Упругие свойства и критерий прочности армированного композита

Abstract

Плетеные композиционные материалы находят всё возрастающее применение в различных областях современной техники. В отличие от композитов, армированных прямолинейными волокнами, они имеют более высокую прочность при нагружении касательными напряжениями и повышенные характеристики ударной вязкости. Тканые композиты обладают хорошими технологическими свойствами. Заготовки с углеродными или стеклянными тканями хорошо выкладываются на оснастку при изготовлении тонкостенных элементов конструкций сложных форм. Технологические преимущества тканых композиционных материалов обусловили экономическую целесообразность широкого использования их в авиационной промышленности и автомобилестроении. В работе изложена численная методика идентификации упругих и прочностных характеристик плетеного углепластика по результатам микромеханического анализа представительного объема на основе известных свойств матрицы и волокон. Проведены численные эксперименты на одноосное растяжение в направлениях осей x, y и z. Смоделированы сдвиг в трех координатных плоскостях. Определены прочностные характеристики представительского объема ком позита в условиях растяжения и сжатия в трех направлениях, сдвигов в трех плоскостях.

Плетені композиційні матеріали знаходять все зростаюче застосування у різних галузях сучасної техніки. На відміну від композитів, армованих прямолінійними волокнами, вони мають більш високу міцність при навантаженні дотичними напру гами та підвищені характеристики ударної в'язкості. Ткані композити мають гарні технологічні властивості. Заготівлі з вуглецевими або скляними тканинами добре викладаються на оснастку при виготовленні тонкостінних елементів складних конструкцій форм. Технологічні переваги тканих композиційних матеріалів зумовили економічну доцільність широкого використання їх у авіаційній промисловості та автомобілебудуванні. У роботі викладено чисельну методику ідентифікації пружних та міцнісних характеристик плетеного вуглепластику за результатами мікромеханічного аналізу представницького обсягу на основі відомих властивостей матриці та волокон. Проведено чисельні експерименти на одновісне розтяг у напрямках осей x, y та z. Змодельовано зсув у трьох координатних площинах. Визначено міцнісні характеристики представницького обсягу композиту в умовах розтягування та стиснення у трьох напрямках, сдвигів у трьох площинах та трьох біаксіальних розтягах.

Woven composite materials are increasingly being used in various fields of modern technology. Unlike composites reinforced with straight fibers, they have a higher shear stress loading strength and improved impact strength characteristics. Woven composites have good technological properties. Blanks with carbon or glass fabrics are well laid out on tooling in the manufacture of thin-walled structural elements of complex shapes. The technological advantages of woven composite materials have determined the economic feasibility of their widespread use in the aviation industry and the automotive industry. The paper presents a numerical method for identi fying the elastic and strength characteristics of woven carbon fiber based on the results of a micromechanical analysis of a representa tive volume based on the known properties of the matrix and fibers. Numerical experiments on uniaxial tension in the x, y, and z axes directions have been carried out. Modeled shift in three coordinate planes. The strength characteristics of the representative volume of the composite under conditions of tension and compression in three directions, shifts in three planes, and three biaxial tensions are determined.