Разработка физической модели структуры ПКМ с дефектом в виде поры на границе раздела волокно-матрица.

В качестве базовой модели для дальнейшего исследования была выбрана модифицированная модель Розена, т.к. она наиболее близка к реальной.

Модель представляет собой непрерывные волокна, окруженные блоком матрицы. Волокна однонаправлено расположены в матрице.

На рисунке 2.6 для случая одиночного разрушения волокна показаны напряжения в волокне и распределение напряжений на границе волокна и матрицы.

Изучение распределения напряжений между волокном и матрицей в армированном непрерывными волокнами композите, является основой для дальнейшего оптимизирования композиционных материалов. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации аналитических моделей и уточнения теории или для исследования влияния граничного слоя между волокнами и матрицей.

Ниже будет рассмотрена элементарная КЭ модель, которая характеризуется следующим:

• все непрерывные волокна ориентированы в одном направлении;

• взаимодействие между волокном и матрицей на границе раздела считается идеальным;

• нагрузки задаются перемещениями;

• перераспределение напряжений осуществляется с помощью поперечных и продольных деформаций;

• модель осесимметрична

Следующие параметры могут варьируется:

• диаметр волокна df

• объемное содержание волокна Vf

• модуль упругости (Ef, Em,) и коэффициент Пуасона (nf, nm)

• пластичность матрицы задана графически (зависимость «напряжение-деформация»).

Предполагается, что эта модель будет максимально соответствовать реальной, поскольку сравнение измеренного и рассчитанного модуля упругости и напряжений при растяжении показывают хорошее согласование. Оценка обобщенных напряжений достигнута на основе критерия фон Мизеса.

На рисунке 2.12 представлена геометрическая структурная модель ПКМ.

Разработка физической модели структуры ПКМ с дефектом в виде поры на границе раздела волокно-матрица. - student2.ru Разработка физической модели структуры ПКМ с дефектом в виде поры на границе раздела волокно-матрица. - student2.ru

Рисунок 2.12. Геометрическая модель композиционного материала на основе непрерывных углеродных волокон и эпоксидной матрицы

Геометрическая модель была разработана таким образом, чтобы найти компромисс между ограниченными компьютерными ресурсами и приближенностью к реальным композитам настолько, насколько возможно с использованием литературных данных. КЭ модель должна быть ограничена в размере. На рисунке 2.13 показано извлечение единичной ячейки из безграничной модели. Повторение этой единичной ячейки (включая ее перевертывание – инверсию) воспроизводит полностью форму модели.

Разработка физической модели структуры ПКМ с дефектом в виде поры на границе раздела волокно-матрица. - student2.ru

Рисунок 2.13 Извлечение элементарной модели из безграничной.

На рисунке 2.14 представлена физическая модель ПКМ с дефектом в виде поры на границе раздела волокно-матрица при одноосном растяжении.

Разработка физической модели структуры ПКМ с дефектом в виде поры на границе раздела волокно-матрица. - student2.ru

Рисунок 2.14 Физическая модель ПКМ на основе непрерывных углеродных волокон и эпоксидной матрицы при одноосном растяжении вдоль волокна.

Все результаты по анализу деформационно-прочностных свойств моделируемого ПКМ получены с помощь программного комплекса ANSYS с применением конечно элементного анализа [20].

Наши рекомендации