Олегин И.П. Расторгуев Г.И. Лапердина Н.А.
Многопараметрический анализ упругих свойств однонаправлено армированных сред методом конечных элементов
Докладчик: Олегин И.П.
Многопараметрический анализ упругих свойств однонаправлено армированных сред методом конечных элементов
И.П. Олегин, Г.И. Расторгуев, Н.А. Лапердина
В работе подробно рассматривается решение задачи теории упругости для определения эффективных модулей однонаправлено армированных сред. При решении используется представительный элемент среды, выбираемый из физических и геометрических соображений. На гранях представительного элемента задаются кинематические граничные условия, соответствующие средним напряжениям армированной среды на бесконечности. Для определения набора эффективных характеристик (модуль упругости в неаправлении волокна Ez , модуль упругости в поперечном направлении Ex , коэффициенты Пуассона mxy и mxz , модули сдвига Gxy и Gxz ) рассматриваются три задачи: 1.одноосное растяжение вдоль осей симметрии; 2.чистый сдвиг в плоскости перпендикулярной волокнам; 3.чистый сдвиг в плоскости перпендикулярной поперечному сечению волокон. С целью реализации представленного подхода создан набор программ-алгоритмов в программной среде ANSYS c использованием встроенного языка программирования APDL, позволяющий в автоматическом режиме осуществлять расчет требуемых упругих характеристик для заданного диапазона объемного содержания волокна и при различных комбинациях упругих свойств волокна и связующего. Проведено сопоставление результатов расчета эффективных характеристик с известными результатами экспериментов для пяти материалов. Показано, что подход, основанный на решении задачи теории упругости, позволяет определять эффективные упругие характеристики с удовлетворительной точностью. Проведено исследование зависимости эффективных характеристик от объемного содержания волокна и формы поперечного сечения волокна при различных комбинациях упругих свойств составляющих компонент. Представлены ключевые зависимости в графическом виде. С позиции точного решения задачи по определению эффективных модулей проанализирована область применимости известных приближенных формул используемых в инженерной практике при расчете эффективных характеристик однонаправлено армированных композиционных материалов. На основании проведенного анализа даны рекомендации для практического использования приближенных формул.
К списку докладов