MECHANICS SY ENGINEERING - Kajy nomerika sy fanadihadiana angona
Mekanika sy Injeniera - Kajy nomerika sy fanadihadiana momba ny angona 2019 Fihaonambe akademika, 19-21 aprily 2019, Beijing
19-21 aprily 2019, Beijing, Sina
Fandalinana momba ny fitondran-tena fanitarana sosona amin'ny takelaka laminate mitambatra vita amin'ny fibre karbona mandroso
Gong Yu1*, Wang Yana2, Peng Lei3, Zhao Libin4, Zhang Jianyu1
1Chongqing University, Chongqing, 400044, Sina
2China Aviation Research Institute Beijing Aeronautical Materials Research Institute, Beijing, 100095, Shina
3China Commercial Aircraft Beijing Civil Aircraft Technology Research Center, Beijing, 102211, Sina
4Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing, 100191, Sina
AbstractNy firafitry ny laminate dia iray amin'ireo fanamafisam-peo mahazatra indrindra ampiasaina amin'ny fitambarana, saingy lasa fomba tsy fahombiazana lehibe ny delamination noho ny toetran'ny interlaminar malemy. Ny fikarohana momba ny stratification laminate maromaro sy ny fitondran-tena fanitarana izay matetika ampiasaina amin'ny fanao amin'ny injeniera dia lohahevitra mafana ho an'ny manam-pahaizana. Ato amin'ity lahatsoratra ity, ny valin'ny fikarohana momba ny fibre karbonika nanamafy delamination mitambatra ao amin'ny Chongqing University sy Beijing University of Aeronautics sy Astronautics harerahana Fracture Laboratory dia nampidirina avy amin'ny lafiny roa amin'ny fikarohana andrana sy ny numerical simulation. Farany, vinavinaina ny fitarihana fampandrosoana ny saha.
Keyword:karbaona fibre nanamafy fitambarana, laminate, delamination, harerahana stratification
Sava lalana
Ny fitaovana mitambatra dia manana toetra tena tsara toy ny tanjaka manokana avo lenta sy ny hamafin'ny manokana, ary efa nampiasaina be tamin'ny aerospace, teknolojia angovo, ary fitaterana sivily sy fanorenana. Mandritra ny fanodinana sy ny fampiasana fitaovana mitambatra, ny fibra sy ny matrix dia hiharan'ny fahasimbana samihafa eo ambanin'ny entana. Ny fomba tsy fahombiazana mahazatra ho an'ny laminates composite dia misy fahasimbana interlayer sy fahasimbana ao anaty sosona. Noho ny tsy fahampian'ny fanamafisana amin'ny lalana matevina, ny toetra mekanika lateral amin'ny laminate dia mahantra, ary ny fahasimban'ny delamination dia mety hitranga eo ambanin'ny enta-mavesatra ivelany. Ny fisehoan-javatra sy ny fanitarana ny fahasimbana stratified dia hitarika amin'ny fihenan'ny henjana sy ny tanjaky ny rafitra, ary miteraka lozam-pifamoivoizana mihitsy aza.[1-3]. Noho izany, ny olana amin'ny delamination dia miahiahy bebe kokoa amin'ny famolavolana ara-drafitra sy ny famakafakana ny tanjaky ny fitaovana mitambatra, ary ilaina ny mandinika ny fihetsika fanitarana sosona amin'ny fitaovana mitambatra.[4].
Fikarohana momba ny fihetsika fanitarana sosona amin'ny laminate
1. Fandalinana andrana
Ny hamafin'ny fracture interlaminar dia mari-pamantarana mampiavaka ny toetra mekanika eo amin'ny sosona mitambatra. Ny fenitry ny fitsapana mifanaraka amin'izany dia napetraka ho an'ny famaritana ny hamafin'ny tapaka interlaminar amin'ny Type I, Type II ary I / II hybrid unidirectional laminates. Ny fitaovana fitsapana mifanaraka amin'izany dia aseho amin'ny sary 1. Na izany aza, ny laminates multidirectional amin'ny fitaovana mitambatra dia matetika ampiasaina amin'ny rafitry ny injeniera. Noho izany, ny fandalinana andrana momba ny stratification sy ny fanitarana ny laminates multidirectional dia manana dikany ara-teorika manan-danja kokoa sy sandan'ny injeniera. Multi-sosona laminate sosona fanombohana sy ny fanitarana mitranga eo amin'ny interfaces amin'ny soso-kevitra sosona zoro, ary ny sosona fanitarana fitondran-tena dia tena hafa noho ny unidirectional laminates, ary ny fanitarana rafitra dia sarotra kokoa. Ny mpikaroka dia manana fanadihadiana ara-panandramana vitsivitsy momba ny laminate maromaro, ary ny famaritana ny hamafin'ny vaky interlaminar dia tsy mbola nametraka fenitra iraisam-pirenena. Ny ekipa mpikaroka dia nampiasa T700 sy T800 karbaona fibre mba hamolavola karazana laminates mitambatra miaraka amin'ny zoro layup interface tsara, ary nandinika ny fiantraikan'ny interface layup zoro sy ny fibre bridging amin'ny static sy harerahana delamination fitondran-tena. Hita fa misy fiantraikany lehibe eo amin'ny hamafin'ny fracture interlaminar ny fibre miforona amin'ny sisin'ny sosona. Rehefa mihamitombo ny stratification dia hitombo tsikelikely ny hamafin'ny fracture interlaminar avy amin'ny sanda voalohany ambany, ary rehefa mahatratra ny halavany ny stratification dia tonga amin'ny sanda marin-toerana, izany hoe ny trangan'ny curve R resistance. Ny hamafin'ny fracture voalohany amin'ny interlayer dia saika mitovy ary mitovy amin'ny hamafin'ny fracture amin'ny resin, izay miankina amin'ny hamafin'ny fracture amin'ny matrix mihitsy.[5, 6]. Na izany aza, ny sandan'ny fanitarana ny hamafin'ny fracture interlaminar amin'ny interface samihafa dia miovaova be. Miankina amin'ny zoro sosona interface tsara no aseho. Ho setrin'izany fiankinan-doha izany, Zhao et al.[5]miorina amin'ny rafitra ara-batana ny stratified loharanon'ny fanoherana, dia heverina fa ny interlaminar tapaka hamafin'ny sandan'ny fahamarinan-toerana dia misy ampahany roa, ny ampahany iray dia ny tapaka asa ny tsy mifandray sosona interface tsara, ary ny ampahany hafa dia ny intralayer fahasimbana sy ny fibre. Ny asan'ny fracture vokatry ny tetezana. Amin'ny alàlan'ny famakafakana singa voafetra amin'ny sehatry ny adin-tsaina eo anoloana misy sosona, dia hita fa ny tapany faharoa amin'ny asa tapaka dia miankina amin'ny halalin'ny faritra simba eo anoloana delamination (araka ny aseho amin'ny sary 3), ary ny halalin'ny faritra simba dia mifandanja amin'ny zoro fametrahana interface. Modely ara-teorika momba ny sandan'ny fahamarinan-toetran'ny fracture fracture I aseho amin'ny asan'ny sinusoidal amin'ny zoro sosona interface dia aseho.
Gong et al.[7]Nanao ny fitsapana stratification hybride I / II teo ambanin'ny tahan'ny fifangaroana samihafa, ary nahita fa ny stratification hybride I / II ao amin'ny laminate dia manana toetra mampiavaka ny curve fanoherana R. Amin'ny alalan'ny famakafakana ny hamafin'ny tapaka eo amin'ny tapa-andrana samy hafa, dia hita fa ny sanda voalohany sy ny stable sanda amin'ny interlaminar vaky hamafin'ny ny andrana dia mitombo be ny fitomboan'ny fifangaroana tahan'ny. Ankoatr'izay, ny hamafin'ny tapaka voalohany sy maharitra amin'ny interlayer eo ambanin'ny tahan'ny fifangaroana samihafa dia azo faritana amin'ny kritera BK.
Raha ny momba ny stratification harerahana dia hita ihany koa ny fampifandraisana fibre lehibe nandritra ny fitsapana. Amin'ny alàlan'ny famakafakana ny angon-drakitra fitsapana, dia hita fa ny fanitarana ny delamination harerahana amin'ny fitaovana mitambatra dia misy fiantraikany amin'ny "curve fanoherana", ka tsy azo ampiharina intsony ny maodely fanitarana stratification mahazatra harerahana sy ny sandan'ny tokonam-baravarana. Miorina amin'ny fanadihadiana teorika, Zhang sy Peng[4,8,9]nampiditra ny fanoherana fanitarana delamination havizanana mba hanehoana ny angovo ilaina amin'ny fanitarana ny harerahana delamination akora mitambatra, ary nanolo-kevitra bebe kokoa ny ara-dalàna angovo hery. Ny tahan'ny famotsorana dia ny maodelin'ny taham-pahitana miitatra harerahana sy ny sandan'ny tokonam-baravaran'ny masontsivana fanaraha-maso. Ny fampiharana ny modely sy ny mari-pamantarana tokonam-baravarana ara-dalàna dia voamarina amin'ny alalan'ny fanandramana. Ankoatra izany, Zhao et al.[3]nandinika tanteraka ny vokatry ny fibre bridging, ny adin-tsaina tahan'ny sy ny entana-fampifangaroana tahan'ny amin'ny harerahana stratification sy ny fanitarana ny fitondran-tena, ary nametraka normalized harerahana stratified taham-pandrosoana maodely mandinika ny fiantraikan'ny adin-tsaina tahan'ny. Ny fahamarinan'ny maodely dia nohamarinina tamin'ny fitsapana stratification harerahana miaraka amin'ny tahan'ny adin-tsaina sy ny fampifangaroana. Ho an'ny habetsahana ara-batana amin'ny fatiantoka stratified fanitarana fanoherana ao amin'ny normalized harerahana stratified tahan'ny fanitarana modely, Gong et al.[1]mandresy ny fahalemen'ny fomba kajy izay tsy afaka mahazo afa-tsy voafetra discrete data teboka amin'ny alalan'ny fanandramana, ary mametraka harerahana avy amin'ny angovo fomba fijery. Modely analytique amin'ny kajy ny fanoherana miitatra stratified. Ny modely dia afaka mahatsapa ny hamaroan'ny fanapahan-kevitra ny harerahana stratification sy ny fanitarana fanoherana, ary manome fanohanana ara-teorika ho amin'ny fampiharana ny tolo-kevitra normalized harerahana stratified taham-pandrosoana modely.
Figure 1 diagrama fitaovana fitiliana stratified
Sary 2 Ny hamafin'ny vakisiny eo anelanelan'ny sosona R curve fanoherana[5]
Sary 3 Faritra simba amin'ny sisiny voalohany misy sosona sy ny morphologie miitatra[5]
2. Fandalinana simulation numeric
Ny simulation nomerika amin'ny fanitarana sosona dia votoaty fikarohana manan-danja eo amin'ny sehatry ny famolavolana rafitra mitambatra. Rehefa maminavina ny tsy fahombiazan'ny delamination ny laminates unidirectional composite, ny fepetra fanitarana stratification efa misy dia matetika mampiasa ny hamafin'ny tapaka interlaminar ho toy ny mari-pamantarana fototra.[10], amin'ny fampitahana ny taham-pamotsorana angovo sy ny hamafin'ny tapaka interlaminar. Habe mba hamaritana raha mivelatra ny layering. Ny tsy fahombiazan'ny laminates multidirectional dia sarotra[11,12], izay miavaka amin'ny curve fanoherana R manan-danja[5,13]. Ny fepetra fanitarana misy sosona misy dia tsy mandray an'io endri-javatra io ary tsy mihatra amin'ny simulation ny fitondran-tenan'ny delamination amin'ny laminates multidirectional misy fibre misy tetezana. Gong et al.[10, 13]nanatsara ny fepetra fanitarana stratified efa misy ary nanolotra soso-kevitra hampiditra ny curve fanoherana R ao anatin'ny fepetra, ary mifototra amin'izany, dia nametraka fepetra fanitarana stratified mandinika ny vokatry ny fibre bridging. Ny famaritana sy ny masontsivana ny fampiasana ny vondrona bilinear constitutive cohesive dia nodinihina ara-dalàna tamin'ny fomba nomerika, anisan'izany ny hamafin'ny interface voalohany, ny tanjaky ny interface, ny viscosity coefficient ary ny isa kely indrindra amin'ny singa ao amin'ny faritra hery mitambatra. Ny modelin'ny paramètre unit cohesive mifanaraka amin'izany dia napetraka. Farany, hamarinina amin'ny alalan'ny andrana stratification static ny fahombiazany sy ny fampiharana ny fepetra fanitarana sosona nohatsaraina sy ny maodelin'ny mari-pamantarana mitambatra. Na izany aza, ny fepetra nohatsaraina dia tsy azo ampiasaina afa-tsy amin'ny simulation misy sosona tokana noho ny fiankinan'ny toerana fa tsy amin'ny fanitarana ambaratonga roa na telo. Mba hamahana ity olana ity, ny mpanoratra dia nanolotra soso-kevitra vaovao trilinear cohesive force constitutive mandinika fibre bridging.[14]. Ny fifandraisana constitutive dia mifanaraka amin'ny dingana sarotra amin'ny fanitarana sosona avy amin'ny fomba fijery microscopic, ary manana tombony amin'ny masontsivana tsotra sy ny dikany ara-batana mazava.
Ho fanampin'izay, mba hanahafana tsara ny trangan-javatra fifindra-monina stratified mahazatra amin'ny dingan'ny stratification ny laminates multidirectional[11,12], Zhao et al.[11,12]Nanolo-kevitra modely fitarihana lalan'ny crack mifototra amin'ny singa voafetra lava, manao simulation design manokana. Fifindra-monina amin'ny ambaratonga ambony amin'ny fitsapana stratification mitambatra. Mandritra izany fotoana izany, ny modely fanitarana misy sosona dia atolotra ho an'ny fihetsika fanitarana zigzag miaraka amin'ny interface 90 ° / 90 °, izay mampifanaraka tsara ny fihetsika fanitarana misy sosona amin'ny interface 90 ° / 90 °.
Figure 4 Simulation numerika momba ny fifindra-monina misy sosona sy ny vokatra andrana[15]
Famaranana
Ity lahatsoratra ity dia mifantoka amin'ny valin'ny fikarohana an'ity vondrona ity amin'ny sehatry ny delamination laminate composite. Ny lafin-javatra andrana dia ahitana indrindra ny fiantraikan'ny zoro layup interface sy ny fibre bridging amin'ny fihetsika miitatra static sy harerahana. Amin'ny alàlan'ny fandalinana andrana maro be dia hita fa sarotra ny tsy fahombiazan'ny laminate multidirectional amin'ny fitaovana mitambatra. Fibre bridging dia rafitra henjana mahazatra amin'ny laminates multidirectional, izay no tena antony mahatonga ny curve R-resistance amin'ny hamafin'ny interlaminar. Amin'izao fotoana izao, ny fandalinana curve fanoherana R eo ambanin'ny stratification II dia tsy ampy ary mila fikarohana fanampiny. Manomboka amin'ny mekanika tsy fahombiazana, ny modely stratification harerahana ao anatin'izany ireo anton-javatra misy fiantraikany isan-karazany no atolotra, izay tarihan'ny fikarohana stratification harerahana. Amin'ny resaka simulation numerical, ny vondrona mpikaroka dia nanolotra mari-pamantarana fanitarana ambaratonga ambony sy modely constitutive mitambatra mba handinihana ny fiantraikan'ny fibre bridging amin'ny fitondran-tena fanitarana stratified. Fanampin'izany, ny singa voafetra miitatra dia ampiasaina mba hanahafana tsara kokoa ny trangan-javatra fifindra-monina ambaratonga. Ity fomba ity dia manafoana ny filana fizarana sela tsara, manafoana ireo olana mifandraika amin'ny fizarazarana mesh. Manana tombony tsy manam-paharoa amin'ny fanaovana simulation ny stratification amin'ny endrika tsy misy dikany izy io, ary mila fikarohana bebe kokoa momba ny fampiharana an'io fomba io amin'ny ho avy.[16].
References
[1] Y Gong, L Zhao, J Zhang, N Hu. Modely vaovao hamaritana ny fanoherana ny delamination harerahana amin'ny laminate mitambatra amin'ny fomba fijery angovo. Compos Sci Technol 2018; 167:489-96.
[2] L Zhao, Y Wang, J Zhang, Y Gong, N Hu, N Li. Modely miorina amin'ny XFEM ho an'ny fanodinkodinana ny fitomboan'ny delamination zigzag amin'ny composite laminated amin'ny alàlan'ny fandefasana mode I. Compos Struct 2017; 160: 1155-62.
[3] L Zhao, Y Gong, J Zhang, Y Wang, Z Lu, L Peng, N Hu. Fandikana vaovao momba ny fihetsika fitomboan'ny harerahana amin'ny laminates multidirectional CFRP. Compos Sci Technol 2016; 133:79-88.
[4] L Peng, J Zhang, L Zhao, R Bao, H Yang, B Fei. Mode I delamination fitomboan'ny multidirectional composite laminates ambanin'ny harerahana entana. J Compos Mater 2011; 45: 1077-90.
[5] L Zhao, Y Wang, J Zhang, Y Gong, Z Lu, N Hu, J Xu. Modely miankina amin'ny interface amin'ny hamafin'ny vaky lembalemba amin'ny laminates CFRP multidirectional amin'ny alàlan'ny fandefasana mode I. Composites Fizarana B: Engineering 2017; 131:196-208.
[6] L Zhao, Y Gong, J Zhang, Y Chen, B Fei. Simulation ny fitomboan'ny delamination amin'ny laminates multidirectional eo ambanin'ny mode I sy ny fomba mifangaro I / II loadings mampiasa singa cohesive. Compos Struct 2014; 116:509-22.
[7] Y Gong, B Zhang, L Zhao, J Zhang, N Hu, C Zhang. R-curve fitondran-tena amin'ny fomba mifangaro I / II delamination amin'ny karbaona / epoxy laminates miaraka amin'ny unidirectional sy multidirectional interfaces. Compos Struct 2019. (Eo ambany famerenana).
[8] L Peng, J Xu, J Zhang, L Zhao. Fitomboan'ny delamination mode mifangaro amin'ny laminate composite multidirectional eo ambanin'ny fatiantoka. Eng Fract Mech 2012; 96:676-86.
[9] J Zhang, L Peng, L Zhao, B Fei. Ny tahan'ny fitomboan'ny delamination havizanana sy ny tokonam-baravaran'ny laminate mitambatra eo ambanin'ny fametahana maody mifangaro. Int J Fatigue 2012; 40:7-15.
[10] Y Gong, L Zhao, J Zhang, Y Wang, N Hu. Ny fepetra fampielezam-peo delamination ao anatin'izany ny fiantraikan'ny fibre bridging ho an'ny delamination mode I/II amin'ny laminates multidirectional CFRP. Compos Sci Technol 2017; 151:302-9.
[11] Y Gong, B Zhang, SR Hallett. Fifindra-monina delamination amin'ny multidirectional composite laminates eo ambanin'ny mode I quasi-static sy fatigue loading. Compos Struct 2018; 189:160–76.
[12] Y Gong, B Zhang, S Mukhopadhyay, SR Hallett. Fandalinana andrana momba ny fifindra-monina delamination amin'ny laminates multidirectional eo ambanin'ny mode II static sy fatigue loading, raha ampitahaina amin'ny mode I. Compos Struct 2018; 201: 683-98.
[13] Y Gong, L Zhao, J Zhang, N Hu. Fepetra lalànan'ny fahefana nohatsaraina ho an'ny fampielezana ny delamination miaraka amin'ny fiantraikan'ny fibre fibre midadasika amin'ny laminate multidirectional composite. Compos Struct 2018; 184:961-8.
[14] Y Gong, Y Hou, L Zhao, W Li, G Yang, J Zhang, N Hu. Modely faritra telo-linear vaovao ho an'ny fitomboan'ny delamination amin'ny lamina DCB miaraka amin'ny fiantraikan'ny fibre bridging. Compos Struct 2019. (Hatolotra)
[15] L Zhao, J Zhi, J Zhang, Z Liu, N Hu. XFEM simulation ny delamination amin'ny composite laminates. Composites Fizarana A: Applied Science and Manufacturing 2016; 80:61-71.
[16] Zhao Libin, Gong Yu, Zhang Jianyu. Fandrosoana fikarohana momba ny fitondran-tena fanitarana stratified amin'ny laminates composite vita amin'ny fibre. Journal of Aeronautical Sciences 2019: 1-28.
Loharano:Gong Yu, Wang Yana, Peng Lei, Zhao Libin, Zhang Jianyu. Fandalinana momba ny fitondran-tena fanitarana stratified amin'ny fibre karbônina mandroso manamafy laminate mitambatra [C]. Mekanika sy Injeniera - Fihaonambe akademika 2019 ny kajy nomerika sy ny angona. Fikambanana Sinoa momba ny mekanika, Beijing Mechanics Society, 2019. tamin'ny alalan'ny ixueshu
Fotoana fandefasana: Nov-15-2019