Расчетная оценка кинетики разупрочнения слоистых композитов на основе стохастического микро-мезо-моделирования

Автор: Шаблей Александра Андреевна, Сапожников Сергей Борисович, Шипулин Леонид Викторович

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering

Статья в выпуске: 4 т.17, 2017 года.

Бесплатный доступ

Композитные материалы широко применяются в современной промышленности (авиа- и автомобилестроение, строительство и др.). Следует отметить, что современные высокопрочные и легкие композитные материалы (стекло-, угле- или органопластики) существенно дороже стали и алюминиевых сплавов, проявляют свойства упругой и прочностной анизотропии, имеют нелинейность деформирования и сравнительно малые (по сравнению с металлами) деформации разрушения. Наиболее важной задачей при проектировании конструкций из композитных материалов представляется минимизация ее массы без потери прочностных свойств. В первой части работы был разработан программный комплекс на языке С# для создания конечно-элементных моделей однонаправленного волокнистого композитного материала со случайно расположенными прямолинейными волокнами. Программный комплекс позволяет построить композитный материал с укладкой [0°/90°/0°], задавая входные параметры: размеры слоев и волокон в 90 слое. Программный комплекс выдает текстовый файл с расширением *.lgw, который в дальнейшем используется в численных расчетах. Во второй части работы представлены методика моделирования однонаправленного волокнистого композитного материала со случайно расположенными прямолинейными волокнами на микро- и мезоуровне. Задачи разного уровня рассматривали на примере задачи растяжения композитной панели. Механические характеристики в мезомодели подбирались на основании данных из модели микроуровня. В мезомодели постепенное разрушение серединного слоя (90° слой) задавали с помощью критерия Stochastic Failure (случайный разброс прочностных свойств по Мотту). Расчетные кривые деформирования, полученные в микро- и мезомоделях, хорошо коррелируют друг с другом.

Еще

Стеклопластик, микротрещины, разупрочнение, метод конечных элементов, стохастическая микро- и мезомеханика, слоистый композит

Короткий адрес: https://sciup.org/147151765

IDR: 147151765 | DOI: 10.14529/engin170406

Список литературы Расчетная оценка кинетики разупрочнения слоистых композитов на основе стохастического микро-мезо-моделирования

Kaddour A.S., Hinton M.J., Smith P.A., Li S. The Background to the Third World-Wide Failure Exercise//Journal of Composite Materials, 2013, vol. 47, no. 20-21, pp. 2417-2426.
Pinho S.T., Vyas G.M., Robinson P. Response and Damage Propagation of Polymer-Matrix Fibre-Reinforced Composites: Predictions for WWFE-III (Part A)//Journal of Composite Materials, 2013, vol. 47, no. 20-21, pp. 2595-2612.
Kashtalyan M., Soutis C. Predicting Residual Stiffness of Cracked Composite Laminates Subjected to Multi-Axial Inplane Loading//Journal of Composite Materials, 2013, vol. 47, no. 20-21, pp. 2513-2524.
Forghani A., Zobeiry N., Poursartip A., et al. A Structural Modelling Framework for Prediction of Damage Development and Failure of Composite Laminates//Journal of Composite Materials, 2013, vol. 47, no. 20-21, pp. 2553-2573.
Laurin F., Carrere N., Huchette C., et al. A Multiscale Hybrid Damage and Failure Approach for Strength Predictions of Composite Structures//Journal of Composite Materials, 2013, vol. 47, iss. 20-21, pp. 2713-2747.
Daghia F., Ladev‘eze P. Identification and Validation of an Enhanced Mesomodel for Laminated Composites within the WWFE-III//Journal of Composite Materials, 2013, vol. 47, no. 20-21, pp. 2675-2693.
Flatscher Th., Schuecker C., Pettermann H.E. A Constitutive Ply Model Predicting Stiffness Degradation as Well as Inelastic Strain Accumulation and Its Application to WWFE-III (Part A)//Journal of Composite Materials, 2013, vol. 47, no. 20-21, pp. 2575-2593.
Sapozhnikov S.B., Cheremnykh S.I. The Strength of FRP under a Complex Loading//Journal of Composite Materials, 2013, vol. 47, no. 20-21, pp. 2525-2552.
Pinho S.T., Vyas G.M., Robinson P. Response and Damage Propagation of Polymer-Matrix Fibre-Reinforced Composites: Predictions for WWFE-III (Part A)//Journal of Composite Materials, 2013, vol. 47, no. 20-21, pp. 2595-2612.
Kaddour A.S., Hinton M.J., Smith P.A., Li S. A Comparison between the Predictive Capability of Matrix Cracking, Damage and Failure Criteria for Fibre Reinforced Composite Laminates: Part A of the Third World-Wide Failure Exercise//Journal of Composite Materials, 2013, vol. 47, iss. 20-21, pp. 2749-2779.
Berryman J.G. Random Close Packing of Hard Spheres and Disks//Physical Review A, 1983, vol. 27, no. 2, pp. 1053-1061.
Clarke A.S., Wiley J.D. Numerical Simulation of the Dense Random Packing of a Binary Mixture of Hard Spheres: Amorphous Metals. Physical Review B, 1987, vol. 35, no. 14, pp. 7350-7357.
He D., Ekere N.N., Cai L. Computer Simulation of Random Packing of Unequal Particles//Physical Review E, 1999, vol. 60, no. 6, pp. 7098-7104.
Sanei S.H.R., Barsotti E.J., Leonhardt D., Fertig R.S. Characterization, Synthetic Generation, and Statistical Equivalence of Composite Microstructures//Journal of Composite Materials, 2017, vol. 51, no. 13, pp. 1817-1829.
Wang W., Dai Y., Zhang C., Gao X., Zhao M. Micromechanical Modeling of Fiber-Reinforced Composites with Statistically Equivalent Random Fiber Distribution//Materials, 2016, vol. 9, no. 8, article number 624.
Аношкин А.Н. Микромеханический анализ неупругого деформирования однонаправленных волокнистых композитов при многоосном нагружении и сдвиге//Механика композит. материалов. 2003 Т. 39, № 5. С. 575-586.
Yu H., Longana M.L., Jalalvand M., Wisnom M.R., Potter K.D. Pseudo-Ductility in Intermingled Carbon/Glass Hybrid Composites with Highly Aligned Discontinuous Fibres//Composites: Part A, 2015, vol. 73, pp. 35-44.
Костенецкий П.С., Сафонов А.Ю. Суперкомпьютерный комплекс ЮУрГУ//Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ’2016): сб. ст. 10-й Междунар. науч. конф. (28 марта -1 апреля 2016 г.). Архангельск, 2016. С. 561-573.

Еще

Статья научная