Моделирование процессов деформирования полимерных композиционных материалов на основе тканого препрега при испытаниях на изгиб и межслоевой сдвиг методом короткой балки
Автор: Лаптев Михаил Юрьевич, Адамов Анатолий Арсангалеевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 3 т.8, 2015 года.
Бесплатный доступ
Исследованы закономерности деформирования углепластика на основе тканого препрега с различными схемами армирования при испытаниях на изгиб и межслоевой сдвиг методом короткой балки. Оба вида испытаний основаны на схеме трёхточечного изгиба. Проведен ряд экспериментов для нескольких партий образцов, имеющих разную толщину, при различных отношениях расстояния между опорами к толщине. Для верификации экспериментов выполнен конечно-элементный анализ напряжённо-деформированного состояния образцов. Изучено влияние на эффективные характеристики образца задаваемого модуля упругости монослоя в направлении, перпендикулярном плоскости слоя, и модуля межслоевого сдвига. Затронуты проблемы, связанные с корректным экспериментальным нахождением модулей межслоевого сдвига, обусловленные большой толщиной образцов, сложностью их изготовления, а также особенностями измерения и идентификации деформации при сдвиге. Построены зависимости эффективного модуля упругости при изгибе от фактической толщины монослоя, отношения расстояния между опорами к толщине и от ширины образца. Отмечена необходимость учёта сдвиговых деформаций в схеме трёхточечного изгиба при планировании эксперимента и проведении расчётов. Проверена достоверность определения упругих и прочностных характеристик в зависимости от вида испытаний. Сделаны выводы о значимости тех или иных факторов при моделировании напряжённо-деформированного состояния образцов и при проведении эксперимента.
Трёхточечный изгиб, сдвиг методом короткой балки, композиционные материалы, модуль межслоевого сдвига
Короткий адрес: https://sciup.org/14320771
IDR: 14320771 | УДК: 532.5 | DOI: 10.7242/1999-6691/2015.8.3.22
Modelling of deformation behavior of polymeric woven fabric prepreg-based composite materials in flexure and short beam interlaminar shear testing
The mechanisms of deformation behavior of woven fabric prepreg-based carbon-fiber composites with different reinforcement lay-up schemes are studied. The FEM stress-strain analysis is carried out for specimens in flexure and short beam interlaminar shear testing environments. Both methods are based on a three-point bend model. Theoretical grounds underlying the mechanisms governing the deformation of laminates in bending tests are studied. Tests were performed on specimens having different thickness and with different ratios of the distance between supports to the specimen thickness. The effects of the monolayer properties specified in the model, such as the modulus of elasticity in the z-direction and the interlaminar shear modulus, on the effective characteristics of the material are investigated. The problems of correct experimental determination of the interlaminar shear modulus related to the large thickness of specimens, the difficulty of manufacturing and the peculiarities of measurement and identification of the obtained values of deformation in shear are considered. Flexural modules versus actual monolayer thickness and unsupported lengths versus specimen thickness and width are plotted. The necessity of registration of shear deformation in three-point bend testing for proper design of experiments and execution of calculations is shown. The accuracy and adequacy of the structural and bending characteristics are verified against the testing modes. The results confirm the relevance and validity of any given factor in modeling the stress-strain state of tested specimens.
Список литературы Моделирование процессов деформирования полимерных композиционных материалов на основе тканого препрега при испытаниях на изгиб и межслоевой сдвиг методом короткой балки
- Ричардсон М. Промышленные полимерные композиционные материалы/Под ред. П.Г. Бабаевского. -М.: Химия, 1980. -472 с.
- Тарнопольский Ю.М., Кинцис Т.Я. Методы статических испытаний армированных пластиков. -М.: Химия, 1981. -272 с.
- Comprehensive composite materials/Ed. by A. Kelly, C.H. Zweben. -New York: Elsevier Science, 2000. -810 p.
- Mechanical testing of advanced fibre composites/Ed. by J.M. Hodgkinson. -Woodhead Publishing, Ltd, 2010. -378 p.
- ASTM D 7264/D 7264M -07. Standard test method for flexural properties of polymer matrix composite materials. -11 p.
- ASTM D 2344/D 2344M -13. Standard test method for short-beam strength of polymer matrix composite materials and their laminates. -8 p.
- Щербакова А.О., Сапожников С.Б. Влияние радиуса закругления опор на точность определения межслойного модуля сдвига армированных пластиков из испытаний коротких балок на изгиб//Известия ЧНЦ УрО РАН. -2001. -№ 2. -С. 101-110.
- ASTM D 5379/D 5379M -12. Standard test method for shear properties of composite materials by the V-notched beam method. -13 p.
- Adams D.F., Lewis E.Q. Experimental strain analysis of the Iosipescu shear test specimen//Exp. Mech. -1995. -Vol. 35, no. 4. -P. 352-360.