Прогнозирование упругих характеристик армированного волокном пластика при изгибе: многомасштабное конечно-элементное моделирование и эксперимент

В работе представлены результаты многомасштабного моделирования армированного волокном пластика (FRP) на тканом стекловолокне и эпоксидной смоле горячего отверждения. Моделирование с использованием гомогенизации конечных элементов репрезентативного объемного элемента (RVE) в сочетании со структурно-феноменологическим моделированием было проведено для прогнозирования модуля изгиба FRP. Моделирование проводилось сначала в масштабе RVE в CAE-модуле Material Designer пакета ANSYS, затем эти результаты использовались в структурно-феноменологических моделях образцов в модуле ANSYS APDL. Для корректной установки исходных данных с помощью оптических микроскопов исследовали мезоструктуру образцов и определяли ее усредненные геометрические параметры. Полученные результаты многомасштабного моделирования с использованием методики, сочетающей гомогенизацию конечных элементов со структурно-феноменологической многослойной моделью, показали хорошее согласие с экспериментом на примере образцов стеклопластика на основе стеклопластика ЭЗ-200 и эпоксидного связующего горячего отверждения. Разница между расчетной и экспериментальной деформациями образцов составляла от 1,5 до 5 %. В дальнейшем представляется перспективным использовать эту методику для прогнозирования характеристик гибридных композитов, например, на основе наполненной матрицы и гибридного (комбинированного) армирования. Гибридным армированием можно считать, например, чередование слоев карбона и стекловолокна, или стекловолокна и металлической сетки и т.п.