2014.05.004
  • Determination of cohesive parameters for a mixed-mode cohesive zone model/M.J. Lee, T.M. Cho, W.S. Kim, B.C. Lee, J.J. Lee//Int. J. Adhes. Adhes. -2010. -Vol. 30. -No 5. -P. 322-328 DOI: org/10.1016/j.ijadhadh.2009.10.005
  • Morais A.B. de Simplified cohesive zone analysis of mixed-mode I-II delamination in composite beams//Polymer Composites. -2013. -Vol. 34. -No 11. -P. 1901-1911 DOI: 10.1002/pc.22597
  • Hildebrand M. Non-linear analysis and optimization of adhesively bonded single lap joints between fibre-reinforced plastics and metals//Int. J. Adhes. Adhes. -1994. -Vol. 14. -No 4. -P. 261-267 DOI: 10.1016/0143-7496(94)90039-6
  • He X. A review of finite element analysis of adhesively bonded joints//Int. J. Adhes. Adhes. -2011. -Vol. 31. -No 4. -P. 248-264 DOI: 10.1016/j.ijadhadh.2011.01.006
  • Enhanced XFEM for crack deflection in multi-material joints/N. Stein, S. Dölling, K. Chalkiadaki, W. Becker, P. Weißgraeberet//Int. J. Fract. -2017. -Vol. 207. -No 2. -P. 193-210 DOI: org/10.1007/s10704-017-0228-9
  • Effect of adhesive type and thickness on the lap shear strength/L.F.M. Silva da, T.N.S.S. Rodrigues, M.A.V. Figueiredo, M.F.S.F. Moura de, J.A.G. Chousal//J. Adhes. -2006. -Vol. 82. -No 11. -P. 1091-1115 DOI: 10.1080/00218460600948511
  • Modelling adhesive joints with cohesive zone models: effect of the cohesive law shape of the adhesive layer/R.D.S.G. Campilho, M.D. Banea, J.A.B.P. Neto, L.F.M. da Silva//Int. J. Adhes. Adhes. -2013. -Vol. 44. -P. 48-56 DOI: org/10.1016/j.ijadhadh.2013.02.006
  • Bianchi F., Zhang X. A cohesive zone model for predicting delamination suppression in z-pinned laminates//Composites Science and Technique. -2011. -Vol. 71. -No. 16. -P. 1898-1907 DOI: org/10.1016/j.compscitech.2011.09.004
  • Camanho P., Dávila C.G. Mixed-Mode Decohesion Finite Elements for the Simulation of Delamination in Composite Materials. -NASA/TM, 2002. -211737.
  • Remmers J.J.C., Borst R. de Delamination buckling of fibre-metal laminates//Composites Science and Technology -2001. -Vol. 61. -No 15. -P. 2207-2213 DOI: org/10.1016/S0266-3538(01)00114-2
  • A non-local fracture model for composite laminates and numerical simulations by using the FFT method/J. Li, S. Meng, X. Tian, F. Song, C. Jiang//Composites: Part B: Engineering. -2012. -Vol. 43. -No. 3. -P. 961-971. DOI: org/10.1016/j.compositesb.2011.08.055
  • A continuum damage model for composite laminates: Part I -Constitutive model/P. Maimí, P.P. Camanho, J.A. Mayugo, C.G. Dávila//Mechanics of Materials. -2007. -Vol. 39. -No. 10. -P. 897-908 DOI: org/10.1016/j.mechmat.2007.03.005
  • A continuum damage model for composite laminates: Part II -Computational implementation and validation/P. Maimí, P.P. Camanho, J.A. Mayugo, C.G. Dávila//Mechanics of Materials. -2007. -Vol. 39. -No 10. -P. 909-919 DOI: org/10.1016/j.mechmat.2007.03.006
  • Park M., Frey K., Simon L. Modeling and analysis of composite bonded joints//American Journal of Mechanical and Industrial Engineering. -2017. -Vol. 2. -No. 1. -P. 1-7 DOI: 10.11648/j.ajmie.20170201.11
  • A cohesive zone model and scaling analysis for mixed-mode interfacial fracture/S. Jain, S.R. Na, K.M. Liechti, R.T. Bonnecaze//International Journal of Solids and Structures. -2017. -Vol. 129. -P. 167-176 DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2017.09.002
  • Sheinman I., Kardomateas G. Energy release rate and stress intensity factors for delaminated composite laminates//International Journal of Solids and Structures. -1997. -Vol. 34. -No 4. -P. 451-459 DOI: 10.1016/S0020-7683(96)00018-2
  • Felger J., Stein N., Becker W. Mixed-mode fracture in open-hole composite plates of finite-width: An asymptotic coupled stress and energy approach//International Journal of Solids and Structures. -2017. -Vol. 122-123. -P. 14-24 DOI: org/10.1016/j.ijsolstr.2017.05.039
  • Глаголев В.В., Маркин А.А., Фурсаев А.А. Моделирование процесса разделения композита с адгезионным слоем//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2016. -№ 2. -С. 34-44. 2016.2.03 DOI: 10.15593/perm.mech/
  • Морозов Н.Ф., Товстик П.Е., Товстик Т.П. Обобщенная модель Тимошенко-Рейсснера для многослойной пластины//Изв. РАН. МТТ. -2016. -№ 5. -С. 22-35.
  • Морозов Н.Ф., Товстик П.Е. Изгиб двуслойной балки с нежестким контактом между слоями//Прикладная математика и механика. -2011. -Т. 75, № 1. -С. 112-121.
  • Болотин В.В., Новичков Ю.Н. Механика многослойных конструкций. -М.: Машиностроение, 1980. -375 с.
  • ANSYS. User's Guide, Release 11.0. -Pennsylvania, USA: ANSYS Inc, 2006.
  • De Moura MFSF., Gonçalves JPM. Cohesive zone model for high-cycle fatigue of adhesively bonded joints under mode I loading.//International Journal of Solids and Structures. -2014. -Vol. 51. -No. 5. -P. 1123-1131 DOI: org/10.1016/j.ijsolstr.2013.12.009
  • Finite element simulation of single carbon nanotube pull-outs from a cementitious nanocomposite material using an elastic-plastic-damage and cohesive surface models/Rashid K. Abu Al-Rub, Sun-Myung Kim, Khaldoon A. Bani-Hani, Nasser Al-Nuaimi, Ahmed Senouci//Int. J. Theoretical and Applied Multiscale Mechanics. -2014. -Vol. 3. -No 1. -P. 31-57 DOI: 10.1504/IJTAMM.2014.069448
  • Zhang J., Xu W., Yao X.F. Load detection of functionally graded material based on coherent gradient sensing method//Journal of Mechanics. -2016. -P. 1-12 DOI: org/10.1017/jmech.2016.114
  • Mackerle J. Finite element analysis and simulation of adhesive bonding, soldering and brazing-an addendum: a bibliography (1996-2002)//Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. -2002. -Vol. 10. -No. 6. -P. 637-671 DOI: org/10.1088/0965-0393/10/6/304
  • Baldan A. Adhesively-bonded joints and repairs in metallic alloys, polymers and composite materials: Adhesives, adhesion theories and surface pretreatment//Journal of Materials Science. -2004. -Vol. 39. -No. 1. -P. 1-49 DOI: org/10.1023/B:JMSC.0000007726.58758.e4
  • Baldan A. Adhesively-bonded joints in metallic alloys, polymers and composite materials: Mechanical and environmental durability performance//Journal of Materials Science. -2004. -Vol. 39. -No. 15. -P. 4729-4797 DOI: org/10.1023/B:JMSC.0000035317.87118.ab
  • An updated review of adhesively bonded joints in composite materials/S. Budhe, M.D. Banea, S. Barros, L.F.M. Silva//International Journal of Adhesion and Adhesives. -2017. -Vol. 72 -P. 30-42 DOI: org/10.1016/j.ijadhadh.2016.10.010
  • Астапов Н.С., Корнев В.М., Кургузов В.Д. Модель расслоения разномодульного биматериала с трещиной//Физическая мезомеханика. -2016. -Т. 19, № 4. -С. 49-57.
  • Sun C. T., Jih C. J. On strain energy release rates for interfacial cracks in bi-material media//Engineering Fracture Mechanics. -1987. -Vol. 28. -No 1. -P. 13-20. https://doi.org/10.1016/0013-7944(87)90115-9
  • Глаголев В.В., Маркин А.А., Фурсаев А.А. Моделирование образования новых материальных поверхностей в процессах когезионного разрушения композита с адгезионным слоем//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2017. -№ 2. -С. 45-59 DOI: 10.15593/perm.mech/2017.2.03
  • Маркин А.А., Соколова М.Ю. Термомеханика упругопластического деформирования. -М.: Физматлит, 2013. -320 с.
  • Новожилов В.В. О необходимом и достаточном критерии хрупкой прочности//ПММ. -1969. -Т. 33, № 2. -С. 212-222.
Еще
Статья научная