МЕХАНИК, ИНЖЕНЕРЧИЛГЭЭ - Тоон тооцоолол ба өгөгдлийн шинжилгээ
Механик, инженерчлэл — Тоон тооцоолол ба мэдээллийн дүн шинжилгээ 2019 оны эрдмийн бага хурал, 2019 оны 4-р сарын 19-21, Бээжин
2019 оны 4-р сарын 19-21, Бээжин, Хятад
Нарийвчилсан нүүрстөрөгчийн эслэгээр бэхжүүлсэн нийлмэл ламинатан хуудасны давхарга тэлэлтийн зан байдлын судалгаа
Гон Ю1*, Ван Яна2, Пэн Лэй3, Жао Либин4, Жан Жианю1
1Чунцин их сургууль, Чунцин, 400044, Хятад
2Хятадын Нисэхийн судалгааны хүрээлэн Бээжингийн Агаарын материалын судалгааны хүрээлэн, Бээжин, 100095, Хятад
3Хятадын худалдааны нисэх онгоц Бээжингийн иргэний агаарын хөлгийн технологийн судалгааны төв, Бээжин, 102211, Хятад
4Бээжингийн Нисэх, сансар судлалын их сургууль, Бээжин, 100191, Хятад
ХийсвэрЛаминатын бүтэц нь нийлмэл материалд хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг нийлмэл тохируулгуудын нэг боловч давхаргын сул шинж чанараас шалтгаалан давхаргын эвдрэлийн гол хэлбэр болдог. Инженерийн практикт түгээмэл хэрэглэгддэг олон давхаргат ламинатан давхаргажилт, тэлэлтийн зан байдлын талаархи судалгаа нь эрдэмтдийн хувьд үргэлж халуун сэдэв байсаар ирсэн. Энэхүү нийтлэлд Чунцин их сургууль болон Бээжингийн Нисэх, сансар судлалын их сургуулийн ядаргааны хугарлын лабораторид нүүрстөрөгчийн файберээр бэхжүүлсэн нийлмэл давхаргыг задлах судалгааны үр дүнг туршилтын судалгаа болон тоон загварчлалын хоёр талаас танилцуулав. Эцэст нь уг талбайн хөгжлийн чиглэлийг дэвшүүлж байна.
Түлхүүр үг:карбон файберээр бэхжүүлсэн нийлмэл, ламинат, давхаргын давхарга, ядаргаа
танилцуулга
Нийлмэл материал нь өндөр хувийн бат бэх, өндөр хувийн хөшүүн чанар зэрэг маш сайн шинж чанартай бөгөөд сансар огторгуй, эрчим хүчний технологи, иргэний тээвэр, барилгын салбарт өргөн хэрэглэгддэг. Нийлмэл материалыг боловсруулах, ашиглах явцад утас, матриц нь ачааллын дор янз бүрийн зэрэг гэмтэх болно. Нийлмэл ламинатын нийтлэг эвдрэлийн горимд давхаргын эвдрэл, давхаргын эвдрэл орно. Зузаан чиглэлийн арматур дутмаг учир ламинатын хажуугийн механик шинж чанар муу, гадна талын нөлөөллийн ачааллын үед давхаргын эвдрэл үүсэх магадлал өндөр. Давхардсан эвдрэл үүсэх, тэлэх нь бүтцийн хатуу байдал, бат бөх чанар буурахад хүргэж, бүр гамшигт осолд хүргэдэг.[1-3]. Иймээс давхаргын асуудал нь нийлмэл материалын бүтцийн дизайн, бат бөх байдлын шинжилгээнд илүү их анхаарал хандуулж байгаа бөгөөд нийлмэл материалын давхарга тэлэлтийн шинж чанарыг судлах шаардлагатай байна.[4].
Ламинатын давхарга тэлэлтийн шинж чанарын судалгаа
1. Туршилтын судалгаа
Давхарга хоорондын хугарлын бат бөх чанар нь нийлмэл давхаргын хоорондох механик шинж чанарын онцлог шинж чанар юм. I, II ба I/II төрлийн холимог нэг чиглэлтэй ламинатуудын давхаргын хугарлын бат бөх чанарыг тодорхойлох туршилтын холбогдох стандартуудыг тогтоосон. Харгалзах туршилтын аппаратыг Зураг 1-д үзүүлэв. Гэсэн хэдий ч нийлмэл материалын олон чиглэлтэй ламинатыг ихэвчлэн бодит инженерийн бүтцэд ашигладаг. Тиймээс олон чиглэлтэй ламинатуудын давхаргажилт, тэлэлтийн шинж чанарын туршилтын судалгаа нь илүү чухал онолын ач холбогдол, инженерийн үнэ цэнэтэй юм. Олон давхаргат ламинатан давхаргын эхлэл ба тэлэлт нь дурын өнцгөөр интерфэйсүүдийн хооронд тохиолддог бөгөөд давхаргат тэлэлтийн үйлдэл нь нэг чиглэлтэй ламинатаас эрс ялгаатай бөгөөд тэлэлтийн механизм нь илүү төвөгтэй байдаг. Судлаачид олон чиглэлтэй ламинатан дээр хийсэн туршилтын судалгаа харьцангуй цөөн байдаг бөгөөд давхаргын хугарлын бат бөх чанарыг тодорхойлох нь олон улсын стандартыг хараахан тогтоогоогүй байна. Судалгааны баг T700 ба T800 карбон файберыг ашиглан интерфэйсийн өөр өөр өнцгөөр олон төрлийн нийлмэл ламинатыг зохион бүтээхдээ интерфэйсийг байрлуулах өнцөг болон шилэн гүүр нь статик ба ядрах давхаргад үзүүлэх нөлөөг судалсан. Давхаргын арын ирмэгээс үүссэн шилэн гүүр нь давхаргын хугарлын бат бөх байдалд ихээхэн нөлөөлдөг болохыг тогтоожээ. Давхарга тэлэхийн хэрээр давхарга хоорондын хугарлын бат бөх чанар нь бага анхны утгаас аажмаар нэмэгдэж, давхарга тодорхой урттай болоход тогтвортой утга буюу R эсэргүүцлийн муруйн үзэгдэлд хүрнэ. Давхаргын анхны хугарлын хатуулаг нь давирхайн хугарлын хатуулагтай бараг тэнцүү бөгөөд ойролцоогоор тэнцүү бөгөөд энэ нь матрицын хугарлын бат бөх чанараас хамаардаг.[5, 6]. Гэсэн хэдий ч янз бүрийн интерфэйсүүдийн давхаргын хугарлын бат бөх байдлын өргөтгөлийн утгууд ихээхэн ялгаатай байдаг. Интерфэйсийн давхаргын өнцгийн ихээхэн хамаарлыг үзүүлэв. Энэхүү хараат байдлын хариуд Жао нар.[5]Давхардсан эсэргүүцлийн эх үүсвэрийн физик механизм дээр үндэслэн давхаргын хугарлын бат бөх байдлын тогтворжилтын утга нь хоёр хэсгээс бүрдэх ба нэг хэсэг нь хамааралгүй давхаргын интерфэйсийн хугарлын ажил, нөгөө хэсэг нь давхарга доторх гэмтэл, эслэгээс бүрддэг гэж үздэг. Гүүрний улмаас үүссэн хугарлын ажил. Давхаргын урд талын хүчдэлийн талбайн төгсгөлөг элементийн шинжилгээгээр хугарлын ажлын хоёр дахь хэсэг нь давхаргын урд талын гэмтлийн бүсийн гүнээс (Зураг 3-т үзүүлсэн шиг) хамаарах бөгөөд гэмтлийн бүсийн гүн нь интерфэйсийг байрлуулах өнцөгтэй пропорциональ байна. Интерфейсийн давхаргын өнцгийн синусоид функцээр илэрхийлэгдэх I хэлбэрийн хугарлын бат бөх байдлын тогтвортой байдлын утгын онолын загварыг үзүүлэв.
Гонг нар.[7]I/II эрлийз давхаргажилтын туршилтыг өөр өөр холимгийн харьцаагаар хийсэн ба ламинат дахь I/II эрлийз давхарга нь R эсэргүүцлийн муруй шинж чанартай болохыг олж мэдэв. Туршилтын янз бүрийн хэсгүүдийн хугарлын бат бөх байдлын шинжилгээгээр туршилтын хэсгийн давхаргын хугарлын бат бөх байдлын анхны утга ба тогтвортой утга нь холих харьцаа нэмэгдэхийн хэрээр мэдэгдэхүйц нэмэгддэг болохыг тогтоожээ. Нэмж дурдахад өөр өөр холилтын харьцаатай үе хоорондын давхаргын анхны ба тогтвортой хугарлын бат бөх чанарыг BK шалгуураар тодорхойлж болно.
Туршилтын явцад ядаргааны давхаргын хувьд мэдэгдэхүйц шилэн гүүр үүссэн нь ажиглагдсан. Туршилтын өгөгдөлд дүн шинжилгээ хийснээр нийлмэл материалын ядаргааны давхаргын тэлэлтэнд "эсэргүүцлийн муруй" нөлөөлж байгаа нь уламжлалт ядаргааны давхаргын тэлэлтийн хурдны загвар болон босго утгыг ашиглах боломжгүй болсон. Онолын шинжилгээний үндсэн дээр Жан, Пэн нар[4,8,9]нийлмэл материалын ядаргааны давхаргын тэлэлтэд шаардагдах энергийг илэрхийлэхийн тулд ядаргааны давхаргын тэлэлтийн эсэргүүцлийг нэвтрүүлж, цаашлаад нормчлогдсон хүчдэлийн энергийг санал болгов. Суллах хурд нь ядаргааны үечилсэн тэлэлтийн хурдны загвар ба хяналтын параметрүүдийн босго утга юм. Загварын хэрэглээ ба нормчлогдсон босго параметрийг туршилтаар баталгаажуулдаг. Цаашлаад Жао нар.[3]эслэгийн гүүр, стрессийн харьцаа, ачаалал холих харьцааны ядаргааны давхаргажилт, тэлэлтийн зан төлөвт үзүүлэх нөлөөг иж бүрэн авч үзэн, стрессийн харьцааны нөлөөллийг харгалзан ядаргааны үечилсэн тэлэлтийн хурдны загварыг бий болгосон. Загварын үнэн зөвийг янз бүрийн стрессийн харьцаа, холих харьцаа бүхий ядаргааны давхаргын туршилтаар баталгаажуулсан. Ядаргааны үечилсэн тэлэлтийн эсэргүүцлийн физик хэмжигдэхүүний хувьд ядаргааны үечилсэн тэлэлтийн хурдны загварт Gong et al.[1]Туршилтаар зөвхөн хязгаарлагдмал салангид өгөгдлийн цэгүүдийг олж авах боломжтой тооцооллын аргын сул талыг даван туулж, энергийн талаас ядаргаа тогтоох. Давхардсан сунгасан эсэргүүцлийг тооцоолох аналитик загвар. Энэхүү загвар нь ядаргааны давхаргажилт, тэлэлтийн эсэргүүцлийн тоон тодорхойлолтыг хэрэгжүүлэх боломжтой бөгөөд санал болгож буй ядаргааны давхаргажуулсан тэлэлтийн хурдны загварыг ашиглахад онолын дэмжлэг үзүүлэх боломжтой.
Зураг 1 давхраатай туршилтын төхөөрөмжийн диаграмм
Зураг 2 Давхарга хоорондын хугарлын хатуулаг R эсэргүүцлийн муруй[5]
Зураг 3 Давхаргатай тэргүүлэх ирмэгийн гэмтлийн бүс ба давхрагатай өргөтгөсөн морфологи[5]
2. Тоон симуляцийн судалгаа
Давхаргын өргөтгөлийн тоон симуляци нь нийлмэл бүтцийн дизайны салбарт судалгааны чухал агуулга юм. Нийлмэл нэг чиглэлтэй ламинатуудын давхаргын эвдрэлийг урьдчилан таамаглахдаа одоо байгаа давхаргажилтын өргөтгөлийн шалгуур нь ихэвчлэн үндсэн гүйцэтгэлийн параметр болгон давхаргын хоорондын хугарлын хатуу байдлыг ашигладаг.[10], хагарлын үзүүрийн энерги ялгарах хурд болон давхаргын хугарлын бат бөх чанарыг харьцуулах замаар. Хэмжээ нь давхарга нь өргөжиж байгаа эсэхийг тодорхойлох. Олон чиглэлтэй ламинатуудын эвдрэлийн механизм нь нарийн төвөгтэй байдаг[11,12], энэ нь мэдэгдэхүйц R эсэргүүцлийн муруйгаар тодорхойлогддог[5,13]. Одоо байгаа давхрагатай өргөтгөлийн шалгуур нь энэ шинж чанарыг харгалзан үзэхгүй бөгөөд шилэн агуулсан гүүр бүхий олон чиглэлт ламинатыг задлах үйл ажиллагааны загварчлалд хамаарахгүй. Гонг нар.[10, 13]одоо байгаа үечилсэн тэлэлтийн шалгуурыг сайжруулж, R эсэргүүцлийн муруйг шалгуурт оруулахыг санал болгосон ба үүн дээр үндэслэн шилэн гүүрний үр нөлөөг харгалзан үечилсэн тэлэлтийн шалгуурыг бий болгосон. Хоёр шугаман үүсгэгч нийлмэл нэгжийн тодорхойлолт, ашиглалтын параметрүүдийг тоон аргаар системтэйгээр судалсан бөгөөд үүнд эхний интерфэйсийн хөшүүн чанар, интерфэйсийн бат бөх байдал, зуурамтгай чанар, наалдамхай хүчний бүсийн элементийн хамгийн бага тоо зэргийг багтаасан болно. Холбогдох нэгдмэл нэгжийн параметрийн загварыг бий болгосон. Эцэст нь, сайжруулсан давхарга тэлэлтийн шалгуур үзүүлэлт ба нэгдмэл нэгжийн параметрийн загварын үр нөлөө, хэрэглэх боломжтой байдлыг статик давхраажилтын тестээр баталгаажуулсан. Гэсэн хэдий ч, сайжруулсан шалгуурыг зөвхөн нэг хэмжээст давхаргат симуляцид ашиглах боломжтой бөгөөд хоёр буюу гурван хэмжээст шатлалын өргөтгөлийн хувьд биш харин байрлалын хамаарлаас шалтгаална. Энэ асуудлыг шийдэхийн тулд зохиогч цаашид шилэн гүүрийг харгалзан шинэ гурвалсан нэгдмэл хүчийг санал болгосон.[14]. Бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь микроскопийн үүднээс давхаргын тэлэлтийн нарийн төвөгтэй үйл явцтай тохирч, энгийн параметрүүд, тодорхой физик утгаараа давуу талтай.
Нэмж дурдахад олон чиглэлтэй ламинатуудын давхаргажилтын үйл явцад түгээмэл тохиолддог давхраажилтын үзэгдлийг үнэн зөв загварчлахын тулд[11,12], Жао нар.[11,12]Тусгай дизайныг дуурайлган өргөтгөсөн төгсгөлөг элемент дээр суурилсан хагарлын замын удирдамжийн загварыг санал болгосон. Нийлмэл давхаргажилтын тест дэх шаталсан шилжилт. Үүний зэрэгцээ, 90°/90° интерфэйсийн давхаргат тэлэлтийн үйлдлийг үнэн зөв дуурайлган 90°/90°-ийн давхаргат интерфэйсийн дагуу зигзаг давхаргат тэлэлтийн зан үйлийн хувьд давхаргат өргөтгөлийн загварыг санал болгож байна.
Зураг 4 Давхардсан шилжилтийн тоон загварчлал ба туршилтын үр дүн[15]
Дүгнэлт
Энэхүү нийтлэл нь нийлмэл ламинатыг задлах чиглэлээр энэ бүлгийн судалгааны үр дүнд анхаарлаа хандуулдаг. Туршилтын талууд нь үндсэндээ интерфэйсийг байрлуулах өнцөг болон шилэн гүүрний статик ба ядрах давхаргын тэлэлтийн төлөвт үзүүлэх нөлөөг агуулдаг. Олон тооны туршилтын судалгаагаар нийлмэл материалын олон чиглэлтэй ламинатын эвдрэлийн механизм нь нарийн төвөгтэй болохыг олж мэдсэн. Шилэн гүүр нь олон чиглэлтэй ламинатыг хатууруулах нийтлэг механизм бөгөөд энэ нь давхаргын хугарлын бат бөх байдлын R-эсэргүүцлийн муруйн гол шалтгаан болдог. Одоогийн байдлаар II давхаргын дагуу R эсэргүүцлийн муруйн судалгаа харьцангуй дутмаг байгаа тул нэмэлт судалгаа хийх шаардлагатай байна. Гэмтлийн механизмаас эхлээд янз бүрийн нөлөөлөгч хүчин зүйлсийг багтаасан ядаргааны давхаргын загварыг санал болгож байгаа бөгөөд энэ нь ядаргааны давхаргажилтын судалгааны чиглэл юм. Судалгааны хэсэг тоон симуляцийн хувьд шаталсан тэлэлтийн шалгуурыг сайжруулж, давхаргын тэлэлтийн зан төлөвт шилэн гүүрний нөлөөг авч үзэхийн тулд нэгдмэл бүтэцтэй загварыг санал болгосон. Үүнээс гадна шаталсан шилжилтийн үзэгдлийг илүү сайн загварчлахад өргөтгөсөн төгсгөлөг элементийг ашигладаг. Энэ арга нь торыг дахин хуваахтай холбоотой асуудлуудыг арилгаснаар нарийн эсийн хуваагдлын хэрэгцээг арилгадаг. Энэ нь дурын хэлбэрийн давхрагажилтыг загварчлах өвөрмөц давуу талтай бөгөөд ирээдүйд энэ аргыг илүү олон инженерийн хэрэглээний судалгаа хийх шаардлагатай байна.[16].
Лавлагаа
[1] Ю Гон, Л Жао, Ж Жан, Н Ху. Нийлмэл ламинат дахь ядаргааны давхаргын эсэргүүцлийг эрчим хүчний үүднээс тодорхойлох шинэ загвар. Compos Sci Technol 2018; 167: 489-96.
[2] Л Жао, Ю Ван, Ж Жан, Ю Гун, Н Ху, Н Ли. I горимын ачааллын үед хавтасласан нийлмэл материалд зигзаг давхаргын өсөлтийг дуурайлган хийх XFEM-д суурилсан загвар. Compos Struct 2017; 160: 1155-62.
[3] Л Жао, Ү Гон, Ж Жан, Ү Ван, З Лу, Л Пэн, Н Ху. CFRP олон талт ламинат дахь ядаргааны давхаргын өсөлтийн зан үйлийн шинэ тайлбар. Compos Sci Technol 2016; 133: 79-88.
[4] Л Пэн, Ж Жан, Л Жао, Р Бао, Х Ян, Б Фэй. I горим ядаргааны ачааллын үед олон талт нийлмэл ламинатуудын давхаргын өсөлт. J Compos Mater 2011; 45: 1077-90.
[5] Л Жао, Ю Ван, Ж Жан, Ю Гун, З Лу, Н Ху, Ж Шү. I горимын ачааллын үед олон чиглэлт CFRP ламинатуудын тэгш өндөрлөгийн хугарлын бат бөх байдлын интерфейсээс хамааралтай загвар. Composites Part B: Engineering 2017; 131: 196-208.
[6] Л Жао, Ы Гон, Ж Жан, Ю Чен, Б Фэй. Нэгдмэл элементүүдийг ашиглан I горим ба холимог горимын I/II ачааллын үед олон чиглэлтэй ламинат дахь давхаргын өсөлтийн симуляци. Compos Struct 2014; 116: 509-22.
[7] Ю Гонг, Б Жан, Л Жао, Ж Жан, Н Ху, Ч Жан. Нэг чиглэлтэй ба олон чиглэлтэй интерфейс бүхий нүүрстөрөгч/эпокси ламинат дахь холимог горимын I/II давхаргын R-муруй төлөв байдал. Compos Struct 2019. (Хянаж байна).
[8] Л Пэн, Жэй Сю, Ж Жан, Л Жао. Ядаргааны ачааллын дор олон чиглэлтэй нийлмэл ламинатуудын холимог горимын давхаргын өсөлт. Eng Fract Mech 2012; 96: 676-86.
[9] Ж Жан, Л Пэн, Л Жао, Б Фэй. Холимог горимын ачааллын үед нийлмэл ламинатуудын ядаргааны давхаргын өсөлтийн хурд ба босго. Int J Fatigue 2012; 40: 7-15.
[10] Ю Гон, Л Жао, Ж Жан, Ю Ван, Н Ху. CFRP олон талт ламинат дахь холимог горимын I/II давхаргыг задлахад шилэн гүүрний нөлөөг багтаасан давхаргын тархалтын шалгуур. Compos Sci Technol 2017; 151: 302-9.
[11] Ю Гонг, Б Жан, СР Халлетт. I горимд бараг статик ба ядрах ачааллын үед олон чиглэлт нийлмэл ламинат дахь давхаргын шилжилт хөдөлгөөн. Compos Struct 2018; 189: 160-76.
[12] Ю Гонг, Б Жан, С Мухопадхяй, СР Халлетт. II горимын статик ба ядаргааны ачааллын дор олон чиглэлтэй ламинат дахь давхаргын шилжилтийн туршилтын судалгааг I горимтой харьцуулсан. Compos Struct 2018; 201: 683-98.
[13] Ю Гон, Л Жао, Ж Жан, Н Ху. Нийлмэл олон талт ламинатуудад их хэмжээний шилэн гүүрний нөлөөгөөр давхаргын тархалтын эрчим хүчний хуулийн сайжруулсан шалгуур. Compos Struct 2018; 184: 961-8.
[14] Ю Гон, Ю Хоу, Л Жао, В Ли, Г Ян, Ж Жан, Н Ху. Шилэн гүүрний нөлөөгөөр DCB ламинатын давхаргын өсөлтөд зориулсан гурван шугаман нэгдмэл бүсийн шинэ загвар. Compos Struct 2019. (Илгээнэ)
[15] Л Жао, Ж Жи, Ж Жан, З Лю, Н Ху. Нийлмэл ламинат дахь давхаргыг задлах XFEM загварчлал. Нийлмэл материал А хэсэг: Хэрэглээний шинжлэх ухаан ба үйлдвэрлэл 2016; 80: 61-71.
[16] Жао Либин, Гун Ю, Жан Жианью. Шилэн хүчитгэсэн нийлмэл ламинатуудын давхарга тэлэлтийн шинж чанарын талаархи судалгааны ахиц дэвшил. Нисэхийн шинжлэх ухааны сэтгүүл 2019: 1-28.
Эх сурвалж:Gong Yu, Wang Yana, Peng Lei, Zhao Libin, Zhang Jianyu.Study on stratified expansion behavior of дэвшилтэт карбон файбер хүчитгэсэн нийлмэл ламинат[C]. Механик ба инженерчлэл - Тоон тооцоолол ба өгөгдлийн шинжилгээ 2019 Эрдмийн бага хурал. Хятадын механикийн нийгэмлэг, Бээжингийн механикийн нийгэмлэг, 2019 он. дамжуулан Иксюшү
Шуудангийн цаг: 2019 оны 11-р сарын 15