Моделирование скоростного упрочнения полимерного композитного материала при нагружении вдоль направления армирования

Моделирование скоростного упрочнения полимерного композитного материала при нагружении вдоль направления армирования

Автор: Федулов Б.Н., Константинов А.Ю., Федоренко А.Н., Сергеичев И.В.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 1, 2024 года.

Бесплатный доступ

В промышленности наблюдается интерес к возможности моделирования скоростного воздействия на композитные конструкции. Причем некоторые процессы, такие как аварии, взрывы, и возможные вопросы пробивания требуют анализа композитных материалов при существенно больших скоростях деформаций. В работе рассматривается возможность построения модели деформирования композитного материала на основе полимерного связующего и углеродного волокна, учитывающей скоростное упрочнение. Особенностью исследования является построение модели, которая учитывает широкий диапазон скоростей деформации от статики до нескольких тысяч обратных секунд. В связи с чем были проведены испытания со специальной оснасткой и образцами, которые позволяют получить данные со столь высокими скоростями нагружения. За основу построения модели взят подход, рассматривающий использование параметров поврежденности, так называемый класс моделей с прогрессирующим разрушением. Основным отличием выбранной модели является формализации скорости воздействия на материал через параметр поврежденности, то есть рассматривается скорость изменения значений поврежденности. Такой подход позволяет составлять определяющие соотношения, основанные только на основе параметров поврежденности, которые видоизменяют жесткостные и прочностные характеристики композитов, что существенно упрощает моделирование и анализ деформирования материала.

Еще

Динамическая прочность, напряжение, деформация, скорость деформации, композиты, метод кольского, модель

Короткий адрес: https://sciup.org/146282818

IDR: 146282818   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2024.1.09

Список литературы Моделирование скоростного упрочнения полимерного композитного материала при нагружении вдоль направления армирования

  • Lavrov N. A., Igumenov M. S. A technique for production of high-pressure vessels from polymer-composite materials // Polymer Science, Series D. – 2018. – Vol. 11. – P. 113-116. doi: 10.1134/S1995421218010100
  • Liu P., Xu P., Zheng J. Artificial immune system for optimal design of composite hydrogen storage vessel // Computational Materials Science. – 2009. – Vol. 47. – No. 1. – P. 261-267. doi: 10.1016/j.commatsci.2009.07.015
  • Vasiliev V. V. Composite pressure vessels: Analysis, design, and manufacturing. – Bull Ridge Corporation, 2009
  • Verstraete D. Long range transport aircraft using hydrogen fuel // International journal of hydrogen energy. – 2013. – Vol. 38. – No. 34. – P. 14824-14831. doi: 10.1016/j.ijhydene.2013.09.021
  • Hsiao H. M., Daniel I. M. Strain rate behavior of composite materials // Composites Part B: Engineering. – 1998. – Vol. 29. – No. 5. – P. 521-533. doi: 10.1016/S1359-8368(98)00008-0
  • Hsiao H. M., Daniel I. M., Cordes R. D. Dynamic compressive behavior of thick composite materials // Experimental Mechanics. – 1998. – Vol. 38. – No. 3. – P. 172-180. doi: 10.1007/BF02325740
  • Vogler T.J., Kyriakides S. Inelastic behavior of an AS4/PEEK composite under combined transverse compression and shear. Part I: experiments // International Journal of Plasticity. – 1999. – Vol. 15. – No. 8. – P. 783–806. doi: 10.1016/S0749- 6419(99)00011-X
  • Koerber H., Xavier J., Camanho P. P. High strain rate characterisation of unidirectional carbon-epoxy IM7-8552 in transverse compression and in-plane shear using digital image correlation // Mechanics of Materials. – 2010. – Vol. 42. – No. 11. – P. 1004– 1019. doi: 10.1016/j.mechmat.2010.09.003
  • Koerber H., Camanho P. P. High strain rate characterisation of unidirectional carbon–epoxy IM7-8552 in longitudinal compression // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2011. – Vol. 42. – No. 5. – P. 462–470. doi: 10.1016/j.compositesa. 2011.01.002
  • Kuhn P. et al. Fracture toughness and crack resistance curves for fiber compressive failure mode in polymer composites under high rate loading // Composite Structures. – 2017. – Vol. 182. – P. 164–175. doi: 10.1016/j.compstruct.2017.09.040
  • Seifoori S., Izadi R., Yazdinezhad A. R. Impact damage detection for small-and large-mass impact on CFRP and GFRP composite laminate with different striker geometry using experimental, analytical and FE methods // Acta Mechanica. – 2019. – Vol. 230. – No. 12. – P. 4417–4433. doi: 10.1007/s00707-019-02506-8
  • González E. V. et al. Simulation of drop-weight impact and compression after impact tests on composite laminates // Composite Structures. – 2012. – Vol. 94. – No. 11. – P. 3364–3378. doi: 10.1016/j.compstruct.2012.05.015
  • Hongkarnjanakul N., Bouvet C., Rivallant S. Validation of low velocity impact modelling on different stacking sequences of CFRP laminates and influence of fibre failure // Composite Structures. – 2013. – Vol. 106. – P. 549–559. doi: 10.1016/j.compstruct. 2013.07.008
  • Tan W. et al. Predicting low velocity impact damage and Compression-After-Impact (CAI) behaviour of composite laminates // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. – 2015. – Vol. 71. – P. 212–226. doi: 10.1016/j.compositesa. 2015.01.025
  • Thiruppukuzhi S. V., Sun C. T. Models for the strain-ratedependent behavior of polymer composites // Composites Science and Technology. – 2001. – Vol. 61. – No. 1. – P. 1–12. doi: 10.1016/S0266-3538(00)00133-0
  • Vogler M., Rolfes R., Camanho P. P. Modeling the inelastic deformation and fracture of polymer composites–Part I: Plasticity model // Mechanics of Materials. – 2013. – Vol. 59. – P. 50–64. doi: 10.1016/j.mechmat.2012.12.002
  • Koerber H. et al. Experimental characterization and constitutive modeling of the non-linear stress–strain behavior of unidirectional carbon–epoxy under high strain rate loading // Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences. – 2018. – Vol. 5. – No. 1. – P. 1–24. doi: 10.1186/s40323-018-0111-x
  • Vasiukov D., Panier S., Hachemi A. Non-linear material modeling of fiber-reinforced polymers based on coupled viscoelasticity– viscoplasticity with anisotropic continuous damage mechanics // Composite Structures. – 2015. – Vol. 132. – P. 527–535. doi: 10.1016/j.compstruct.2015.05.027
  • Fedulov B. N. et al. Failure analysis of laminated composites based on degradation parameters // Meccanica. – 2018. – Vol. 53. – P. 359–372. doi: 10.1007/s11012-017-0735-9
  • Fedorenko A. N., Fedulov B. N., Lomakin E. V. Failure analysis of laminated composites with shear nonlinearity and strainrate response // Procedia Structural Integrity. – 2019. – Vol. 18. – P. 432–442. doi: 10.1016/j.prostr.2019.08.185
  • Федоренко А. Н., Федулов Б. Н., Ломакин Е. В. Моделирование ударного разрушения трубчатых образцов из композитного материала, зависящего от скорости нагружения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2021. – № 3. – С. 96–102. doi: 10.15593/perm.mech/2021.3.09
  • Lomakin E., Fedulov B., Fedorenko A. Strain rate influence on hardening and damage characteristics of composite materials // Acta Mechanica. – 2021. – Т. 232. – P. 1875-1887. doi: 10.1007/s00707-020-02806-4
  • Fedorenko A. et al. Exploding wire method for the characterization of dynamic tensile strength of composite materials //International Journal of Impact Engineering. – 2023. – Vol. 180. 104704. doi: 10.1016/j.ijimpeng.2023.104704
  • Kachanov L. Introduction to continuum damage mechanics. – Springer Science Business Media, 1986. – Vol. 10.
  • Rabotnov Y. N. Creep rupture // Applied Mechanics: Proceedings of the Twelfth International Congress of Applied Mechanics, Stanford University, August 26–31, 1968. – Berlin, Heidelberg : Springer Berlin Heidelberg. – P. 342–349.
  • Gruzdkov A.A., Petrov Y.V. On temperature-time correspondence in high-rate deformation of metals //Doklady Physics. – 1999. – Vol. 44. – P. 114–116.
  • Gates T. S. et al. Thermal/mechanical durability of polymer- matrix composites in cryogenic environments: 44th Annual AIAA. – ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics (Norfolk, VA, 2003.)
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp