Mékanika jeung Téknik - Komputasi Numeris jeung Analisis Data
Mékanika sareng Téknik - Itungan Numeris sareng Analisis Data 2019 Konperénsi Akademis, 19-21 April 2019, Beijing
19-21 April 2019, Beijing, Cina
Ulikan ngeunaan Paripolah Ékspansi Lapisan Lambaran Laminasi Komposit Bertulang Serat Karbon Canggih
Gong Yu1*, Wang Yana2, Péng Lei3, Zhao Libin4, Zhang Jianyu1
1Universitas Chongqing, Chongqing, 400044, Cina
2China Aviation Research Institute Beijing Aeronautical Bahan Panalungtikan Institute, Beijing, 100095, Cina
3China Commercial Aircraft Beijing Civil Aircraft Technology Research Center, Beijing, 102211, Cina
4Beijing Universitas Aeronautics na Astronautics, Beijing, 100191, Cina
AbstrakStruktur laminasi nyaéta salah sahiji konfigurasi komposit anu paling sering dianggo pikeun komposit, tapi delaminasi janten modus gagal utama kusabab sipat interlaminar anu lemah. Panaliti ngeunaan stratifikasi laminate multi-lapisan sareng paripolah ékspansi anu biasa dianggo dina prakték rékayasa sok janten topik anu panas pikeun sarjana. Dina makalah ieu, hasil panalungtikan serat karbon bertulang komposit delamination di Universitas Chongqing jeung Beijing Universitas Aeronautics na Astronautics Laboratorium narekahan kacapean diwanohkeun tina dua aspék panalungtikan eksperimen jeung simulasi numerik. Tungtungna, arah ngembangkeun lapangan prospekted.
kecap konci:serat karbon bertulang komposit, laminate, delamination, kacapean stratifikasi
bubuka
Bahan komposit gaduh sipat anu saé sapertos kakuatan spésifik anu luhur sareng kaku spésifik anu luhur, sareng parantos seueur dianggo dina aeroangkasa, téknologi énergi, sareng transportasi sipil sareng konstruksi. Salila ngolah sareng ngagunakeun bahan komposit, serat sareng matriks bakal ngalaman tingkat karusakan anu béda dina beban. Modeu gagalna umum pikeun laminasi komposit kalebet karusakan interlayer sareng karusakan dina lapisan. Kusabab kurangna tulangan dina arah ketebalan, sipat mékanis gurat tina laminate goréng, sarta karuksakan delamination kamungkinan pisan lumangsung dina beban dampak éksternal. Kajadian sareng ékspansi karusakan stratifikasi bakal nyababkeun panurunan dina kaku sareng kakuatan struktural, bahkan nyababkeun kacilakaan bencana.[1-3]. Ku alatan éta, masalah delamination beuki loba prihatin ku rarancang struktural jeung analisis kakuatan bahan komposit, sarta perlu diajar kabiasaan ékspansi layered bahan komposit.[4].
Panalungtikan ngeunaan kabiasaan ékspansi layered of laminate
1. Ulikan ékspérimén
Kateguhan narekahan interlaminar mangrupakeun parameter karakteristik sipat mékanis antara lapisan komposit. Standar tés anu cocog parantos ditetepkeun pikeun nangtukeun kateguhan narekahan interlaminar tina laminates unidirectional hibrid Tipe I, Tipe II sareng I / II. Alat tés anu saluyu dipidangkeun dina Gambar 1. Sanajan kitu, laminates multi-arah bahan komposit mindeng dipaké dina struktur rékayasa sabenerna. Ku alatan éta, ulikan ékspérimén dina stratifikasi jeung ékspansi paripolah laminates multi-arah boga significance téoritis leuwih penting jeung nilai rékayasa. Multi-lapisan laminate inisiasi lapisan jeung ékspansi lumangsung antara interfaces kalawan sudut layering sawenang, jeung kabiasaan ékspansi layered mah béda sacara signifikan ti laminates unidirectional, jeung mékanisme ékspansi leuwih pajeulit. Panaliti gaduh rélatif sababaraha studi ékspérimén dina laminates multi-arah, sareng tekad tina kateguhan narekahan interlaminar teu acan ngadegkeun standar internasional. Tim panalungtikan dipaké T700 na T800 serat karbon mendesain rupa-rupa laminates komposit jeung sudut layup panganteur béda, sarta diajar pangaruh sudut layup panganteur na serat bridging on statik sarta kacapean delamination kabiasaan. Ieu geus kapanggih yén bridging serat dibentuk ku ujung labuh tina lapisan boga pangaruh hébat kana kateguhan narekahan interlaminar. Nalika stratifikasi ngembang, kateguhan narekahan interlaminar laun-laun ningkat tina nilai awal anu langkung handap, sareng nalika stratifikasi ngahontal panjang anu tangtu, éta ngahontal nilai anu stabil, nyaéta, fenomena kurva résistansi Sunda. Kateguhan narekahan awal interlayer ampir sarua jeung kurang leuwih sarua jeung kateguhan narekahan résin, nu gumantung kana kateguhan narekahan tina matrix sorangan.[5, 6]. Sanajan kitu, nilai extension kateguhan narekahan interlaminar tina interfaces béda greatly rupa-rupa. Antarbeungeut signifikan gumantungna sudut lapisan dibere. Dina respon kana kagumantungan ieu, Zhao et al.[5]dumasar kana mékanisme fisik sumber lalawanan ngabedakeun lapisan, eta dianggap yén interlaminar narekahan kateguhan nilai stabilitas diwangun ku dua bagian, hiji bagian mangrupa karya narekahan antarbeungeut lapisan nu teu patali, sarta bagian séjén nyaéta karuksakan intralayer jeung serat. Karya narekahan disababkeun ku bridging. Ngaliwatan analisis unsur terhingga widang stress hareup hareup layered, kapanggih yén bagian kadua karya narekahan gumantung kana jero zona ruksakna hareup delamination (sakumaha ditémbongkeun dina Gambar 3), sarta jero zona ruksakna sabanding jeung sudut layup panganteur. Hiji model téoritis tina nilai stabilitas kateguhan narekahan tipe I dinyatakeun ku fungsi sinusoida tina sudut lapisan panganteur dibere.
Gong et al.[7]ngalaksanakeun uji stratifikasi hibrida I/II dina babandingan campuran anu béda, sareng mendakan yén stratifikasi hibrida I/II dina laminate ogé gaduh ciri kurva résistansi R anu signifikan. Ngaliwatan analisis kateguhan narekahan antara potongan tés anu béda, kapanggih yén nilai awal jeung nilai stabil tina kateguhan narekahan interlaminar tina potongan tés ngaronjat sacara signifikan kalayan kanaékan rasio pencampuran. Salaku tambahan, kateguhan narekahan awal sareng stabil tina interlayer dina babandingan campuran anu béda tiasa dijelaskeun ku kriteria BK.
Dina hal stratifikasi kacapean, sambatan serat anu signifikan ogé dititénan nalika tés. Ngaliwatan analisis data test, kapanggih yén ékspansi delamination kacapean bahan komposit kapangaruhan ku "kurva lalawanan", ku kituna modél laju ékspansi stratifikasi kacapean tradisional jeung nilai bangbarung nu euweuh lumaku. Dina dasar analisis teoritis, Zhang jeung Peng[4,8,9]ngenalkeun résistansi ékspansi delaminasi kacapean pikeun nganyatakeun énergi anu dipikabutuh pikeun ékspansi delaminasi kacapean bahan komposit, sareng salajengna ngajukeun énergi galur anu dinormalisasi. Laju pelepasan nyaéta modél laju ékspansi stratified kacapean sareng nilai ambang parameter kontrol. Larapkeun model sareng parameter ambang anu dinormalisasi diverifikasi ku percobaan. Salajengna, Zhao et al.[3]comprehensively dianggap épék bridging serat, ratio stress sarta rasio beban-pergaulan on stratifikasi kacapean jeung kabiasaan ékspansi, sarta ngadegkeun kacapean dinormalisasi modél laju ékspansi stratified tempo pangaruh rasio stress. Katepatan modél ieu diverifikasi ku tés stratifikasi kacapean kalayan babandingan setrés anu béda sareng babandingan campuran. Pikeun kuantitas fisik résistansi ékspansi stratified kacapean dina modél laju ékspansi stratified kacapean dinormalisasi, Gong et al.[1]nungkulan kalemahan metoda itungan nu ngan bisa ménta titik data diskrit kawates ngaliwatan percobaan, sarta ngadegkeun kacapean ti sudut pandang énergi. Modél analitik pikeun itungan résistansi ngalegaan stratified. Modél bisa ngawujudkeun tekad kuantitatif stratifikasi kacapean sarta lalawanan ékspansi, sarta nyadiakeun rojongan teoritis pikeun aplikasi tina kacapean diusulkeun stratified laju ékspansi model.
Gambar 1 diagram alat uji stratified
Gambar 2 Inter-lapisan narekahan kateguhan kurva lalawanan Sunda[5]
angka 3 Layered zona ruksakna ujung ngarah jeung morfologi nambahan stratified[5]
2. Ulikan simulasi numeris
Simulasi numeris ékspansi layered mangrupa eusi panalungtikan penting dina widang desain struktur komposit. Nalika ngaramal gagalna delaminasi laminates unidirectional komposit, kriteria ékspansi stratifikasi anu aya biasana ngagunakeun kateguhan narekahan interlaminar konstan salaku parameter kinerja dasar.[10], Ku ngabandingkeun laju pelepasan énergi tip retakan jeung kateguhan narekahan interlaminar. Ukuran pikeun nangtukeun lamun layering ngembang. Mékanisme gagalna laminates multi-arah rumit[11,12], nu dicirikeun ku kurva lalawanan Sunda signifikan[5,13]. Kriteria ékspansi layered aya henteu nyandak fitur ieu kana akun tur teu dilarapkeun ka simulasi tina kabiasaan delamination of serat-ngandung bridged laminates multidirectional. Gong et al.[10, 13]ningkat kriteria ékspansi stratified aya sarta diusulkeun pikeun ngawanohkeun kurva lalawanan Sunda kana kriteria, sarta dumasar kana ieu, ngadegkeun hiji kriteria ékspansi ngabedakeun lapisan tempo efek tina bridging serat. Definisi jeung pamakean parameter tina unit kohési konstitutif bilinear sacara sistematis diulik ku métode numerik, kaasup kaku interface awal, kakuatan panganteur, koefisien viskositas jeung jumlah minimum elemen dina zona gaya cohesive. Model parameter unit cohesive pakait diadegkeun. Tungtungna, éféktivitas sareng aplikasi tina kriteria ékspansi lapisan ningkat sareng modél parameter unit cohesive diverifikasi ku uji stratifikasi statik. Sanajan kitu, kritéria ningkat ngan bisa dipaké pikeun simulasi layered hiji diménsi alatan kagumantungan posisional teu keur ekstensi hirarki dua atawa tilu diménsi. Dina raraga ngajawab masalah ieu, panulis satuluyna ngusulkeun hiji gaya cohesive trilinear anyar constitutive tempo serat bridging.[14]. Hubungan constitutive fits prosés kompléks ékspansi layered ti sudut pandang mikroskopis, sarta ngabogaan kaunggulan parameter basajan tur harti fisik jelas.
Sajaba ti éta, guna akurat simulate fenomena migrasi stratified umum dina prosés stratifikasi laminates multi-arah.[11,12], Zhao et al.[11,12]diusulkeun model hidayah jalur retakan dumasar kana elemen terhingga nambahan, simulating desain husus. Migrasi hirarki dina tés stratifikasi komposit. Dina waktu nu sarua, model ékspansi layered diusulkeun pikeun kabiasaan ékspansi zigzag layered sapanjang 90 ° / 90 ° panganteur layered, nu akurat simulates kabiasaan ékspansi layered tina panganteur 90 ° / 90 °.
Gambar 4 Simulasi numeris migrasi layered jeung hasil eksperimen[15]
kacindekan
Tulisan ieu museurkeun kana hasil panalungtikan grup ieu dina widang delaminasi laminate komposit. Aspék ékspérimén utamina kalebet pangaruh sudut layup antarmuka sareng sambatan serat dina paripolah ékspansi delaminasi statik sareng kacapean. Ngaliwatan angka nu gede ngarupakeun studi ékspérimén, kapanggih yén mékanisme gagalna laminate multi arah bahan komposit téh pajeulit. Serat bridging mangrupakeun mékanisme toughening umum tina laminates multi arah, nu alesan utama pikeun kurva R-lalawanan tina kateguhan narekahan interlaminar. Kiwari, ulikan kurva résistansi Sunda dina stratifikasi II kawilang kurang sarta perlu panalungtikan satuluyna. Dimimitian tina mékanisme gagalna, diusulkeun modél stratifikasi kacapean kalebet rupa-rupa faktor anu mangaruhan, anu mangrupikeun arah panalungtikan stratifikasi kacapean. Dina watesan simulasi numeris, grup panalungtikan ngajukeun hiji ningkat kriteria ékspansi hirarki sarta modél constitutive cohesive mertimbangkeun pangaruh bridging serat dina kabiasaan ékspansi stratified. Salaku tambahan, unsur terhingga anu diperpanjang dianggo pikeun langkung saé simulasi fenomena migrasi hirarki. Metoda ieu eliminates butuh division sél rupa, ngaleungitkeun masalah pakait sareng bolong ulang division. Cai mibanda kaunggulan unik dina simulating stratifikasi bentuk sawenang, sarta leuwih rékayasa aplikasi panalungtikan metoda ieu diperlukeun dina mangsa nu bakal datang.[16].
Rujukan
[1] Y Gong, L Zhao, J Zhang, N Hu. Modél novél pikeun nangtukeun résistansi delaminasi kacapean dina laminasi komposit tina sudut pandang énergi. Compos Sci Technol 2018; 167: 489-96.
[2] L Zhao, Y Wang, J Zhang, Y Gong, N Hu, N Li. Modél basis XFEM pikeun simulating pertumbuhan delamination zigzag di laminated composites handapeun mode I loading. Struktur Kompos 2017; 160: 1155-62.
[3] L Zhao, Y Gong, J Zhang, Y Wang, Z Lu, L Peng, N Hu. Interprétasi novel ngeunaan paripolah pertumbuhan delaminasi kacapean dina 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 tumuwuhna laminates komposit multidirectional handapeun loading kacapean. J Compos Mater 2011; 45: 1077-90.
[5] L Zhao, Y Wang, J Zhang, Y Gong, Z Lu, N Hu, J Xu. Hiji modél panganteur-gumantung tina kateguhan narekahan dataran di multidirectional CFRP laminates handapeun mode I loading. Composites Bagian B: Téknik 2017; 131: 196-208.
[6] L Zhao, Y Gong, J Zhang, Y Chen, B Fei. Simulasi tumuwuhna delamination dina laminates multidirectional dina mode I jeung mode dicampur I / loadings II ngagunakeun elemen cohesive. Struktur Kompos 2014; 116: 509-22.
[7] Y Gong, B Zhang, L Zhao, J Zhang, N Hu, C Zhang. Paripolah kurva-R tina delaminasi modeu-campuran I / II dina karbon / epoxy laminates sareng antar muka unidirectional sareng multidirectional. Compos Struct 2019. (Dina Review).
[8] L Peng, J Xu, J Zhang, L Zhao. Pertumbuhan delamination mode campuran tina laminates komposit multidirectional dina beban kacapean. Eng fract Mech 2012; 96: 676-86.
[9] J Zhang, L Peng, L Zhao, B Fei. Laju pertumbuhan delaminasi kacapean sareng ambang laminat komposit dina beban modeu dicampur. Int J kacapean 2012; 40: 7-15.
[10] Y Gong, L Zhao, J Zhang, Y Wang, N Hu. Kriteria rambatan delaminasi kaasup pangaruh serat bridging pikeun campuran-mode I / II delamination di CFRP laminates multidirectional. Compos Sci Technol 2017; 151: 302-9.
[11] Y Gong, B Zhang, SR Hallett. Migrasi Delamination dina laminates komposit multidirectional dina modeu I quasi-statik sarta loading kacapean. Struktur Kompos 2018; 189: 160-76.
[12] Y Gong, B Zhang, S Mukhopadhyay, SR Hallett. Ulikan ékspérimén dina migrasi delamination dina laminates multidirectional dina mode II statik jeung kacapean loading, kalawan ngabandingkeun kana mode I. Struktur Kompos 2018; 201: 683-98.
[13] Y Gong, L Zhao, J Zhang, N Hu. Kriteria hukum kakuatan anu ditingkatkeun pikeun rambatan delaminasi kalayan pangaruh sambatan serat skala ageung dina lamina multidirectional komposit. Struktur Kompos 2018; 184: 961-8.
[14] Y Gong, Y Hou, L Zhao, W Li, G Yang, J Zhang, N Hu. Modél zona cohesive tilu-linier novél pikeun kamekaran delaminasi dina laminasi DCB kalayan pangaruh sambatan serat. Struktur Kompos 2019. (Pikeun dikintunkeun)
[15] L Zhao, J Zhi, J Zhang, Z Liu, N Hu. simulasi XFEM of delamination di laminates komposit. Composites Bagian A: Élmu Terapan jeung Manufaktur 2016; 80: 61-71.
[16] Zhao Libin, Gong Yu, Zhang Jianyu. Kamajuan panalungtikan ngeunaan paripolah ékspansi stratified of fiber reinforced composite laminates. Journal of Aeronautical Élmu 2019: 1-28.
Sumber:Gong Yu, Wang Yana, Peng Lei, Zhao Libin, Zhang Jianyu.Study on kabiasaan ékspansi stratified of maju serat karbon bertulang laminates komposit[C]. Mékanika sareng Téknik - Komputasi Numeris sareng Analisis Data 2019 Konférénsi Akademis. Cina Society of Mékanika, Beijing Mékanika Society, 2019. ngaliwatan ixueshu
waktos pos: Nov-15-2019