Еремин Н.В.  

Численное моделирование разрушения композиционного материала металлокомпозитного бака высокого давления

Деформирование и разрушение металлокомпозитных баков высокого давления (МКБВД) является многостадийным процессом, который охватывает различные масштабные уровни. В связи с этим, рассматривать его в рамках модели одного размерного уровня не представляется возможным. Разрушение слоистых композитов заключается в развитии и накоплении повреждений на микроуровне, в связи с этим, для лучшего понимания деформирования и разрушения слоистых композитов необходимо учитывать эти процессы.
Анализ представительного объема композиционного материала с детализацией структуры материала можно выполнять, используя метод конечных элементов [1].  В связи с этим, в данной работе выполнялся вычислительный эксперимент композиционного материала МКБВД на растяжение вдоль направления армирования волокон с заданными характеристиками структурных свойств, которые представлены в работе [2]
При численном анализе рассматривалась трехмерная конечно-элементная микромодель композиционного материала на основе случайного распределения углеродных волокон Т1000 в эпоксидной матрице ЭД-И. Армирующие волокна и матрица представлялись однородными изотропными материалами. Модель разрушения структурных элементов строилась с использованием данных о предельных состояниях элементов с использованием критерия максимальных напряжений. На каждом шаге нагружении происходил анализ напряжений в структурных элементах для формирования базы данных о перегруженных элементах. Разрушение структурных элементов заключалось в понижении жесткости и посредством исключения объемов.
В результате вычислительных экспериментов наблюдалась закономерность разрушения и деформирования композиционных материалов на микроуровне. После разрушения волокон напряжения перераспределяются на неповрежденные волокна и в материале возникает новое напряженно-деформированное состояние. Если в материале накапливаются повреждения, которые включает в себя разрыв волокон и разрушение матрицы, то композиционный материал полностью теряет свою несущую способность.
В работе [3] проведены испытания плоских однонаправленных образцов композиционной ленты вырезанные из МКБВД на растяжение. Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных прочностных характеристик говорит о том, что разница между ними составляет порядка 15%.
Рассмотренная модель позволяет моделировать разрушение композита как многостадийный процесс и прогнозировать эффективные прочностные свойства.
Список литературы
1. Буров А.Е., Кокшаров И.И., Москвичев В.В Моделирование разрушения и трещиностойкость волокнистых металлокомпозитов. – Новосибирск: Наука, 2003. – 173 с.
2. Еремин Н.В. Анализ микроструктуры слоистого полимерного композиционного материала металлокомпозитного бака высокого давления // Сибирский журнал науки и технологии. – 2018. – Т. 19. № 2. – С. 346-354
3. Москвичев Е.В., Еремин Н.В. Оценка механических свойств и толщины композитной оболочки металлокомпозитного бака высокого давления // Деформация и разрушение материалов. – 2017. – № 12. – С.40-45.


К списку докладов