MEKANIK AK ENJENYÈ - Kalkil Nimerik ak Analiz Done
Mekanik ak Jeni — Kalkil Nimerik ak Analiz Done Konferans Akademik 2019, 19-21 Avril 2019, Beijing
19-21 avril 2019, Beijing, Lachin
Etid sou Konpòtman Ekspansyon an Kouch nan Fèy Laminate Konpoze Ranfòse ak Fib Kabòn Avanse
Gong Yu1*Wang Yana2, Peng Lei3, Zhao Libin4, Zhang Jianyu1
1Inivèsite Chongqing, Chongqing, 400044, Lachin
2Enstiti Rechèch Aviyasyon Lachin nan, Enstiti Rechèch Materyèl Aeronautik Beijing, Beijing, 100095, Lachin
3Avyon Komèsyal Lachin Sant Rechèch Teknoloji Avyon Sivil Beijing, Beijing, 102211, Lachin
4Inivèsite Aeronautik ak Astronautik Beijing, Beijing, 100191, Lachin
RezimeEstrikti laminé a se youn nan konfigirasyon konpoze ki pi souvan itilize pou konpoze, men delaminasyon vin prensipal mòd echèk li akòz pwopriyete entèlaminè ki fèb. Rechèch sou stratifikasyon laminé milti-kouch ak konpòtman ekspansyon ki souvan itilize nan pratik jeni te toujou yon sijè cho pou entelektyèl yo. Nan atik sa a, rezilta rechèch sou delaminasyon konpoze ranfòse ak fib kabòn nan Inivèsite Chongqing ak Laboratwa Frakti Fatig Inivèsite Beijing yo prezante apati de de aspè rechèch eksperimantal ak simulation nimerik. Finalman, yo pwospekte direksyon devlopman domèn nan.
Mo kle:konpoze ranfòse ak fib kabòn, laminasyon, delaminasyon, stratifikasyon fatig
entwodiksyon
Materyèl konpoze yo gen pwopriyete ekselan tankou gwo fòs espesifik ak gwo rèd espesifik, epi yo te lajman itilize nan ayewospasyal, teknoloji enèji, ak transpò sivil ak konstriksyon. Pandan pwosesis ak itilizasyon materyèl konpoze yo, fib yo ak matris la ap sibi diferan degre domaj anba chaj. Mòd echèk komen pou laminasyon konpoze yo enkli domaj entèkouch ak domaj nan kouch yo. Akòz mank ranfòsman nan direksyon epesè a, pwopriyete mekanik lateral laminasyon an pòv, epi domaj delaminasyon gen anpil chans rive anba chaj enpak ekstèn. Aparisyon ak ekspansyon domaj stratifye ap mennen nan yon diminisyon nan rèd ak fòs estriktirèl, e menm lakòz aksidan katastwofik.[1-3]Se poutèt sa, pwoblèm delaminasyon an vin pi plis konsène nan konsepsyon estriktirèl ak analiz fòs materyèl konpoze yo, epi li nesesè pou etidye konpòtman ekspansyon kouch materyèl konpoze yo.[4].
Rechèch sou konpòtman ekspansyon kouch nan laminat
1. Etid eksperimantal
Rezistans frakti entèlaminè a se yon paramèt karakteristik pwopriyete mekanik ant kouch konpoze yo. Yo te etabli estanda tès korespondan pou detèminasyon rezistans frakti entèlaminè nan laminat unidireksyonèl ibrid Tip I, Tip II ak I/II. Aparèy tès korespondan an montre nan Figi 1. Sepandan, laminat miltidireksyonèl materyèl konpoze yo souvan itilize nan estrikti jeni aktyèl la. Se poutèt sa, etid eksperimantal sou konpòtman stratifikasyon ak ekspansyon laminat miltidireksyonèl yo gen yon siyifikasyon teyorik ak yon valè jeni ki pi enpòtan. Inisyasyon ak ekspansyon kouch laminat miltikouch la fèt ant interfaces ki gen ang stratifikasyon abitrè, epi konpòtman ekspansyon kouch la siyifikativman diferan de sa ki nan laminat unidireksyonèl yo, epi mekanis ekspansyon an pi konplike. Chèchè yo gen relativman kèk etid eksperimantal sou laminat miltidireksyonèl, epi detèminasyon rezistans frakti entèlaminè a poko etabli yon estanda entènasyonal. Ekip rechèch la te itilize fib kabòn T700 ak T800 pou konsepsyon yon varyete laminat konpoze ak diferan ang kouch koòdone, epi yo te etidye enfliyans ang kouch koòdone ak pon fib sou konpòtman delaminasyon estatik ak fatig. Yo te jwenn ke pon fib ki fòme pa kwen dèyè kouch la gen yon gwo enfliyans sou rezistans frakti entèlaminè a. Ofiramezi stratifikasyon an ap elaji, rezistans frakti entèlaminè a ap ogmante piti piti apati yon valè inisyal ki pi ba, epi lè stratifikasyon an rive nan yon sèten longè, li rive nan yon valè ki estab, sa vle di, fenomèn koub rezistans R la. Rezistans frakti inisyal kouch entèlaminè a prèske egal e apeprè egal ak rezistans frakti résine a, ki depann de rezistans frakti matris la li menm.[5, 6]Sepandan, valè ekstansyon rezistans frakti entèlaminè diferan entèfas yo varye anpil. Yo prezante yon depandans siyifikatif sou ang kouch entèfas la. Pou reponn a depandans sa a, Zhao et al.[5]Baze sou mekanis fizik sous rezistans stratifye a, yo konsidere ke valè estabilite rezistans frakti entèlaminè a konsiste de de pati, yon pati se travay frakti entèfas kouch ki pa gen rapò a, epi lòt pati a se domaj andedan kouch la ak fib la. Travay frakti ki koze pa pon an. Atravè analiz eleman fini nan chan estrès devan kouch la, yo jwenn ke dezyèm pati travay frakti a depann de pwofondè zòn domaj devan delaminasyon an (jan yo montre nan Figi 3), epi pwofondè zòn domaj la pwopòsyonèl ak ang kouch entèfas la. Yo prezante yon modèl teyorik sou valè estabilite rezistans frakti tip I a, ki eksprime pa fonksyon sinisoyidal ang kouch entèfas la.
Gong et al.[7]Yo te fè tès stratifikasyon ibrid I/II a anba diferan rapò melanj, epi yo te jwenn ke stratifikasyon ibrid I/II nan laminasyon an genyen tou karakteristik koub rezistans R siyifikatif. Atravè analiz rezistans frakti ant diferan moso tès yo, yo te jwenn ke valè inisyal la ak valè ki estab rezistans frakti entèlaminè moso tès la ogmante anpil ak ogmantasyon rapò melanj lan. Anplis de sa, kritè BK a ka dekri rezistans frakti inisyal ak ki estab kouch entèmedyè a anba diferan rapò melanj.
An tèm de stratifikasyon fatig, yo te obsève tou yon gwo pon fib pandan tès la. Atravè analiz done tès yo, yo te jwenn ke ekspansyon delaminasyon fatig materyèl konpoze a afekte pa "koub rezistans" la, kidonk modèl tradisyonèl to ekspansyon stratifikasyon fatig la ak valè papòt la pa aplikab ankò. Sou baz analiz teyorik, Zhang ak Peng[4,8,9]te prezante rezistans ekspansyon delaminasyon fatig pou eksprime enèji ki nesesè pou ekspansyon delaminasyon fatig materyèl konpoze yo, epi li te pwopoze enèji defòmasyon nòmalize a. To liberasyon an se modèl to ekspansyon stratifye fatig la ak valè papòt paramèt kontwòl yo. Aplikabilite modèl la ak paramèt papòt nòmalize a verifye pa eksperyans. Anplis, Zhao et al.[3]te konsidere an pwofondè efè pon fib, rapò estrès ak rapò melanj chaj sou stratifikasyon fatig ak konpòtman ekspansyon, epi yo te etabli yon modèl vitès ekspansyon stratifye fatig nòmalize ki konsidere enfliyans rapò estrès la. Presizyon modèl la te verifye pa tès stratifikasyon fatig ak diferan rapò estrès ak rapò melanj. Pou kantite fizik rezistans ekspansyon stratifye fatig nan modèl vitès ekspansyon stratifye fatig nòmalize a, Gong et al.[1]Simonte feblès metòd kalkil la ki ka sèlman jwenn pwen done disrè limite atravè eksperyans, epi etabli fatig nan pwen de vi enèji a. Yon modèl analitik pou kalkil rezistans pwolonje stratifye. Modèl la ka reyalize detèminasyon kantitatif stratifikasyon fatig ak rezistans ekspansyon, epi bay sipò teyorik pou aplikasyon modèl pousantaj ekspansyon stratifye fatig normalized ki pwopoze a.
Figi 1 dyagram aparèy tès stratifye
Figi 2 Koub rezistans R pou frakti ant kouch yo[5]
Figi 3 Zòn domaj kwen devan an kouch ak mòfoloji pwolonje stratifye[5]
2. Etid simulation nimerik
Similasyon nimerik ekspansyon an kouch se yon kontni rechèch enpòtan nan domèn konsepsyon estrikti konpoze. Lè y ap predi echèk delaminasyon laminasyon unidireksyonèl konpoze yo, kritè ekspansyon stratifikasyon ki egziste yo anjeneral itilize rezistans frakti entèlaminè konstan kòm paramèt pèfòmans debaz la.[10], lè w konpare to liberasyon enèji pwent fant lan ak rezistans frakti entèlaminè a. Gwosè pou detèmine si kouch yo ap agrandi. Mekanis fayit laminasyon milti-direksyonèl yo konplèks.[11,12], ki karakterize pa koub rezistans R siyifikatif[5,13]Kritè ekspansyon kouch ki egziste deja yo pa pran karakteristik sa a an kont epi yo pa aplike nan simulation konpòtman delaminasyon laminasyon miltidireksyonèl ki gen fib. Gong et al.[10, 13]amelyore kritè ekspansyon stratifye ki deja egziste yo epi pwopoze pou entwodui koub rezistans R nan kritè yo, epi baze sou sa, etabli yon kritè ekspansyon stratifye ki konsidere efè pon fib yo. Definisyon ak paramèt itilizasyon inite koezif konstititif bilinè a te etidye sistematikman pa metòd nimerik, ki gen ladan rèd entèfas inisyal la, fòs entèfas la, koyefisyan viskozite a ak kantite minimòm eleman nan zòn fòs koezif la. Modèl paramèt inite koezif korespondan an te etabli. Finalman, efikasite ak aplikabilite kritè ekspansyon an kouch amelyore a ak modèl paramèt inite koezif la verifye pa tès stratifikasyon estatik. Sepandan, kritè amelyore yo ka sèlman itilize pou simulation kouch inidimansyonèl akòz depandans pozisyonèl epi yo pa ka itilize pou ekstansyon yerarchik de oswa twa dimansyon. Pou rezoud pwoblèm sa a, otè a te pwopoze tou yon nouvo fòs koezif trilineè ki konsidere pon fib yo.[14]Relasyon konstitif la anfòm ak pwosesis konplèks ekspansyon an kouch nan yon pèspektiv mikwoskopik, epi li gen avantaj paramèt senp ak siyifikasyon fizik klè.
Anplis de sa, pou kapab simile avèk presizyon fenomèn migrasyon stratifye ki komen nan pwosesis stratifikasyon laminat milti-direksyonèl yo[11,12], Zhao et al.[11,12]pwopoze yon modèl gidans chemen fant ki baze sou eleman fini pwolonje, ki simile yon konsepsyon espesyal. Migrasyon yerarchik nan yon tès stratifikasyon konpoze. An menm tan, yo pwopoze yon modèl ekspansyon an kouch pou konpòtman ekspansyon an kouch zigzag sou koòdone kouch 90°/90° a, ki simile avèk presizyon konpòtman ekspansyon an kouch nan koòdone 90°/90° a.
Figi 4 Similasyon nimerik migrasyon an kouch ak rezilta eksperimantal yo[15]
Konklizyon
Atik sa a konsantre sou rezilta rechèch gwoup sa a nan domèn delaminasyon laminasyon konpoze. Aspè eksperimantal yo sitou gen ladan enfliyans ang kouch entèfas la ak pon fib sou konpòtman ekspansyon delaminasyon estatik ak fatig. Atravè yon gwo kantite etid eksperimantal, yo te jwenn ke mekanis fayit laminasyon milti-direksyonèl materyèl konpoze yo konplike. Pon fib se yon mekanis ranfòsman komen nan laminasyon milti-direksyonèl, ki se rezon prensipal pou koub rezistans R nan rezistans frakti entèlaminè. Kounye a, etid koub rezistans R anba stratifikasyon II a relativman ensifizan e li bezwen plis rechèch. Apati mekanis fayit la, yo pwopoze modèl stratifikasyon fatig la ki gen ladan divès faktè enfliyans, ki se yon direksyon rechèch stratifikasyon fatig. An tèm de simulation nimerik, gwoup rechèch la te pwopoze yon kritè ekspansyon yerarchik amelyore ak yon modèl konstititif koezif pou konsidere enfliyans pon fib sou konpòtman ekspansyon stratifye a. Anplis de sa, yo itilize eleman fini pwolonje a pou pi byen simile fenomèn migrasyon yerarchik la. Metòd sa a elimine nesesite pou divizyon selilè amann, elimine pwoblèm ki asosye ak redivizyon may la. Li gen avantaj inik nan simile stratifikasyon fòm abitrè, epi plis rechèch sou aplikasyon jeni metòd sa a nesesè nan lavni.[16].
Referans
[1] Y Gong, L Zhao, J Zhang, N Hu. Yon nouvo modèl pou detèmine rezistans delaminasyon fatig nan laminasyon konpoze nan yon pwen de vi enèji. Compos Sci Technol 2018; 167: 489-96.
[2] L Zhao, Y Wang, J Zhang, Y Gong, N Hu, N Li. Modèl ki baze sou XFEM pou simile kwasans delaminasyon zigzag nan konpoze laminated anba chaj mòd I. Compos Struct 2017; 160: 1155-62.
[3] L Zhao, Y Gong, J Zhang, Y Wang, Z Lu, L Peng, N Hu. Yon nouvo entèpretasyon sou konpòtman kwasans delaminasyon fatig nan laminasyon miltidireksyonèl CFRP. Compos Sci Technol 2016; 133: 79-88.
[4] L Peng, J Zhang, L Zhao, R Bao, H Yang, B Fei. Kwasans delaminasyon Mòd I nan laminasyon konpoze miltidireksyonèl anba chaj fatig. J Compos Mater 2011; 45: 1077-90.
[5] L Zhao, Y Wang, J Zhang, Y Gong, Z Lu, N Hu, J Xu. Yon modèl ki depann sou entèfas pou detèmine rezistans frakti plato nan laminasyon CFRP miltidireksyonèl anba chaj mòd I. Composites Part B: Engineering 2017; 131: 196-208.
[6] L Zhao, Y Gong, J Zhang, Y Chen, B Fei. Similasyon kwasans delaminasyon nan laminasyon miltidireksyonèl anba chaj mòd I ak mòd melanje I/II lè l sèvi avèk eleman koezif. Compos Struct 2014; 116: 509-22.
[7] Y Gong, B Zhang, L Zhao, J Zhang, N Hu, C Zhang. Konpòtman koub R nan delaminasyon mòd melanje I/II nan laminasyon kabòn/epoksi ak koòdone unidireksyonèl ak miltidireksyonèl. Compos Struct 2019. (Anba revizyon).
[8] L Peng, J Xu, J Zhang, L Zhao. Kwasans delaminasyon mòd melanje nan laminasyon konpoze miltidireksyonèl anba chaj fatig. Eng Fract Mech 2012; 96: 676-86.
[9] J Zhang, L Peng, L Zhao, B Fei. To kwasans delaminasyon fatig ak papòt laminasyon konpoze anba chaj mòd melanje. Int J Fatigue 2012; 40: 7-15.
[10] Y Gong, L Zhao, J Zhang, Y Wang, N Hu. Kritè pwopagasyon delaminasyon ki gen ladan efè pon fib pou delaminasyon mòd melanje I/II nan laminasyon miltidireksyonèl CFRP. Compos Sci Technol 2017; 151: 302-9.
[11] Y Gong, B Zhang, SR Hallett. Migrasyon delaminasyon nan laminasyon konpoze miltidireksyonèl anba chaj kwazi-estatik ak fatig mòd I. Compos Struct 2018; 189: 160-76.
[12] Y Gong, B Zhang, S Mukhopadhyay, SR Hallett. Etid eksperimantal sou migrasyon delaminasyon nan laminasyon miltidireksyonèl anba chaj estatik ak fatig mòd II, an konparezon ak mòd I. Compos Struct 2018; 201: 683-98.
[13] Y Gong, L Zhao, J Zhang, N Hu. Yon kritè lwa puisans amelyore pou pwopagasyon delaminasyon ak efè pon fib sou gwo echèl nan laminasyon konpoze miltidireksyonèl. Compos Struct 2018; 184: 961-8.
[14] Y Gong, Y Hou, L Zhao, W Li, G Yang, J Zhang, N Hu. Yon nouvo modèl zòn koezif twa lineyè pou kwasans delaminasyon nan laminasyon DCB ak efè pon fib. Compos Struct 2019. (Pou soumèt)
[15] L Zhao, J Zhi, J Zhang, Z Liu, N Hu. Similasyon XFEM delaminasyon nan laminasyon konpoze. Konpozit Pati A: Syans Aplike ak Faktori 2016; 80: 61-71.
[16] Zhao Libin, Gong Yu, Zhang Jianyu. Pwogrè rechèch sou konpòtman ekspansyon stratifye nan laminasyon konpoze ranfòse ak fib. Journal of Aeronautical Sciences 2019: 1-28.
Sous:Gong Yu, Wang Yana, Peng Lei, Zhao Libin, Zhang Jianyu. Etid sou konpòtman ekspansyon stratifye nan laminasyon konpoze avanse ranfòse ak fib kabòn [C]. Mekanik ak Jeni - Kalkil Nimerik ak Analiz Done 2019 Konferans Akademik. Sosyete Chinwa Mekanik, Sosyete Mekanik Beijing, 2019. via ixueshu
Dat piblikasyon: 15 novanm 2019