MECHANICA ET INGENIARIA - Computatio Numerica et Analysis Datorum
Mechanica et Ars Ingeniaria — Computationes Numericae et Analysis Datorum, Conventus Academicus 2019, diebus 19-21 Aprilis 2019, Pechini.
Diebus XIX ad XXI mensis Aprilis, anno MMXIX, Pechinum, in Sinis.
Studium de Expansione Stratificata Laminarum Compositarum Fibra Carbonis Firmatarum Provectarum
Gong Yu1*Wang YanaDuo, Peng LeiTres, Zhao Libinquattuor, Zhang Jianyu1
1Universitas Chongqingensis, Chongqing, 400044, Sina
DuoInstitutum Investigationis Aeronauticae Sinensis, Institutum Investigationis Materiarum Aeronauticarum Pechinense, Pechinum, 100095, Sina
TresAeronaves Commerciales Sinenses Centrum Investigationis Technologiae Aeronavium Civilium Pechinense, Pechinum, 102211, Sinae
quattuorUniversitas Aeronauticae et Astronauticae Pechinensis, Pechinum, 100191, Sina
AbstractumStructura laminata inter configurationes compositas vulgissime adhibitas numeratur, sed delaminatio propter proprietates interlaminares imbecillas modus ruinae principalis fit. Investigatio de stratificatione et expansione laminatorum multistratorum, quae in praxi machinali vulgo adhibentur, semper res calida eruditis fuit. In hoc scripto, eventus investigationis delaminationis compositarum fibra carbonis roboratarum in Universitate Chongqingensi et Laboratorio Fracturae Lassationis Universitatis Aeronauticae et Astronauticae Pechinensis ex duobus aspectibus investigationis experimentalis et simulationis numericae praesentantur. Denique, directio progressionis huius campi prospicitur.
Verba Clavis:compositum fibra carbonis firmatum, laminatum, delaminatio, stratificatio lassitudinis
introductio
Materiae compositae proprietates excellentes habent, utpote magnam vim specificam et magnam rigiditatem specificam, et late in aëroplanis, technologia energiae, et transportatione civili atque constructione adhibitae sunt. Dum materiae compositae tractantur et utuntur, fibrae et matrix sub onere varios gradus damni subeunt. Modi communes defectus laminarum compositarum includunt damnum inter stratos et damnum intra stratos. Propter defectum roboris in directione crassitudinis, proprietates mechanicae laterales laminae malae sunt, et damnum delaminationis sub oneribus impactus externis valde probabile est occurrere. Eventus et expansio damni stratificati ad diminutionem rigiditatis et roboris structuralis ducet, et etiam accidentia catastrophica causabit.[1-3]Quapropter, problema delaminationis magis magisque a designatione structurae et analysi roboris materiarum compositarum tractatur, et necesse est mores expansionis stratificatae materiarum compositarum studere.[4].
Investigatio de habitu expansionis stratificatae laminati
1. Studium experimentale
Tenacitas fracturae interlaminaris est parametrus proprius proprietatum mechanicarum inter strata composita. Normae probationum correspondentes constitutae sunt ad tenacitatem fracturae interlaminaris laminarum unidirectionalium hybridarum Typi I, Typi II et I/II determinandam. Apparatus probationum correspondens in Figura 1 ostenditur. Attamen, laminae multidirectionales materiarum compositarum saepe in structura machinali actuali adhibentur. Quapropter, studium experimentale de stratificatione et expansione laminarum multidirectionalium significationem theoreticam et valorem machinalem maiorem habet. Initiatio et expansio laminarum multistratarum inter interfacies cum angulis stratificationis arbitrariis fit, et modus expansionis stratificatae significanter differt a modo laminarum unidirectionalium, et mechanismus expansionis magis complicatus est. Investigatores pauca studia experimentalia de laminis multidirectionalibus habent, et determinatio tenacitatis fracturae interlaminaris nondum normam internationalem constituit. Turma investigationis fibras carbonis T700 et T800 adhibita est ad varietatem laminarum compositarum cum diversis angulis stratificationis interfaciei designandam, et influxum anguli stratificationis interfaciei et pontis fibrarum in modum delaminationis staticae et lassitudinis investigavit. Inventum est pontem fibrarum a margine posteriori strati formatum magnum momentum habere in tenacitatem fracturae interlaminaris. Dum stratificatio expanditur, tenacitas fracturae interlaminaris gradatim ab inferiore valore initiali augebitur, et cum stratificatio ad certam longitudinem pervenit, valorem stabilem attingit, id est, phaenomenon curvae resistentiae R. Tenacitas fracturae initialis strati interlaminaris fere aequalis et approximative aequalis est tenacitati fracturae resinae, quae a tenacitate fracturae ipsius matricis pendet.[5, 6]Attamen, valores extensionis tenacitatis fracturae interlaminaris interfacierum diversarum magnopere variant. Dependentia significativa ab angulo strati interfacialis praesentatur. Ad hanc dependentiam respondentes, Zhao et al.[5]Secundum mechanismum physicum fontis resistentiae stratificatae, existimatur valorem stabilitatis tenacitatis fracturae interlaminaris ex duabus partibus constare, una parte opus fracturae interfaciei strati non affinis, altera vero damnum intrastratum et fibrae. Opus fracturae a ponte causatum. Per analysin elementorum finitorum campi tensionis frontis stratificatae, invenitur secundam partem operis fracturae pendere ex profunditate zonae damni frontis delaminationis (ut in Figura 3 demonstratur), et profunditatem zonae damni proportionalem esse angulo stratificationis interfaciei. Exemplar theoreticum valoris stabilitatis tenacitatis fracturae typi I, per functionem sinusoidalem anguli strati interfaciei expressum, proponitur.
Gong et alii.[7]Experimentum stratificationis hybridae I/II sub diversis rationibus mixtionis perfecerunt, et invenerunt stratificationem hybridam I/II in laminato etiam notabiles curvae resistentiae R habere. Per analysin tenacitatis fracturae inter diversa specimina, invenitur valorem initialem et valorem stabilem tenacitatis fracturae interlaminaris speciminis significanter augeri cum incremento rationis mixtionis. Praeterea, tenacitas fracturae initialis et stabilis interstrati sub diversis rationibus mixtionis per criterium BK describi potest.
Quod ad stratificationem lassitudinis attinet, etiam significans fibrarum concatenatio per experimentum observata est. Per analysin datorum experimenti, invenitur expansionem delaminationis lassitudinis materiae compositae affici a "curva resistentiae", ita ut exemplar traditionale expansionis ratis stratificationis lassitudinis et valor liminis iam non amplius adhibeantur. Fundamento analysis theoreticae, Zhang et Peng...[4,8,9]Resistentiam expansionis delaminationis lassitudinis introduxerunt ad exprimendam energiam requisitam ad expansionem delaminationis lassitudinis materiarum compositarum, et porro energiam deformationis normalizatam proposuerunt. Celeritas emissionis est exemplar celeritatis expansionis stratificatae lassitudinis et valor liminis parametrorum moderantium. Applicabilitas exempli et parametri liminis normalizati experimenta verificatur. Praeterea, Zhao et al.[3]Effectus pontes fibrarum, rationis tensionis et rationis mixtionis oneris in stratificationem lassitudinis et mores expansionis plene consideraverunt, et exemplar normalizatum expansionis lassitudinis stratificatae ratis, influxum rationis tensionis considerans, constituerunt. Accuratio exempli per probationes stratificationis lassitudinis cum diversis rationibus tensionis et rationibus mixtionis verificata est. Pro quantitate physica resistentiae expansionis stratificatae lassitudinis in exemplo normalizatum expansionis lassitudinis stratificatae ratis, Gong et al.[1]Superanda est infirmitas methodi calculi, quae tantum limitata puncta discreta per experimenta obtinere potest, et lassitudinem ex prospectu energiae stabilire. Exemplar analyticum ad calculandum resistentiam extensam stratificatam. Hoc exemplar determinationem quantitativam stratificationis lassitudinis et resistentiae expansionis perficere potest, et firmamentum theoreticum praebet ad applicationem exempli propositi expansionis normalizatae lassitudinis stratificatae celeritatis.
Figura 1 diagramma instrumenti probationis stratificati
Figura 2 Curva resistentiae tenacitatis fracturae inter strata R[5]
Figura 3 Zona laesionis marginis anterioris stratificata et morphologia extensa stratificata[5]
2. Studium simulationis numericae
Simulatio numerica expansionis stratificatae est materia investigationis magni momenti in campo designationis structurarum compositarum. Cum delaminationis defectum laminarum unidirectionalium compositarum praedicitur, criteria expansionis stratificationis exstantia plerumque tenacitatem fracturae interlaminaris constantem ut parametrum fundamentalem perfunctionis adhibent.[10]..., comparando celeritatem liberationis energiae apicis fissurae et tenacitatem fracturae interlaminaris. Magnitudo ad determinandum utrum stratificatio expandatur. Mechanismus fracturae laminarum multidirectionalium complexus est.[11,12], quae curvis resistentiae R significantibus insignitur[5,13]Criteria expansionis stratificatae exstantia hanc proprietatem non considerant neque ad simulationem delaminationis laminarum multidirectionalium pontatarum fibras continentium pertinent. Gong et al.[10, 13]Criteria expansionis stratificatae iam exstantia emendavit et curvam resistentiae R in criteria introducere proposuit, et, hac innixa, criterium expansionis stratificatae, effectus fibrarum coniunctarum considerans, statuit. Definitio et parametri usus unitatis cohaesivae constitutivae bilinearis methodis numericis systematice investigati sunt, inter quos rigiditas interfaciei initialis, robur interfaciei, coefficiens viscositatis et numerus minimus elementorum in zona vis cohaesivae. Exemplar parametri unitatis cohaesivae correspondens constitutum est. Denique efficacia et applicabilitas criterii expansionis stratificatae emendati et exemplaris parametri unitatis cohaesivae per probationem stratificationis staticae verificantur. Attamen, criteria emendata solum ad simulationes stratificatas unidimensionales propter dependentias positionales adhiberi possunt, non autem ad extensiones hierarchicas bidimensionales vel tridimensionales. Ad hanc difficultatem solvendam, auctor porro novum constitutivum vis cohaesivae trilinearem coniunctam fibrarum considerans proposuit.[14]Relatio constitutiva processum complexum expansionis stratificatae ex prospectu microscopico congruit, et commoda parametrorum simplicium et significationis physicae clarae habet.
Praeterea, ut phaenomenon migrationis stratificatae, quod in processu stratificationis laminarum multidirectionalium commune est, accurate simuletur.[11,12]Zhao et alii.[11,12]Proposuit exemplar gubernationis semitae fissurae fundatum in elemento finito extenso, designum speciale simulans. Migratio hierarchica in probatione stratificationis compositae. Simul, exemplar expansionis stratificatae proponitur pro actione expansionis stratificatae zigzag secundum interfaciem stratificatam 90°/90°, quae accurate simulat actionem expansionis stratificatae interfaciei 90°/90°.
Figura 4 Simulatio numerica migrationis stratificatae et eventus experimentales[15]
Conclusio
Haec dissertatio in eventus investigationis huius gregis in campo delaminationis laminarum compositarum versatur. Aspectus experimentales praecipue includunt influxum anguli stratificationis interfaciei et pontis fibrarum in expansionem staticam et delaminationis lassitudinis. Per magnum numerum studiorum experimentalium, inventum est mechanismum fracturae laminarum multidirectionalem materiarum compositarum complicatum esse. Pontificatio fibrarum est mechanismus communis duritiei laminarum multidirectionalium, quae est causa principalis curvae resistentiae R tenacitatis fracturae interlaminaris. In praesenti, studium curvae resistentiae R sub stratificatione II relative deficit et ulteriore investigatione eget. A mechanismo fracturae incipiens, exemplar stratificationis lassitudinis cum variis factoribus influentibus proponitur, quod est directio investigationis stratificationis lassitudinis. Quod ad simulationem numericam attinet, grex investigationis proposuit criterium expansionis hierarchicae emendatum et exemplar constitutivum cohaesivum ad considerandam influxum pontis fibrarum in expansionem stratificatam. Praeterea, elementum finitum extensum adhibitum est ad melius simulandum phaenomenon migrationis hierarchicae. Haec methodus necessitatem divisionis cellularum subtilium eliminat, problemata cum redivisione retii coniuncta eliminans. Commoda singularia in simulanda stratificatione formarum arbitrariarum habet, et plura investigatio applicationis machinalis huius methodi in futuro necessaria est.[16].
Referentiae
[1] Y Gong, L Zhao, J Zhang, N Hu. Novum exemplar ad resistentiam delaminationis lassitudinis in laminis compositis ex prospectu energiae determinandam. Compos Sci Technol 2018; 167: 489-96.
[2] L. Zhao, Y. Wang, J. Zhang, Y. Gong, N. Hu, N. Li. Exemplar XFEM ad simulandum incrementum delaminationis zigzag in compositis laminatis sub onere modi I. Compos Struct 2017; 160: 1155-62.
[3] L. Zhao, Y. Gong, J. Zhang, Y. Wang, Z. Lu, L. Peng, N. Hu. Nova interpretatio de incremento delaminationis lassitudinis in laminis CFRP multidirectionalibus. Compos Sci Technol 2016; 133: 79-88.
[4] L. Peng, J. Zhang, L. Zhao, R. Bao, H. Yang, B. Fei. Incrementum delaminationis Modi I laminarum compositarum multidirectionalium sub onere lassitudinis. J. Compos. Mater 2011; 45: 1077-90.
[5] L. Zhao, Y. Wang, J. Zhang, Y. Gong, Z. Lu, N. Hu, J. Xu. Modellum tenacitatis fracturae planitiei in laminis CFRP multidirectionalibus sub onere modi I, quod ab interfacie pendet. *Composites Part B: Engineering* 2017; 131: 196-208.
[6] L. Zhao, Y. Gong, J. Zhang, Y. Chen, B. Fei. Simulatio incrementi delaminationis in laminis multidirectionalibus sub oneribus modi I et modi mixti I/II elementis cohaesivis utens. Compos Struct 2014; 116: 509-22.
[7] Y Gong, B Zhang, L Zhao, J Zhang, N Hu, C Zhang. Modus procedendi curvae R delaminationis modi mixti I/II in laminis carbonis/epoxy cum interfaciebus unidirectionalibus et multidirectionalibus. Compos Struct 2019. (Sub recensione).
[8] L. Peng, J. Xu, J. Zhang, L. Zhao. Incrementum delaminationis modi mixti laminarum compositarum multidirectionalium sub onere lassitudinis. Eng Fract Mech 2012; 96: 676-86.
[9] J Zhang, L Peng, L Zhao, B Fei. Rationes incrementi delaminationis lassitudinis et limina laminarum compositarum sub onere modi mixti. Int J Fatigue 2012; 40: 7-15.
[10] Y Gong, L Zhao, J Zhang, Y Wang, N Hu. Criterium propagationis delaminationis, incluso effectu pontis fibrarum pro delaminatione modi mixti I/II in laminis CFRP multidirectionalibus. Compos Sci Technol 2017; 151: 302-9.
[11] Y Gong, B Zhang, SR Hallett. Migratio delaminationis in laminis compositis multidirectionalibus sub onere quasi-statico et defatigationis modi I. Compos Struct 2018; 189: 160-76.
[12] Y Gong, B Zhang, S Mukhopadhyay, SR Hallett. Studium experimentale de migratione delaminationis in laminis multidirectionalibus sub onere statico et defatigationis modi II, cum comparatione ad modum I. Compos Struct 2018; 201: 683-98.
[13] Y Gong, L Zhao, J Zhang, N Hu. Criterium legis potentiae emendatum pro propagatione delaminationis cum effectu pontes fibrarum magnae scalae in laminis compositis multidirectionalibus. Compos Struct 2018; 184: 961-8.
[14] Y Gong, Y Hou, L Zhao, W Li, G Yang, J Zhang, N Hu. Novum exemplar zonae cohaesivae trilineare pro incremento delaminationis in laminis DCB cum effectu pontis fibrarum. Compos Struct 2019. (Submittendum)
[15] L. Zhao, J. Zhi, J. Zhang, Z. Liu, N. Hu. Simulatio delaminationis in laminis compositis per microscopium metallicum (XFEM). *Composites Part A: Applied Science and Manufacturing* 2016; 80: 61-71.
[16] Zhao Libin, Gong Yu, Zhang Jianyu. Progressus investigationis de expansione stratificata laminarum compositarum fibris firmatarum. Acta Scientiarum Aeronauticarum 2019: 1-28.
Fons:Gong Yu, Wang Yana, Peng Lei, Zhao Libin, Zhang Jianyu. Studium de expansione stratificata laminarum compositarum fibra carbonis firmatarum provectarum [C]. Mechanica et Ingeniaria - Computatio Numerica et Analysis Datorum 2019 Congressus Academicus. Societas Mechanicae Sinensis, Societas Mechanicae Pechinensis, 2019. per ixueshu
Tempus publicationis: XV Kalendas Decembres, MMXIX