Математическая модель механического поведения тканых композитов с локальными технологическими дефектами

• Автор: Дедков, Денис Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Физическая модель тканого композиционного материала полотняного плетения
1.1. Технологические операции изготовления конструкций из тканых композиционных материалов, приводящие к появлению локальных концентраторов напряжений
1.2. Виды локальных технологических дефектов, типичных для тканых композиционных материалов, и способы их устранения
Выводы к первой главе
Глава 2. Математическая модель слоя тканого композиционного материала полотняного плетения с локальными технологическими дефектами
2.1. Твердотельная геометрическая модель тканого композита полотняного плетения
2.2. Модуль расширений платформы моделирования ЗАЬОМЕ-МЕСА для анализа напряженного состояния слоя тканого композита .
Выводы ко второй главе
Глава 3. Вычислительные эксперименты заданного макроскопически однородного деформирования слоев тканого композита с технологическими дефектами
3.1. Коэффициенты концентрации напряжений в слое тканого композита с керамическими волокнами и ноликристаллической матрицей при произвольном макродеформировашш

3.2. Коэффициенты концентрации напряжений в слое тканого композита с металлическими волокнами и поликристаллической
матрицей при произвольном макродеформировании
Выводы к третьей главе
Заключение
Список литературы
Приложение

Введение
Актуальность работы. Производство композиционных материалов увеличивается с каждым годом. Создание новых материалов играет ключевую роль в развитии энергетических, космических, химических и биотехнологических систем, строительстве и других отраслях экономики.
Например, в аэрокосмической технике из композитов на основе керамических волокон изготавливают несущие панели крыла оперения и фюзеляжа самолетов, обшивки панелей крупногабаритных антенн, работающих в космосе, лопатки турбин, сопловые блоки, носовые обтекатели, вкладыши критического сечения ракетных двигателей и многие другие изделия, эксплуатируемые в условиях интенсивного термомеханического воздействия.
При изготовлении конструкций из композиционных материалов совершенство технологии определяется выбором оптимальных параметров технологического процесса, техническим уровнем используемого оборудования и оснастки, наличием надежных методов неразрушающего контроля композиционных конструкций и полуфабрикатов для их производства[1].
В то же время при производстве тканых композитов с искривленными волокнами неизбежны технологические дефекты, снижающие эксплуатационные свойства изделий. К числу типичных дефектов относятся пропуск нитей основы или утка, разрывы нитей при прошивке слоев, а также внутренние поры, обнаруживаемые, как правило, на этане выходного контроля изделия.
Использование тканых композитов в элементах конструкций, работающих в условиях многократно изменяющихся внешних нагрузок в течении длительных сроков эксплуатации, предопределяет необходимость прогнозирования механического поведения материалов с учетом технологических дефектов. Изучению механического поведения композитов посвящены многочисленные исследования, результаты которых обобщены в монографиях [

В случае, если в слое тканого композита с поликристаллической матрицей не исключено соприкосновение волокон, вблизи мест с максимальной кривизной волокон остаются герметичные полости, незаполненные материалом матрицы. На поверхностях этих пор отсутствуют ограничения на перемещения, а сама поверхность свободна от напряжений. Граничные условия на этих поверхностях аналогичны граничным условиям (2.С).
Краевая задача (2.1) - (2.3) с граничными условиями (2.4) - (2.6) решается численно методом конечных элементов, который является одним из наиболее эффективных методов решения задач механики деформируемого твердого тела и расчета конструкций из тканых композитов.
Решать задачу будем с помощью некоммерческого пакета Code-Aster, входящего в состав платформы SALOME-MECA. Этот пакет был разработан и сертифицирован специально для французской энергетической отрасли и предназначен для задач механики сплошных сред, термо- и гидродинамики, акустики и магнетизма, выполнения расчетов для строительных конструкций и сооружений [109, 110].
Рис. 2.9. Пример конечных элементов: а) тетраэдральный, б) гексаэдральный
Дискретизация матрицы проводилась па 10-узловые тетраэдральные элементы (рис. 2.9 а), волокно разбивалось на 20-узловые гексаэдральные элементы (рис. 2.9 б).
На рис. 2.10 представлена конечно-элементная сетка фрагмента матрицы слоя модельного тканого композита полотняного переплетения. Конечно-