MEKANÎK Û ENDAZYARÎ - Hesabkirina Hejmarî û Analîza Daneyan
Mekanîk û Endezyarî — Hesabkirinên Hejmarî û Analîza Daneyan 2019 Konferansa Akademîk, 19-21ê Nîsanê, 2019, Pekîn
19-21ê Nîsanê, 2019, Pekîn, Çîn
Lêkolînek li ser Reftara Berfirehbûna Qatkirî ya Pelê Laminatên Kompozît ên Bi Fîbera Karbonê ya Pêşketî Xurtkirî
Gong Yu1*, Wang Yana2Peng Lei3, Zhao Libin4, Zhang Jianyu1
1Zanîngeha Çongqing, Çongqing, 400044, Çîn
2Enstîtuya Lêkolînên Hewayî ya Çînê Enstîtuya Lêkolînên Materyalên Hewayî ya Pekînê, Pekîn, 100095, Çîn
3Balafirên Bazirganî yên Çînê Navenda Lêkolînê ya Teknolojiya Balafirên Sivîl ên Pekînê, Pekîn, 102211, Çîn
4Zanîngeha Pekînê ya Hewayî û Astronotîkê, Pekîn, 100191, Çîn
VeqetîAvahiya laminat yek ji konfigurasyonên kompozît ên herî zêde tê bikar anîn ji bo kompozîtan e, lê ji ber taybetmendiyên qels ên navbera laminatan, veqetandina laminat dibe moda wê ya sereke ya têkçûnê. Lêkolîna li ser şêwazkirin û tevgera berfirehbûna laminat a pir-qatî ku bi gelemperî di pratîka endezyariyê de tê bikar anîn her gav ji bo zanyaran mijarek germ bûye. Di vê gotarê de, encamên lêkolînê yên veqetandina kompozît a bi fîbera karbonê ve hatî xurtkirin li Zanîngeha Chongqing û Laboratuwara Şikestina Westandinê ya Zanîngeha Aeronautîk û Astronotîkê ya Pekînê ji du aliyên lêkolîna ceribandinî û simulasyona hejmarî têne pêşkêş kirin. Di dawiyê de, rêça pêşkeftina qadê tê lêkolîn kirin.
Peyvên sereke:kompozît bi fîbera karbonê xurtkirî, laminat, veqetandin, çînkirina westandinê
pêşkêş
Materyalên kompozît xwedî taybetmendiyên pir baş in wek hêza bilind a taybet û hişkbûna bilind a taybet, û bi berfirehî di hewavaniyê, teknolojiya enerjiyê, û veguhastin û avakirina sivîl de hatine bikar anîn. Di dema hilberandin û karanîna materyalên kompozît de, fîber û matrîks dê di bin barê de pileyên cûda yên zirarê bibînin. Modên têkçûnê yên hevpar ji bo laminatên kompozît zirara navbera qatan û zirara di nav qatan de ne. Ji ber nebûna xurtkirinê di rêça qalindahiyê de, taybetmendiyên mekanîkî yên alî yên laminatê nebaş in, û zirara veqetandinê di bin barên bandora derveyî de pir îhtîmal e ku çêbibe. Hebûn û berfirehbûna zirara çînkirî dê bibe sedema kêmbûna hişkbûn û hêza avahîsaziyê, û heta bibe sedema qezayên karesatbar.[1-3]Ji ber vê yekê, pirsgirêka veqetandinê bêtir û bêtir bi sêwirana avahî û analîza hêza materyalên kompozît ve girêdayî ye, û pêdivî ye ku tevgera berfirehkirina qat qat a materyalên kompozît were lêkolîn kirin.[4].
Lêkolîna li ser tevgera berfirehbûna qatkirî ya laminatê
1. Lêkolîna ceribandinî
Berxwedana şikestina navbera laminaran parametreyek taybetmend a taybetmendiyên mekanîkî yên di navbera tebeqeyên kompozît de ye. Ji bo destnîşankirina berxwedana şikestina navbera laminatên yekalî yên hîbrîd ên Tîpa I, Tîpa II û I/II standardên ceribandinê yên hevber hatine danîn. Amûrên ceribandinê yên hevber di Wêne 1 de têne nîşandan. Lêbelê, laminatên pir-alî yên materyalên kompozît pir caran di avahiya endezyariyê ya rastîn de têne bikar anîn. Ji ber vê yekê, lêkolîna ceribandinî ya li ser tevgera çînkirin û berfirehbûnê ya laminatên pir-alî xwedî girîngiya teorîk û nirxa endezyariyê ya girîngtir e. Destpêkirin û berfirehbûna tebeqeya laminatên pir-alî di navbera rûberên bi goşeyên çînkirinê yên kêfî de çêdibe, û tevgera berfirehbûna qatkirî ji ya laminatên yekalî pir cûda ye, û mekanîzmaya berfirehbûnê tevlihevtir e. Lêkolîneran li ser laminatên pir-alî lêkolînên ceribandinî yên nisbeten kêm hene, û destnîşankirina berxwedana şikestina navbera laminaran hîn standardek navneteweyî saz nekiriye. Tîma lêkolînê fîbera karbonê ya T700 û T800 bikar anî da ku cûrbecûr laminatên kompozît bi goşeyên danîna rûberê yên cûda sêwirîne, û bandora goşeya danîna rûberê û pira fîberê li ser tevgera veqetandina statîk û westandinê lêkolîn kir. Hat dîtin ku pira fîberê ya ku ji aliyê qiraxa paşîn a qatê ve çêdibe bandorek mezin li ser hişkbûna şikestina navbera laminar dike. Her ku çînkirin berfireh dibe, hişkbûna şikestina navbera laminar dê hêdî hêdî ji nirxek destpêkê ya kêmtir zêde bibe, û dema ku çînkirin bigihîje dirêjahiyek diyarkirî, ew digihîje nirxek sabît, ango fenomena xêza berxwedanê ya R. Hişkbûna şikestina destpêkê ya qata navberê hema hema wekhev û bi qasî hişkbûna şikestina rezînê ye, ku bi hişkbûna şikestina matrîksê bixwe ve girêdayî ye.[5, 6]Lêbelê, nirxên dirêjkirina berxwedana şikestina navbera laminaran ên rûberên cûda pir diguherin. Girêdana goşeya qata rûberê ya girîng tê pêşkêş kirin. Di bersiva vê girêdayîbûnê de, Zhao et al.[5]Li ser bingeha mekanîzmaya fîzîkî ya çavkaniya berxwedana çînkirî, tê hesibandin ku nirxa aramiya şikestina navbera laminaran ji du beşan pêk tê, beşek karê şikestina navbera qata ne têkildar e, û beşa din zirara nav qatê û fîberê ye. Karê şikestinê ji ber pirê çêdibe. Bi rêya analîza hêmana dawîn a zeviya pêşiya stresê ya pêşiya qatkirî, tê dîtin ku beşa duyemîn a karê şikestinê bi kûrahiya herêma zirara pêşiya veqetandinê ve girêdayî ye (wekî ku di Wêne 3 de tê xuyang kirin), û kûrahiya herêma zirarê bi goşeya danîna navberê re rêjeyî ye. Modelek teorîk a nirxa aramiya şikestina tîpa I-yê ku bi fonksiyona sînusoîdal a goşeya qata navberê ve tê îfade kirin, tê pêşkêş kirin.
Gong û yên din[7]ceribandina stratifîkasyona hîbrîd a I/II di bin rêjeyên tevlihevkirinê yên cûda de pêk anî, û dît ku stratifîkasyona hîbrîd a I/II di laminatê de xwedî taybetmendiyên xêza berxwedana R ya girîng e. Bi rêya analîza berxwedana şikestinê ya di navbera perçeyên ceribandinê yên cûda de, tê dîtin ku nirxa destpêkê û nirxa sabît a berxwedana şikestinê ya navbera laminaran a perçeya ceribandinê bi zêdebûna rêjeya tevlihevkirinê re bi girîngî zêde dibin. Wekî din, berxwedana şikestinê ya destpêkê û sabît a navbera qatan di bin rêjeyên tevlihevkirinê yên cûda de dikare bi pîvana BK were vegotin.
Ji aliyê çînkirina westandinê ve, di dema ceribandinê de pira fîberan a girîng jî hate dîtin. Bi rêya analîzkirina daneyên ceribandinê, tê dîtin ku berfirehbûna veqetandina westandinê ya materyalê kompozît ji hêla "xêza berxwedanê" ve bandor dibe, ji ber vê yekê modela rêjeya berfirehbûna çînkirina westandinê ya kevneşopî û nirxa eşikê êdî nayên sepandin. Li ser bingeha analîza teorîk, Zhang û Peng[4,8,9]berxwedana berfirehbûna veqetandina westandinê ya ji ber westandinê destnîşan kir da ku enerjiya pêwîst ji bo berfirehbûna veqetandina westandinê ya materyalên kompozît diyar bike, û enerjiya zorê ya normalîzekirî bêtir pêşniyar kir. Rêjeya berdanê modela rêjeya berfirehbûna tebeqekirî ya westandinê û nirxa eşikê ya parametreyên kontrolê ye. Sepandina modelê û parametreya eşikê ya normalîzekirî bi ceribandinan tê verast kirin. Wekî din, Zhao û hevkarên wî...[3]Bi awayekî berfireh bandorên pira fîberê, rêjeya stresê û rêjeya tevlihevkirina barkirinê li ser çînkirina westandinê û tevgera berfirehbûnê nirxandin, û modelek rêjeya berfirehbûna çînkirina westandinê ya normalîzekirî ava kirin ku bandora rêjeya stresê dihesibîne. Rastbûna modelê bi ceribandinên çînkirina westandinê bi rêjeyên stresê û rêjeyên tevlihevkirinê yên cûda hate piştrast kirin. Ji bo mîqdara fîzîkî ya berxwedana berfirehbûna çînkirina westandinê di modela rêjeya berfirehbûna çînkirina westandina normalîzekirî de, Gong et al.[1]qelsiya rêbaza hesabkirinê ku tenê dikare xalên daneyên cihêreng ên sînorkirî bi rêya ceribandinan bi dest bixe, derbas bike û westandinê ji aliyê enerjiyê ve saz bike. Modelek analîtîk ji bo hesabkirina berxwedana dirêjkirî ya tebeqeyî. Ev model dikare diyarkirina hejmarî ya tebeqeya westandinê û berxwedana berfirehbûnê pêk bîne, û piştgiriya teorîk ji bo sepandina modela rêjeya berfirehbûna tebeqeyî ya westandina normalîzekirî ya pêşniyarkirî peyda bike.
Wêne 1 diyagrama cîhaza ceribandina çînkirî
Wêne 2 Xêza berxwedana R ya hişkbûna şikestinê ya navbera tebeqeyan[5]
Wêne 3 Herêma zirara qiraxa pêşeng a qatqatî û morfolojiya dirêjkirî ya qatqatî[5]
2. Lêkolîna simulasyona hejmarî
Simulasyona hejmarî ya berfirehbûna qatqatî di warê sêwirana avahiya kompozît de naverokek girîng a lêkolînê ye. Dema ku têkçûna veqetandina laminatên yekalî yên kompozît tê pêşbînîkirin, pîvanên berfirehbûna çînkirinê yên heyî bi gelemperî hişkbûna şikestina navbera laminar a domdar wekî parametreya performansa bingehîn bikar tînin.[10], bi berawirdkirina rêjeya berdana enerjiya serê şikestinê û berxwedana şikestina navbera şaxan. Mezinahî ji bo destnîşankirina ka qatkirin berfireh dibe an na. Mekanîzmaya têkçûna laminatên pir-alî tevlihev e.[11,12], ku bi xêzên berxwedana girîng a R ve tê xuyang kirin[5,13]Pîvanên berfirehbûna qatqatî yên heyî vê taybetmendiyê li ber çavan nagirin û ji bo simulasyona tevgera veqetandina laminatên piralî yên piralî yên ku fîber tê de hene nayên sepandin. Gong et al.[10, 13]pîvanên berfirehkirina çînkirî yên heyî baştir kirin û pêşniyar kirin ku xêza berxwedana R-ê têxin nav pîvanan, û li ser vê bingehê, pîvanek berfirehkirina çînkirî ava kir ku bandorên pira fîberê dihesibîne. Parametreyên pênasekirin û karanîna yekîneya hevgirtî ya du-xêzik bi rêbazên hejmarî bi awayekî sîstematîk hatin lêkolîn kirin, di nav de hişkbûna destpêkê ya navrûyê, hêza navrûyê, katsayiya vîskozîteyê û hejmara herî kêm a elementan di herêma hêza hevgirtî de. Modela parametreya yekîneya hevgirtî ya têkildar hate saz kirin. Di dawiyê de, bandor û sepandina pîvana berfirehkirina çînkirî ya başkirî û modela parametreya yekîneya hevgirtî bi ceribandina çînkirina statîk ve têne verast kirin. Lêbelê, pîvanên başkirî tenê dikarin ji bo simulasyonên çînkirî yên yek-alî ji ber girêdayîbûnên pozîsyonê werin bikar anîn û ne ji bo dirêjkirinên hiyerarşîk ên du- an sê-alî. Ji bo çareserkirina vê pirsgirêkê, nivîskar her weha pêkhateyek hêza hevgirtî ya sê-xêzik a nû pêşniyar kir ku pira fîberê dihesibîne.[14]Têkiliya damezrîner ji perspektîfek mîkroskopîk ve li pêvajoya tevlihev a berfirehbûna qatqatî guncan e, û xwedî avantajên parametreyên hêsan û wateya fîzîkî ya zelal e.
Wekî din, ji bo ku bi awayekî rast fenomena koçberiya çînkirî ya ku di pêvajoya çînkirina laminatên pir-alî de hevpar e, were simulasyonkirin.[11,12], Zhao û yên din.[11,12]modelek rêberiya rêya şikestinê li ser bingeha hêmana dawî ya dirêjkirî pêşniyar kir, ku sêwiranek taybetî simul dike. Koçberiya hiyerarşîk di ceribandinek stratîfîkasyona kompozît de. Di heman demê de, modelek berfirehbûna qatqatî ji bo tevgera berfirehbûna qatqatî ya zîgzag li ser rûbera qatqatî ya 90°/90° tê pêşniyar kirin, ku tevgera berfirehbûna qatqatî ya rûbera 90°/90° bi rastî simul dike.
Wêne 4 Simulasyona hejmarî ya koçberiya qatqatî û encamên ceribandinê[15]
Xelasî
Ev gotar li ser encamên lêkolînê yên vê komê di warê veqetandina laminatên kompozît de disekine. Aliyên ceribandinê bi giranî bandora goşeya danîna navrûyê û pira fîberê li ser tevgera berfirehbûna veqetandina statîk û westandinê vedihewîne. Bi rêya hejmareke mezin ji lêkolînên ceribandinê, tê dîtin ku mekanîzmaya têkçûna laminatên pir-alî yên materyalên kompozît tevlihev e. Pira fîberê mekanîzmayeke hişkbûna hevpar a laminatên pir-alî ye, ku sedema sereke ya xêza berxwedana R ya hişkbûna şikestina nav-laminar e. Niha, lêkolîna xêza berxwedana R di bin tebeqeya II de nisbeten kêm e û hewceyê lêkolînên bêtir e. Ji mekanîzmaya têkçûnê dest pê dike, modela tebeqeya westandinê ku faktorên bandorker ên cûrbecûr vedihewîne tê pêşniyar kirin, ku rêgezek lêkolîna tebeqeya westandinê ye. Di warê simulasyona hejmarî de, koma lêkolînê pîvanek berfirehbûna hiyerarşîk a çêtirkirî û modelek damezrîner a hevgirtî pêşniyar kir da ku bandora pira fîberê li ser tevgera berfirehbûna tebeqeyî binirxîne. Wekî din, hêmana dawîn a dirêjkirî tê bikar anîn da ku fenomena koçberiya hiyerarşîk çêtir simul bike. Ev rêbaz hewcedariya dabeşkirina hucreya zirav ji holê radike, pirsgirêkên têkildarî ji nû ve dabeşkirina torê ji holê radike. Ew di simulasyona çînkirina şeklên kêfî de xwedî avantajên bêhempa ye, û di pêşerojê de lêkolînên serîlêdana endezyariyê yên bêtir ên vê rêbazê hewce ne.[16].
Referans
[1] Y Gong, L Zhao, J Zhang, N Hu. Modelek nû ji bo destnîşankirina berxwedana veqetandina westandinê di laminatên kompozît de ji perspektîfa enerjiyê ve. Compos Sci Technol 2018; 167: 489-96.
[2] L Zhao, Y Wang, J Zhang, Y Gong, N Hu, N Li. Modela li ser bingeha XFEM ji bo simulasyona mezinbûna veqetandina zîgzag di kompozîtên laminkirî de di bin barkirina moda I de. Compos Struct 2017; 160: 1155-62.
[3] L Zhao, Y Gong, J Zhang, Y Wang, Z Lu, L Peng, N Hu. Şîrovekirineke nû ya tevgera mezinbûna veqetandina westandinê di laminatên piralî yên CFRP de. Compos Sci Technol 2016; 133: 79-88.
[4] L Peng, J Zhang, L Zhao, R Bao, H Yang, B Fei. Mezinbûna veqetandina laminatên kompozît ên piralî di bin barkirina westandinê de di moda I de. J Compos Mater 2011; 45: 1077-90.
[5] L Zhao, Y Wang, J Zhang, Y Gong, Z Lu, N Hu, J Xu. Modelek girêdayî navrûyê ya hişkbûna şikestina platoyê di laminatên CFRP yên piralî de di bin barkirina moda I de. Beşa Kompozîtan B: Endezyarî 2017; 131: 196-208.
[6] L Zhao, Y Gong, J Zhang, Y Chen, B Fei. Simulasyona mezinbûna veqetandinê di laminatên piralî de di bin barkirinên moda I û moda tevlihev I/II de bi karanîna hêmanên hevgirtî. Compos Struct 2014; 116: 509-22.
[7] Y Gong, B Zhang, L Zhao, J Zhang, N Hu, C Zhang. Reftara xêza-R ya veqetandina moda tevlihev I/II di laminatên karbon/epoksî de bi navbeynkarên yekalî û piralî. Compos Struct 2019. (Di bin nirxandinê de).
[8] L Peng, J Xu, J Zhang, L Zhao. Mezinbûna veqetandina moda tevlihev a laminatên kompozît ên piralî di bin barkirina westandinê de. Eng Fract Mech 2012; 96: 676-86.
[9] J Zhang, L Peng, L Zhao, B Fei. Rêjeyên mezinbûna veqetandina westandinê û sînorên laminatên kompozît di bin barkirina moda tevlihev de. Int J Fatigue 2012; 40: 7-15.
[10] Y Gong, L Zhao, J Zhang, Y Wang, N Hu. Pîvana belavbûna veqetandinê, tevî bandora pira fîberê ji bo veqetandina moda tevlihev I/II di laminatên piralî yên CFRP de. Compos Sci Technol 2017; 151: 302-9.
[11] Y Gong, B Zhang, SR Hallett. Koçberiya veqetandinê di laminatên kompozît ên piralî de di bin moda I de kuazî-statîk û barkirina westandinê. Compos Struct 2018; 189: 160-76.
[12] Y Gong, B Zhang, S Mukhopadhyay, SR Hallett. Lêkolîna ceribandinî li ser koçberiya veqetandinê di laminatên piralî de di bin barkirina statîk û westandinê ya moda II de, bi berawirdkirina bi moda I re. Compos Struct 2018; 201: 683-98.
[13] Y Gong, L Zhao, J Zhang, N Hu. Pîvanek qanûna hêzê ya başkirî ji bo belavbûna veqetandinê bi bandora pira fîberê ya pîvana mezin di laminatên piralî yên kompozît de. Compos Struct 2018; 184: 961-8.
[14] Y Gong, Y Hou, L Zhao, W Li, G Yang, J Zhang, N Hu. Modelek nû ya herêma hevgirtî ya sê-xêzî ji bo mezinbûna veqetandinê di laminatên DCB de bi bandora pira fîberê. Compos Struct 2019. (Ji bo şandinê)
[15] L Zhao, J Zhi, J Zhang, Z Liu, N Hu. Simulasyona XFEM ya veqetandina parçeyan di laminatên kompozît de. Beşa Kompozît A: Zanist û Çêkirina Bikaranînî 2016; 80: 61-71.
[16] Zhao Libin, Gong Yu, Zhang Jianyu. Pêşveçûna lêkolînê li ser tevgera berfirehbûna çînkirî ya laminatên kompozît ên bi fîberê xurtkirî. Kovara Zanistên Hewayî 2019: 1-28.
Kanî:Gong Yu, Wang Yana, Peng Lei, Zhao Libin, Zhang Jianyu. Lêkolîn li ser tevgera berfirehbûna çînkirî ya laminatên kompozît ên pêşkeftî yên bi fîbera karbonê hatine xurtkirin [C]. Mekanîk û Endezyarî - Hesabkirina Hejmarî û Analîza Daneyan 2019 Konferansa Akademîk. Komeleya Mekanîkê ya Çînî, Komeleya Mekanîkê ya Pekînê, 2019. bi rêya ixueshu
Dema weşandinê: 15ê Mijdarê-2019