Численное моделирование процессов разрушения тканевых композитов
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2013.6.4.43Ключевые слова:
тканевые композиты, углепластики, микроразрушение, численное моделирование, метод конечных элементов, метод асимптотического осреднения, ячейка периодичности, тензор концентрации напряжений, критерий прочности, повреждаемостьАннотация
Предложена математическая модель процесса разрушения тканевых композиционных материалов, основанная на использовании метода асимптотического осреднения и конечно-элементного решения локальных задач на ячейках периодичности. В качестве критерия прочности матрицы используется модифицированная модель Писаренко–Лебедева, а критерия прочности армирующих нитей — двухуровневая модель повреждаемости пучка моноволокон. Модель позволяет прогнозировать процесс распространения микроразрушения в ячейке периодичности композита при изменении действующей на композит системы нагрузок. Приведены численные примеры, демонстрирующие возможности разработанной модели при применении ее к численному исследованию процессов микроразрушения тканевых композитов.
Скачивания
Библиографические ссылки
Тарнопольский Ю.М., Жигун И.Г., Поляков В.А. Пространственно-армированные композиционные материалы: Справочник – М.: Машиностроение, 1987. – 224 с.
2. Тканые конструкционные композиты / Под ред. Ц.-В. Чоу и Ф.К. Ко. – М.: Мир, 1991. – 432 с.
3. Dimitrienko Yu.I. Modelling of mechanical properties of composite materials at high temperatures. Part 3. Textile composites // Appl. Compos. Mater. – 1998. – V. 5, N. 4. – P. 257-272. DOI
4. Димитриенко Ю.И. Механика композиционных материалов при высоких температурах. – М.: Машиностроение, 1997. – 368 с.
5. Диксит А., Мали Х.С. Обзор способов моделирования текстильно-тканевых композитов для прогнозирования их механических свойств // Механика композитных материалов. – 2013. – Т. 49, № 1. – С. 3-30.
6. Cao J., Akkerman R., Boisse P. et al. Characterization of mechanical behavior of woven fabrics: Experimental methods and benchmark results // Compos. Part A-Appl. S. – 2008. – V. 39, N. 6. – P. 1037-1053. DOI
7. Cox B.N., Flanagan G. Handbook of analytical methods for textile composites // NASA Contractor Report 4750. – 1997. – 161 p. (URL: htpp://www.butecom.com/docs/kutuphane/Textile_Composites.pdf).
8. Вильдеман В.Э., Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А. Механика неупругого деформирования и разрушения композиционных материалов. – М.: Наука. Физматлит, 1997. – 288 с.
9. Vanaerschot A., Cox B.N., Lomov S.V., Vandepitte D. Mechanical property evaluation of polymer textile composites by multi-scale modelling based on internal geometry variability // Proceedings of ISMA2012-USD2012. – P. 5043-5054. (URL: http://www.isma-isaac.be/publications/PMA_MOD_publications/ISMA2012/isma2012_0747.pdf).
10. Lomov S.V., Verpoest I., Cichosz J. et al. Meso-level textile composites simulations: Open data exchange and scripting // J. Compos. Mater. – 2013. – V. 20. DOI
11. Abdiwi F., Harrison P., Koyama I. et al. Characterising and modelling variability of tow orientation in engineering fabrics and textile composites // Compos. Sci. Technol. – 2012. – V. 72, N. 9. – P. 1034-1041. DOI
12. Blinzler B.J., Goldberg R.K., Binienda W.K. Macroscale independently homogenized subcells for modeling braided composites // AIAA J. – 2012. – V. 50, N. 9. – P. 1873-1884. DOI
13. Nali P., Carrera E. A numerical assessment on two-dimensional failure criteria for composite layered structures // Compos. Part B-Eng. – 2012. – V. 43, N. 2. – P. 280-289. DOI
14. Hage Ch.E., Younès R., Aboura Z. et al. Analytical and numerical modeling of mechanical properties of orthogonal 3D CFRP // Compos. Sci. Technol. – 2009. – V. 69, N. 1. – P. 111-116. DOI
15. Němeček J., Králík V., Vondřejc J. Micromechanical analysis of heterogeneous structural materials // Cement Concrete Comp. – 2013. – V. 36, N. 1. – P. 85-92. DOI
16. Burks B., Middleton J., Kumosa M. Micromechanics modeling of fatigue failure mechanisms in a hybrid polymer matrix composite // Compos. Sci. Technol. – 2012. – V. 72, N. 15. – P. 1863-1869. DOI
17. Abe D., Bacarreza O., Aliabadi M.H. Micromechanical modeling for the evaluation of elastic moduli of woven composites // Key Eng. Mat. – 2012. – V. 525-526. – P. 73-76. DOI
18. Novák J. Kaczmarczyk Ł., Grassl P. et al. A micromechanics-enhanced finite element formulation for modeling heterogeneous materials // Comput. Method. Appl. M. – 2012. – V. 201-204. – P. 53-64. DOI
19. Tran T.D., Kelly D., Prusty B.G. et al. Micromechanical modeling for onset of distortional matrix damage of fiber reinforced composite materials // Compos. Struct. – 2012. – V. 94, N. 2. – P. 745-757. DOI
20. Karkkainen R.L., Tzeng J.T. Micromechanical strength modeling and investigation of stitch density effects on 3D orthogonal composites // J. Compos. Mater. – 2009. – V. 43, N. 25. – P. 3125-3142. DOI
21. Hettich T., Hund A., Ramm E. Modeling of failure in composites by X-FEM and level sets within a multiscale framework // Comput. Method. Appl. M. – 2008. – V. 197, N. 5. – P. 414-424. DOI
22. Buchanan D.L., Gosse J.H., Wollschlager J.A. et al. Micromechanical enhancement of the macroscopic strain state for advanced composite materials // Compos. Sci. Technol. – 2009. – V. 69, N. 11-12. – P. 1974-1978. DOI
23. Li L.Y., Wen P.H., Aliabadi M.H. Meshfree modeling and homogenization of 3D orthogonal woven composites // Compos. Sci. Technol. – 2011. – V. 71, N. 15. – P. 1777-1788. DOI
24. Ильиных А.В., Вильдеман В.Э. Моделирование структуры и процессов разрушения зернистых композитов // Вычисл. мех. сплош. сред. – 2012. – Т. 5, № 4. – С. 443-451. DOI
25. Tashkinov M., Wildemann V., Mikhailova N. Method of successive approximations in stochastic elastic boundary value problem for structurally heterogenous materials // Comp. Mater. Sci. – 2012. – V. 52, N. 1. – P. 101-106. DOI
26. Макарова Е.Ю., Соколкин Ю.В., Чекалкин А.А. Структурно-феноменологические модели прогнозирования упругих свойств высокопористых композитов // Вестн. Сам. Гос. техн. ун-та. Сер.: Физ.-мат. науки. – 2010. – № 5(21). – С. 276-279.
27. Бахвалов Н.С., Панасенко Г.П. Осреднение процессов в периодических средах. – М.: Наука, 1984. – 352 c.
28. Победря Б.Е. Механика композиционных материалов. – М.: Изд-во МГУ, 1984. – 336 с.
29. Санчес-Паленсия Э. Неоднородные среды и теория колебаний. – М.: Мир, 1984. – 472 с.
30. Бардзокас Д.И., Зобнин А.И. Математическое моделирование физических процессов в композиционных материалах периодической структуры. – М.: Эдиториал УРСС, 2003. – 376 c.
31. Dimitrienko Y.I., Sokolov A.P. Elastic properties of composite materials // Mathematical Models and Computer Simulations. – 2010. – V. 2, N. 1. – P. 116-130. DOI
32. Димитриенко Ю.И., Соколов А.П. Разработка автоматизированной технологии вычисления эффективных упругих характеристик композитов методом асимптотического осреднения // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки. – 2008. – № 2. – С. 56-67.
33. Димитриенко Ю.И., Соколов А.П. Система автоматизированного прогнозирования свойств композиционных материалов // Информационные технологии. – 2008. – № 8. – С. 31-38.
34. Димитриенко Ю.И., Соколов А.П. Многомасштабное моделирование упругих композиционных материалов // Матем. моделирование. – 2012. – Т. 24, № 5. – С. 3-20.
35. Димитриенко Ю.И., Дубровина А.Ю., Соколов А.П. Моделирование усталостных характеристик композиционных материалов на основе метода асимптотического осреднения и «химического» критерия длительной прочности // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки. – 2011. – SPEC. – С. 34-49.
36. Димитриенко Ю.И., Соколов А.П. Численное моделирование композиционных материалов с многоуровневой структурой // Известия РАН. Серия физическая. – 2011. – Т. 75, № 11. – С. 1549-1554.
37. Димитриенко Ю.И., Морозов А.Н., Соколов А.П., Ничеговский Е.С. Моделирование эффективных пьезоэлектроупругих композиционных материалов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки. – 2010. – № 3. – С. 86-96.
38. Димитриенко Ю.И., Ничеговский Е.С. Численное моделирование магнитных свойств композиционных материалов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки. – 2010. – № 1. – С. 3-12.
39. Димитриенко Ю.И. Механика сплошной среды: Учебн. пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. – Т. 4. Основы механики твердых сред. – 624 с.
40. Писаренко Г.С., Лебедев А.А. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. – Киев: Наукова думка. – 1976. – 416 с.
41. Димитриенко Ю.И. Механика сплошной среды: Учебн. пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – Т. 1. Тензорный анализ. – 464 с.
42. Димитриенко Ю.И. Нелинейная механика сплошной среды. – М.: Физматлит, 2009. – 624 с.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2013 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.