Стр. 1 - И.В. Магнитский, К.А. Пономарев, А.Н. Миронихин, С.В. Тащилов - К вопросу о численном моделировании упругих свойств композиционных материалов с учетом схемы армирования

УДК 539.32

И. В. М а г н и т с к и й, К. А. П о н о м а р е в,

А. Н. М и р о н и х и н, С. В. Т а щ и л о в

К ВОПРОСУ О ЧИСЛЕННОМ МОДЕЛИРОВАНИИ

УПРУГИХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ С УЧЕТОМ СХЕМЫ

АРМИРОВАНИЯ

На основе численных расчетов ячеек композиционного материа-

ла структуры армирования 4DL определен представительный объ-

ем материала для состояния растяжения (сжатия), установле-

на степень влияния несовершенства формы поперечного сечения

армирующего волокна. Расчетным путем и экспериментально на

образцах мелкоячеистого материала нового поколения показано на-

рушение трансверсальной изотропии материалов со структурой

армирования 4DL, приведены рекомендации по измерению линейных

деформаций на образцах таких материалов.

E-mail:

soleylju@gmail.com

;

Kirill.a.ponomarev@gmail.com

Ключевые слова

:

элементарная ячейка, композиционные материалы.

При проведении механических расчетов, в том числе численными

методами, конструкций из композиционных материалов их, как прави-

ло, не рассматривают как сложную структуру, имеющую внутреннее

строение, а заменяют сплошной средой с постоянными по объему эф-

фективными свойствами, часто анизотропными. Эффективные свой-

ства материала определяются в ходе испытаний образцов материалов,

результаты которых обрабатываются с учетом представления о его од-

нородности. Такой поход имеет то существенное преимущество перед

рассмотрением композиционного материала как конструкции, что не

требует специфических методов испытаний и пересчета свойств его

компонентов. Точность расчетов при этом напрямую зависит от сте-

пени соответствия реального материала его однородной модели.

Среди пространственных схем армирования композитов наиболь-

шее распространение получили схемы 3D и 4DL. В расчетах материа-

лы со структурой 3D обычно заменяются моделью ортотропного тела,

а 4DL — трансверсально изотропного тела [1, 2]. В качестве крите-

рия прочности (работоспособности) материала при подобном подходе

используются различные критерии вида

Φ (

σ

ij

, ε

ij

) = 0

,

(1)

в которые входят средние напряжения либо деформации и их комби-

нации. Характер разрушения материала при этом большой роли не

играет.

Несмотря на широкое распространение описанных упрощений,

они имеют важный недостаток: значения напряжений и деформаций,

148

ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012