MEICNIC AGUS INNEALTÓIREACHT - Ríomhaíocht Uimhriúil agus Anailís Sonraí
Comhdháil Acadúil Meicnic agus Innealtóireacht — Ríomhanna Uimhriúla agus Anailís Sonraí 2019, 19-21 Aibreán, 2019, Béising
19-21 Aibreán, 2019, Béising, an tSín
Staidéar ar Iompar Leathnaithe Srathach Bileog Lamináití Ilchodacha Treisithe le Snáithín Carbóin Ardleibhéil
Gong Yu1*, Wang Yana2, Peng Lei3, Zhao Libin4, Zhang Jianyu1
1Ollscoil Chongqing, Chongqing, 400044, an tSín
2Institiúid Taighde Eitlíochta na Síne Institiúid Taighde Ábhar Aerloingseoireachta Béising, Béising, 100095, an tSín
3Aerárthaí Tráchtála na Síne Ionad Taighde Teicneolaíochta Aerárthaí Sibhialta Bhéising, Béising, 102211, an tSín
4Ollscoil Aerloingseoireachta agus Astronautics Bhéising, Béising, 100191, an tSín
AchoimreTá struchtúr lannáin ar cheann de na cumraíochtaí ilchodacha is coitianta a úsáidtear le haghaidh comhchodanna, ach is é an dí-lannú an príomh-mhodh teipe mar gheall ar airíonna laga idir-lannacha. Bhí taighde ar strathúcháin lannáin ilchisealacha agus ar iompar leathnaithe a úsáidtear go coitianta i gcleachtas innealtóireachta ina ábhar te i gcónaí do scoláirí. Sa pháipéar seo, tugtar isteach torthaí taighde dí-lannú ilchodach athneartaithe le snáithín carbóin in Ollscoil Chongqing agus in Saotharlann Briste Tuirse Ollscoil Aerloingseoireachta agus Spáseolaíochta Béising ó dhá ghné den taighde turgnamhach agus den insamhalta uimhriúil. Ar deireadh, déantar treo forbartha an réimse a ionchasú.
Eochairfhocail:ilchodach athneartaithe le snáithín carbóin, lannaithe, dí-lannú, srathú tuirse
réamhrá
Tá airíonna den scoth ag ábhair chomhchodacha amhail neart sonrach ard agus dolúbthacht shonrach ard, agus úsáidtear go forleathan iad san aeraspás, sa teicneolaíocht fuinnimh, agus san iompar agus sa tógáil shibhialta. Le linn próiseála agus úsáide ábhar comhchodach, beidh céimeanna éagsúla damáiste ag baint leis na snáithíní agus leis an maitrís faoi ualach. I measc na modhanna teipe coitianta le haghaidh lannáin chomhchodacha tá damáiste idirchiseal agus damáiste laistigh de shraitheanna. Mar gheall ar easpa athneartaithe i dtreo an tiús, tá droch-airíonna meicniúla cliathánacha an lannáin, agus is dócha go dtarlóidh damáiste dí-lannaithe faoi ualaí tionchair sheachtracha. Mar thoradh ar tharla agus leathnú damáiste sraitheach, laghdófar dolúbthacht agus neart struchtúrach, agus beidh timpistí tubaisteacha mar thoradh air fiú.[1-3]Dá bhrí sin, tá an fhadhb dí-áitithe ag éirí níos mó agus níos mó i ndearadh struchtúrach agus anailís neart ábhar ilchodach, agus is gá iompar leathnaithe srathach ábhar ilchodach a imscrúdú.[4].
Taighde ar iompar leathnaithe srathach lannáin
1. Staidéar turgnamhach
Is paraiméadar tréith de na hairíonna meicniúla idir sraitheanna ilchodacha é diana briste idir-lannach. Tá caighdeáin tástála comhfhreagracha bunaithe chun diana briste idir-lannach lannáin aontreocha hibrideacha Cineál I, Cineál II agus I/II a chinneadh. Taispeántar an gaireas tástála comhfhreagrach i bhFíor 1. Mar sin féin, is minic a úsáidtear lannáin ilthreocha d'ábhair ilchodacha sa struchtúr innealtóireachta iarbhír. Dá bhrí sin, tá tábhacht theoiriciúil agus luach innealtóireachta níos tábhachtaí ag baint leis an staidéar turgnamhach ar iompar srathaithe agus leathnaithe lannáin ilthreocha. Tarlaíonn tionscnamh agus leathnú sraitheanna lannáin ilchisealacha idir comhéadain le huillinneacha sraithe treallacha, agus tá an t-iompar leathnaithe srathaithe difriúil go suntasach ó iompar lannáin aontreocha, agus tá an mheicníocht leathnaithe níos casta. Tá beagán staidéar turgnamhach ag taighdeoirí ar lannáin ilthreocha, agus níl caighdeán idirnáisiúnta bunaithe fós chun diana briste idir-lannach a chinneadh. Bhain an fhoireann taighde úsáid as snáithín carbóin T700 agus T800 chun éagsúlacht lannán ilchodach a dhearadh le huillinneacha leagan comhéadain éagsúla, agus rinne siad staidéar ar thionchar uillinn leagan comhéadain agus droicheadú snáithíní ar iompar dí-lannaithe statach agus tuirse. Fuarthas amach go mbíonn tionchar mór ag droichid snáithíneach a chruthaítear ag imeall cúil an chiseal ar dhianacht briste an idir-shraithe. De réir mar a leathnaíonn an srathú, méadóidh an dianacht briste idir-shraithe de réir a chéile ó luach tosaigh níos ísle, agus nuair a shroicheann an srathú fad áirithe, sroicheann sé luach cobhsaí, is é sin, feiniméan cuar friotaíochta R. Tá dianacht briste tosaigh an idir-shraithe beagnach cothrom agus thart ar chomhionann le dianacht briste an roisín, a bhraitheann ar dhianacht briste an mhaitrís féin.[5, 6]Mar sin féin, bíonn éagsúlacht mhór idir luachanna síneadh diana briste idir-lannacha comhéadain éagsúla. Cuirtear spleáchas suntasach uillinne an chiseal comhéadain i láthair. Mar fhreagra ar an spleáchas seo, Zhao et al.[5]Bunaithe ar mheicníocht fhisiceach an fhoinse friotaíochta srathaithe, meastar go bhfuil dhá chuid sa luach cobhsaíochta diana briste idir-lannach, cuid amháin is ea obair briste an chomhéadain ciseal neamhghaolmhar, agus is é an chuid eile an damáiste agus an snáithín inchiseal. Obair na briste de bharr droichid. Trí anailís eilimintí críochta ar réimse tosaigh struis an tosaigh srathaithe, fuarthas amach go mbraitheann an dara cuid den obair briste ar dhoimhneacht chrios damáiste an tosaigh dí-lannaithe (mar a thaispeántar i bhFíor 3), agus go bhfuil doimhneacht an chrios damáiste comhréireach le huillinn leagan amach an chomhéadain. Cuirtear samhail theoiriciúil de luach cobhsaíochta diana briste cineál-I i láthair a léirítear leis an fheidhm shíonóiseach d'uillinn chiseal an chomhéadain.
Gong et al.[7]rinneadh an tástáil srathaithe hibrideach I/II faoi chóimheasa meascáin éagsúla, agus fuarthas amach go bhfuil tréithe cuar friotaíochta R suntasacha ag an srathaithe hibrideach I/II sa lannán freisin. Trí anailís a dhéanamh ar an diana briste idir píosaí tástála éagsúla, fuarthas amach go méadaíonn an luach tosaigh agus an luach cobhsaí de dhiana briste idirlannach an phíosa tástála go suntasach de réir mar a mhéadaíonn an cóimheas meascáin. Ina theannta sin, is féidir cur síos a dhéanamh ar dhiana briste tosaigh agus cobhsaí an idirchiseal faoi chóimheasa meascáin éagsúla leis an gcritéar BK.
Maidir le sraithiú tuirse, breathnaíodh droichid shuntasach snáithíneach le linn na tástála freisin. Trí anailís a dhéanamh ar shonraí na tástála, fuarthas amach go mbíonn tionchar ag an “cuar friotaíochta” ar leathnú dí-lannaithe tuirse an ábhair chomhchodaigh, ionas nach bhfuil an tsamhail ráta leathnaithe sraithiú tuirse traidisiúnta agus an luach tairsí infheidhme a thuilleadh. Bunaithe ar an anailís theoiriciúil, Zhang agus Peng[4,8,9]tugadh isteach an fhriotaíocht leathnaithe dí-láithrithe tuirse chun an fuinneamh a theastaíonn le haghaidh leathnú dí-láithrithe tuirse ábhar ilchodach a chur in iúl, agus mhol sé an fuinneamh brú normalaithe freisin. Is é an ráta scaoilte an tsamhail ráta leathnaithe srathaithe tuirse agus luach tairsí na bparaiméadar rialaithe. Fíoraítear infheidhmeacht an mhúnla agus an pharaiméadair tairsí normalaithe trí thurgnaimh. Ina theannta sin, rinne Zhao et al.[3]bhreithnigh siad go cuimsitheach éifeachtaí droichid snáithíní, cóimheas struis agus cóimheas meascáin ualaigh ar strátaíocht tuirse agus iompar leathnaithe, agus bhunaigh siad samhail ráta leathnaithe strátaithe tuirse normalaithe ag cur tionchar an chóimheas struis san áireamh. Fíoraíodh cruinneas an mhúnla le tástálacha strátaithe tuirse le cóimheasa struis agus cóimheasa meascáin éagsúla. Maidir le cainníocht fhisiceach friotaíochta leathnaithe strátaithe tuirse sa tsamhail ráta leathnaithe strátaithe tuirse normalaithe, Gong et al.[1]sárú a dhéanamh ar laige an mhodha ríofa nach féidir ach pointí sonraí scoite teoranta a fháil trí thurgnaimh, agus tuirse a bhunú ó thaobh an fhuinnimh de. Múnla anailíseach chun friotaíocht shínte srathaithe a ríomh. Is féidir leis an tsamhail cinneadh cainníochtúil a dhéanamh ar shrathú tuirse agus ar fhriotaíocht leathnaithe, agus tacaíocht theoiriciúil a sholáthar d’fheidhmchlár an mhúnla ráta leathnaithe srathaithe tuirse normalaithe atá beartaithe.
Fíor 1 léaráid feiste tástála srathaithe
Fíor 2 Cuar friotaíochta R maidir le diana briste idirchiseal[5]
Fíor 3 Crios damáiste imeall tosaigh srathach agus moirfeolaíocht shínte srathach[5]
2. Staidéar insamhalta uimhriúil
Is ábhar taighde tábhachtach i réimse dearadh struchtúr ilchodach é an insamhalta uimhriúil ar leathnú srathach. Agus teip dí-lannaithe lannáin aontreocha ilchodacha á thuar, is gnách go n-úsáideann na critéir leathnú srathúcháin atá ann cheana diana briste idir-lann tairiseach mar an paraiméadar feidhmíochta bunúsach.[10], trí ráta scaoilte fuinnimh bharr na scoilte agus diana briste idir-lannach a chur i gcomparáid. Méid chun a chinneadh an bhfuil an cisealú ag leathnú. Tá meicníocht teipe lannán ilthreorach casta.[11,12], atá tréithrithe ag cuar friotaíochta suntasacha R[5,13]Ní chuireann na critéir leathnúcháin srathacha atá ann cheana an ghné seo san áireamh agus ní bhaineann siad le hinsamhaladh iompar dí-lannaithe lannáin ilthreoracha droichidithe ina bhfuil snáithíní. Gong et al.[10, 13]feabhsaíodh na critéir leathnaithe sraitheacha atá ann cheana agus mhol siad cuar friotaíochta R a thabhairt isteach sna critéir, agus bunaithe air seo, bunaíodh critéar leathnaithe sraitheach ag cur san áireamh éifeachtaí droichid snáithíní. Rinneadh staidéar córasach ar shainmhíniú agus ar pharaiméadair úsáide an aonaid chomhtháite chomhchosúil délíneach trí mhodhanna uimhriúla, lena n-áirítear an dolúbthacht chomhéadain tosaigh, neart an chomhéadain, comhéifeacht slaodachta agus an líon íosta eilimintí sa chrios fórsa comhtháite. Bunaíodh an tsamhail pharaiméadair aonaid chomhtháite chomhfhreagrach. Ar deireadh, fíoraítear éifeachtacht agus infheidhmeacht an chritéir leathnaithe sraitheach feabhsaithe agus an tsamhail pharaiméadair aonaid chomhtháite feabhsaithe trí thástáil sraitheach statach. Mar sin féin, ní féidir na critéir fheabhsaithe a úsáid ach le haghaidh insamhaltaí sraitheacha aon-toiseacha mar gheall ar spleáchais shuíomhacha agus ní le haghaidh síntí ordlathacha dhá nó tríthoiseacha. Chun an fhadhb seo a réiteach, mhol an t-údar freisin bunús fórsa comhtháite trílíneach nua ag cur droichid snáithíní san áireamh.[14]Oireann an gaol bunreachtúil don phróiseas casta leathnúcháin srathach ó pheirspictíocht mhicreascópach, agus tá na buntáistí a bhaineann le paraiméadair shimplí agus brí fhisiceach shoiléir aige.
Ina theannta sin, chun an feiniméan imirce srathaithe atá coitianta i bpróiseas srathaithe laminates ilthreoracha a insamhladh go cruinn[11,12], Zhao et al.[11,12]mhol samhail threorach cosáin scoilte bunaithe ar eilimint chríochta leathnaithe, ag insamhladh dearadh speisialta. Imirce ordlathach i dtástáil srathaithe ilchodach. Ag an am céanna, moltar samhail leathnaithe srathach don iompar leathnaithe srathach zigzag feadh an chomhéadain srathach 90°/90°, a insamhlaíonn go cruinn iompar leathnaithe srathach an chomhéadain 90°/90°.
Fíor 4 Insamhladh uimhriúil ar imirce srathach agus torthaí turgnamhacha[15]
Conclúid
Díríonn an páipéar seo ar thorthaí taighde an ghrúpa seo i réimse dí-lannú lannán ilchodach. Áirítear leis na gnéithe turgnamhacha den chuid is mó tionchar uillinn leagan an chomhéadain agus droicheadú snáithíní ar iompar leathnaithe dí-lannú statach agus tuirse. Trí líon mór staidéar turgnamhach, fuarthas amach go bhfuil meicníocht teipe lannán ilthreoch casta i gcás ábhar ilchodach. Is meicníocht neartaithe coitianta é droicheadú snáithíní i lannáin ilthreocha, arb é an phríomhchúis atá leis an gcuar friotaíochta R de dhianacht briste idir-lannach. Faoi láthair, tá an staidéar ar chuar friotaíochta R faoin srathú II sách easnamhach agus tá gá le tuilleadh taighde. Ag tosú ón meicníocht teipe, moltar an tsamhail srathaithe tuirse lena n-áirítear fachtóirí tionchair éagsúla, arb é treo taighde srathaithe tuirse é. Maidir le hinsamhalta uimhriúil, mhol an grúpa taighde critéar leathnaithe ordlathach feabhsaithe agus samhail chomhtháite chomhtháite chun tionchar droicheadú snáithíní ar an iompar leathnaithe srathaithe a mheas. Ina theannta sin, úsáidtear an eilimint chríochta leathnaithe chun feiniméan imirce ordlathach a insamhladh níos fearr. Cuireann an modh seo deireadh leis an ngá atá le deighilt mhíncheallach, rud a chuireann deireadh leis na fadhbanna a bhaineann le hath-deighilt mogalra. Tá buntáistí uathúla aige maidir le sraithiú cruthanna treallacha a insamhladh, agus tá gá le tuilleadh taighde ar chur i bhfeidhm innealtóireachta ar an modh seo amach anseo.[16].
Tagairtí
[1] Y Gong, L Zhao, J Zhang, N Hu. Múnla úrnua chun friotaíocht dí-lannaithe tuirse i lannáin chomhchodacha a chinneadh ó thaobh fuinnimh de. Compos Sci Technol 2018; 167: 489-96.
[2] L Zhao, Y Wang, J Zhang, Y Gong, N Hu, N Li. Samhail bunaithe ar XFEM chun fás dí-lannaithe zigzag a insamhladh i gcomhchodanna lannaithe faoi luchtú modh I. Compos Struct 2017; 160: 1155-62.
[3] L Zhao, Y Gong, J Zhang, Y Wang, Z Lu, L Peng, N Hu. Léirmhíniú úrnua ar iompar fáis dí-lannaithe tuirse i lannáin ilthreocha CFRP. Compos Sci Technol 2016; 133: 79-88.
[4] L Peng, J Zhang, L Zhao, R Bao, H Yang, B Fei. Fás dí-lannaithe Mód I de lannáin chomhchodacha ilthreoracha faoi ualach tuirse. J Compos Mater 2011; 45: 1077-90.
[5] L Zhao, Y Wang, J Zhang, Y Gong, Z Lu, N Hu, J Xu. Samhail atá ag brath ar chomhéadan de dhianacht briste ardchláir i lannáin CFRP ilthreoracha faoi ualach modh I. Comhchodanna Cuid B: Innealtóireacht 2017; 131: 196-208.
[6] L Zhao, Y Gong, J Zhang, Y Chen, B Fei. Insamhladh fáis dí-lannaithe i lannáin ilthreoracha faoi ualaí mód I agus mód measctha I/II ag baint úsáide as eilimintí comhtháite. Compos Struct 2014; 116: 509-22.
[7] Y Gong, B Zhang, L Zhao, J Zhang, N Hu, C Zhang. Iompar cuar-R an dí-lannaithe I/II mód measctha i lannáin charbóin/eapocsa le comhéadain aontreocha agus ilthreocha. Compos Struct 2019. (Faoi Athbhreithniú).
[8] L Peng, J Xu, J Zhang, L Zhao. Fás dí-lannaithe mód measctha ar lannáin chomhchodacha ilthreoracha faoi ualach tuirse. Eng Fract Mech 2012; 96: 676-86.
[9] J Zhang, L Peng, L Zhao, B Fei. Rátaí fáis dí-lannaithe tuirse agus tairseacha lannáin chomhchodacha faoi luchtú mód measctha. Int J Fatigue 2012; 40: 7-15.
[10] Y Gong, L Zhao, J Zhang, Y Wang, N Hu. Critéar iomadúcháin dí-lannaithe lena n-áirítear éifeacht droichid snáithíní le haghaidh dí-lannaithe measctha-mhód I/II i lannáin ilthreocha CFRP. Compos Sci Technol 2017; 151: 302-9.
[11] Y Gong, B Zhang, SR Hallett. Imirce dí-lannaithe i lannáin chomhchodacha ilthreoracha faoi ualach cuasi-statach agus tuirse mód I. Compos Struct 2018; 189: 160-76.
[12] Y Gong, B Zhang, S Mukhopadhyay, SR Hallett. Staidéar turgnamhach ar imirce dí-lannaithe i lannáin ilthreoracha faoi ualach statach agus tuirse mód II, i gcomparáid le mód I. Compos Struct 2018; 201: 683-98.
[13] Y Gong, L Zhao, J Zhang, N Hu. Critéar feabhsaithe dlí cumhachta le haghaidh iomadú dí-lannaithe le héifeacht droichid snáithíní ar scála mór i lannáin ilchodacha ilchodacha. Compos Struct 2018; 184: 961-8.
[14] Y Gong, Y Hou, L Zhao, W Li, G Yang, J Zhang, N Hu. Samhail nua crios comhtháite trí líneach le haghaidh fás dí-lannaithe i lannáin DCB le héifeacht droichid snáithíní. Compos Struct 2019. (Le cur isteach)
[15] L Zhao, J Zhi, J Zhang, Z Liu, N Hu. Insamhladh XFEM ar dhí-lannú i lannáin chomhchodacha. Comhchodanna Cuid A: Eolaíocht Fheidhmeach agus Déantúsaíocht 2016; 80: 61-71.
[16] Zhao Libin, Gong Yu, Zhang Jianyu. Dul chun cinn taighde ar iompar leathnaithe sraitheach lannáin chomhchodacha athneartaithe le snáithín. Iris na nEolaíochtaí Aerloingseoireachta 2019: 1-28.
Foinse:Gong Yu, Wang Yana, Peng Lei, Zhao Libin, Zhang Jianyu. Staidéar ar iompar leathnaithe sraitheach lannáin chomhchodacha athneartaithe le snáithín carbóin ardleibhéil [C]. Comhdháil Acadúil Meicnic agus Innealtóireachta - Ríomh Uimhriúil agus Anailís Sonraí 2019. Cumann Meicnic na Síne, Cumann Meicnic Bhéising, 2019. trí ixueshu
Am an phoist: 15 Samhain 2019