Расчётно-экспериментальное исследование сжатия после удара (CAI-тест) тканевого композита со сквозным дефектом

Автор: Сапожников С.Б., Буслаева О.С.

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика. Механика. Физика @vestnik-susu-mmph

Статья в выпуске: 3 т.15, 2023 года.

Бесплатный доступ

Рассмотрен новый подход к расчётной оценке нагрузки разрушения при сжатии (compression after impact - CAI) тканевого композита со сквозным дефектом - отверстием. При моделировании учтена возможность неупругого деформирования полимера и разрушение волокон. В расчётах использован пакет ANSYS WB и стандартные модели материалов из его библиотеки: ортотропная и изотропная упругопластическая среды. Материалы, составляющие композит, закреплены на общих узлах сетки конечных элементов, чем обеспечивается совместная работа и сложные свойства, не присущие стандартным моделям материалов (mFEA-подход). В экспериментах использован промышленный стеклопластик СТЭФ толщиной 4 мм на основе волокон типа Е и эпоксифенольной смолы. Дефекты от низкоскоростного удара заменены в расчётах сквозным отверстием. Кривые нелинейного деформирования и разрушения, полученные в расчётах, удовлетворительно согласуются с экспериментальными вплоть до разрушения.

Еще

Тканевый композит, cai-тест, моделирование, нелинейность, mfea-подход, ударный дефект, эксперимент

Короткий адрес: https://sciup.org/147241776

IDR: 147241776 | DOI: 10.14529/mmph230305

Список литературы Расчётно-экспериментальное исследование сжатия после удара (CAI-тест) тканевого композита со сквозным дефектом

Effect of Matrix Damage on Compressive Strength in the Fiber Direction for Laminated Composites / G. Eyer, O. Montagnier, C. Hochard, J.-P. Charles // Composites Part A Applied Science and Manufacturing. - 2017. - Vol. 94. - P. 86-92.
Prediction of Compressive Strength of Carbon-Epoxy Laminates Containing Delamination by Using a Mixed-Mode Damage Model / M.F.S.F. de Moura, J.P.M. GoncBalves, A.T. Marques, P.M.S.T. de Castro // Compos Struct. - 2000. - Vol. 50, Iss. 2. - P. 151-157.
Cantwell, W.J. An Assessment of the Impact Performance of CFRP Reinforced with High-Strain Carbon Fibres / W.J. Cantwell, P.T. Curtis, J. Morton // Composites Science and Technology. - 1986. -Vol. 25, Iss. 2. - P. 133-148.
Prichard, J.C. The Role of Impact Damage in Post-Impact Compression Testing / J.C. Prichard, P.J. Hogg // Composites. - 1990. - Vol. 21, Iss. 6. - P. 503-511.
Some Experimental Findings in Compression-Afterimpact (CAI) Tests of CF/PEEK (APC-2) and Conventional CF/Epoxy Flat Plates / T. Ishikawa, S. Sugimoto, M. Matsushima, Y. Hayashi // Compos Sci Technol. - 1995. - Vol. 55, Iss. 4. - P. 349-363.
Soutis, C. Prediction of the post-impact compressive strength of CFRP laminated composites / C. Soutis, P.T. Curtis // Composites Science and Technology. - 1996. - Vol. 56, Iss. 6. - P. 677-684.
Khondker, O.A. Impact and compression-after-impact performance of weft-knitted glass textile composites / O.A. Khondkera, K.H. Leong, I. Herszberg, H. Hamada // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2005. - Vol. 36, Iss. 5. - P. 638-648.
Dogan, A. Low-Velocity Impact Response of E-Glass Reinforced Thermoset And Thermoplastic Based Sandwich Composites / A. Dogan, V. Arikan // Composites Part B: Engineering. - 2017. -Vol. 127. - P. 63-69.
ASTM. Standard Test Method for Compressive Residual Strength Properties of Damaged Polymer Matrix Composite Plates. D7137/D7137M-12. - West Conshohocken. - PA. - 2012.
Airbus Standard. Determination of Compression Strength after Impact. AITM 1-0010. - 2010.
Falzon, B.G. Predicting Impact Damage. Residual Strength and Crashworthiness of Composite Structures / B.G. Falzon, W. Tan // SAE International Journal of Materials and Manufacturing. - 2016. -Vol. 9, Iss. 3. - P. 718-728.
Predicting Low Velocity Impact Damage and Compression-After-Impact (CAI) Behaviour of Composite Laminates / W. Tan, B.G. Falzon, L.N.S. Chiu, M. Price // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2015. - Vol. 71. - P. 212-226.
Dale, M. Low Velocity Impact and Compression after Impact Characterization of Woven Car-bon/Vinylester at Dry and Water Saturated Conditions / M. Dale, B.A. Acha, L.A. Carlsson // Composite Structures. - 2012. - Vol. 94, Iss. 5. - P. 1582-1589.
Mendes, P.A.A.E. Numerical Prediction of Compression after Impact Behavior of Woven Composite Laminates / P.A.A.E. Mendes, M.V. Donadon // Composite Structures. - 2014. - Vol. 113. -P. 476-491.
Bull, D.J. Observations of Damage Development from Compression-After-Impact Experiments using Ex Situ Micro-Focus Computed Tomography / D.J. Bull, S.M. Spearing, I. Sinclair // Composites Science and Technology. - 2014. - Vol. 97. - P. 106-114.
Cartie, D.D.R. Effect of Resin and Fibre Properties on Impact and Compression after Impact Performance of CFRP / D.D.R. Cartie, P.E. Irving // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2002. - Vol. 33, Iss. 4. - P. 483-493.
Compression after Impact Strength of Composite Sandwich Panels / G.A.O. Davies, D. Hitch-ings, T. Besant et al. // Composite Structures. - 2004. - Vol. 63, Iss. 1. - P. 1-9.
Ghelli, D. Low Velocity Impact and Compression after Impact Tests on Thin Carbon/Epoxy Laminates. / D. Ghelli, G.Minak // Composites Part B: Engineering. - 2011. - Vol. 42, Iss. 7. - P. 20672079.
Habib, F.A. A New Method for Evaluating the Residual Compression Strength of Composites after Impact / F.A. Habib // Composite Structures. - 2001. - Vol. 53, Iss. 3. - P. 309-316.
Kazemahvazi, S. Residual strength of GRP laminates with multiple randomly distributed fragment impacts. / S. Kazemahvazi, M. Nilsson, D. Zenkert // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2014. - Vol. 60. - P. 66-74.
Asp, L.E. An Experimental Investigation of the Influence of Delamination Growth on the Residual Strength of Impacted Laminates / L.E. Asp, N. Soren, S. Singh // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2001. - Vol. 32, Iss. 3. - P. 1229-1235.
Baaran, J. Efcient Prediction of Damage Resistance and Tolerance of Composite Aerospace Structures / J. Baaran, L. Kärger, A. Wetzel // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. - 2008. - Vol. 222, Iss. 2. - P. 179-188.
An Efficient Numerical Approach to The Prediction of Laminate Tolerance to Barely Visible Impact Damage / A.H. Baluch, O. Falcó, J.L. Jiménez et al. // Composite Structures. - 2019. - Vol. 225. - Paper No. 111017.
Fedulov, B. The Analysis of the Worst-Case Distribution of the Damage in Composite Material Imposed by a Low-Velocity Impact / B. Fedulov, A. Fedorenko // Procedia Structural Integrity. - 2019. - Vol. 18. - P. 399-405.
Thin Indicator Films to Assess the Residual Strength of a GFRP after a Local Contact Action / O.S. Buslaeva, S.B. Sapozhnikov, A.V. Bezmelnitsyn et al. // Mechanics of Composite Materials. -Vol. 57, Iss. 1. - P. 47-56.
Papanicolaou, G.C. New Approach for Residual Compressive Strength Prediction of Impacted CFRP Laminates / G.C. Papanicolaou // Composites. - 1995. - Vol. 26, Iss. 7. - P. 517-523.
A Experimental and computational study of the damage process in CFRP composite beams under low-velocity impact / O.T. Topac, B. Gozluklu, E. Gurses, D. Coker // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2017. - Vol. 92. - P. 167-182.
Thin Indicator Films to Assess the Residual Strength of a GFRP after a Local Contact Action / O.S. Buslaeva, S.B. Sapozhnikov, A.V. Bezmelnitsyn et al. // Mechanics of Composite Materials. -Vol. 57, Iss. 1. - P. 47-56.
ГОСТ 33495-2015. Композиты полимерные. Метод испытания на сжатие после удара. -М.: ФГУП «Стандартинформ», 2002. - 20 с.
Sapozhnikov, S.B. Multiphase Fea-Approach for Non-Linear Deformation Prediction and Fibre-Reinforced Plastics Failure / S.B. Sapozhnikov, K.A. Guseynov, M.V. Zhikharev // Mechanics of Composite Materials. - 2023. - Vol. 59, no. 2. - P. 283-298.
Guseinov, K. Features of Three-Point Bending Tests for Determining Out-Of-Plane Shear Modulus of Layered Composites / K. Guseinov, S.B. Sapozhnikov, O.A. Kudryavtsev // Mechanics of Composite Materials. - 2022. - Vol. 58, Iss. 2. - P. 155-168.

Еще

Статья научная