Устойчивость и рост дефектов типа отслоений в пластинах из композиционных материалов

• Автор: Дамдинов, Тимур Абрамович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 146 с. : ил.

1. Современное состояние проблемы расчета пластин из слоистых материалов с использованием информационных технологий
1.1. Анализ методов исследования элементов конструкций из слоистых материалов
1.2. Методика расчета изделий в системе А1У8У8
Выводы по главе
2. Устойчивость и рост дефектов типа сквозного прямоугольного отслоения в пластине из слоистых материалов
2.1. Задачи устойчивости тонких отслоений в элементах конструкций из слоистых материалов
2.1.1. Энергетический метод для решения нелинейных задач устойчивости
2.1.2. Определение критических нагрузок и закритического поведения с помощью энергетического критерия устойчивости 43 *
2.1.3. Влияние поперечного сдвига
2.2. Исследование роста дефектов типа отслоений
2.3. Примеры расчета одномерных задач
2.3.1. Действие изгибающего момента
2.3.2. Действие поперечной сосредоточенной силы
2.3.3. Осевое сжатие тонкого упругого отслоения
Выводы по главе
3. Численное моделирование дефектов в элементах конструкций из слоистых композиционных материалов
3.1. Упругие характеристики слоистых композиционных материалов
3.1.1. Преобразование компонент тензора деформаций при повороте системы координат

3.1.2. Преобразование жесткостных характеристик слоя однонаправленного композиционного материала при повороте системы координат
3.1.3. Приведенные жесткостные характеристики многослойного пакета
3.2. Численное моделирование свойств слоистых композиционных материалов
3.3. Решение задачи устойчивости пластины с дефектом отслоения
3.4. Моделирование зоны отслоения
3.5. Численный расчет упругой балки с дефектом отслоения
Выводы по главе
4. Экспериментальное исследование элементов конструкций из КМ с , дефектами
4.1. Испытание образцов из КМ с дефектами
4.2. Метод автоматической обработки результатов эксперимента
4.3. Результаты эксперимента
Выводы по главе
Выводы по работе 13
Литература
Приложение

Актуальность темы. Современное машиностроение ставит задачи создания и использования материалов с улучшенными эксплуатационными показателями. В отличие от традиционных (изотропных) материалов композиционные материалы (КМ) обладают повышенной прочностью, коррозионной стойкостью, износостойкостью, повышенной долговечностью. В связи с этим возникает необходимость в создании современных методов прогнозирования и численного расчета поведения новых материалов на основе ограниченного набора параметров с учетом внешних воздействий. В последнее время, значительное развитие получили методы численного моделирования, основанные на методе конечных элементов (МКЭ), применение которых позволит ускорить процесс разработки и расчета изделий из КМ, обеспечит возможность оптимизации конструкции и существенно уменьшит затраты на создание и доработку опытных образцов.
КМ слоистой структуры, обладая высокой прочностью, весьма чувствительны к дефектам типа отслоение, появляющихся в процессе их изготовления и эксплуатации. Таким образом, разработка научно обоснованных алгоритмов и методов расчета машиностроительных изделий из КМ с дефектами является актуальной задачей.
Целью работы является разработка методики численного моделирования пластин из слоистых КМ; разработка моделей с дефектами типа отслоений с учетом геометрической нелинейности; анализ возможного роста дефекта.
Основные задачи работы. Для достижения указанной цели в работе рассмотрены следующие задачи:
1. Разработка методики численного расчета на устойчивость пластин из слоистых КМ с использованием современных CAD/CAE систем, таких как ANSYS, PRO-E, SolidWorks.

Зависимость параметра внешней нагрузки от параметра прогиба в центре отслоившейся части при различной длине отслоения можно найти из условия совместной деформации пластины
єЬ = є1(Ь-і)+є21', єЬ — єх(Ь — /)+Лф + Л[,
где єх - относительная деформация на первом участке,
е,Р - относительная деформация и внешняя приложенная нагрузка пластины.
Приведенные выше два уравнения для удобства перепишем в виде
И,_Л(£-/)+
ЕН Ек Е(Н-к)’
РЕ _Рх(Ь-і) , РкрЧ | сс21 ЕН ЕН ЕЙ 4 '
(2.16)
Подставляя выражение (2.13) и (2.14) во второе уравнение (2.15), получаем
ралр1+т+2£
ЕН ЕИ
[кр, з
1/ (1-І д и '
У ш +
Подставляя величину Рх в первом уравнении (2.15) и приводя переменные к безразмерному виду с помощью нормировок

Єкр'3 - ЕИ '

2 Е(Н -к)’ получаем
е 2_4- *)+4 Л-Ф
а(1 - + 2/(1 - й)+ 2Аг(1 - /)
Учитывая е2 в уравнение (2.12) получаем соотношения для учета влияния длины и толщины отслоившейся части на закритическое поведение дефекта в
виде: