MITAMBO NA UHANDISI - Uhesabuji wa Nambari na Uchambuzi wa Data
Mitambo na Uhandisi — Hesabu za Nambari na Uchambuzi wa Data 2019 Mkutano wa Kiakademia, Aprili 19-21, 2019, Beijing
Aprili 19-21, 2019, Beijing, Uchina
Utafiti juu ya Tabia ya Upanuzi wa Tabaka la Laminate ya Juu ya Nyuzi za Carbon Iliyoimarishwa
Gong Yu1*, Wang Yana2, Peng Lei3, Zhao Libin4, Zhang Jianyu1
1Chuo Kikuu cha Chongqing, Chongqing, 400044, China
2Taasisi ya Utafiti wa Usafiri wa Anga ya China Beijing Taasisi ya Utafiti wa Nyenzo za Anga, Beijing, 100095, Uchina
3China Commercial Aircraft Beijing Civil Aircraft Technology Research Center, Beijing, 102211, China
4Chuo Kikuu cha Beijing cha Aeronautics na Astronautics, Beijing, 100191, China
MuhtasariMuundo wa laminate ni mojawapo ya usanidi wa mchanganyiko unaotumiwa zaidi kwa composites, lakini delamination inakuwa hali yake kuu ya kushindwa kutokana na sifa dhaifu za interlaminar. Utafiti kuhusu utabakaji wa tabaka nyingi na tabia ya upanuzi inayotumiwa sana katika mazoezi ya uhandisi imekuwa mada motomoto kwa wasomi. Katika karatasi hii, matokeo ya utafiti wa nyuzinyuzi za kaboni zilizoimarishwa upunguzaji wa ujumuishaji katika Chuo Kikuu cha Chongqing na Chuo Kikuu cha Beijing cha Aeronautics and Astronautics Fatigue Fracture Laboratory huletwa kutoka kwa vipengele viwili vya utafiti wa majaribio na simulizi la nambari. Hatimaye, mwelekeo wa maendeleo ya shamba unatarajiwa.
Maneno muhimu:kaboni fiber kraftigare Composite, laminate, delamination, stratification uchovu
utangulizi
Nyenzo za mchanganyiko zina sifa bora kama vile nguvu mahususi za juu na ugumu wa hali ya juu, na zimetumika sana katika anga, teknolojia ya nishati, na usafirishaji wa raia na ujenzi. Wakati wa usindikaji na matumizi ya vifaa vya mchanganyiko, nyuzi na tumbo zitapitia digrii tofauti za uharibifu chini ya mzigo. Njia za kawaida za kushindwa kwa laminates za composite ni pamoja na uharibifu wa interlayer na uharibifu ndani ya tabaka. Kutokana na ukosefu wa uimarishaji katika mwelekeo wa unene, mali ya mitambo ya upande wa laminate ni duni, na uharibifu wa delamination ni uwezekano mkubwa wa kutokea chini ya mizigo ya athari za nje. Tukio na upanuzi wa uharibifu wa tabaka utasababisha kupungua kwa ugumu wa muundo na nguvu, na hata kusababisha ajali mbaya.[1-3]. Kwa hivyo, shida ya delamination inahusika zaidi na zaidi na muundo wa kimuundo na uchambuzi wa nguvu wa vifaa vyenye mchanganyiko, na inahitajika kusoma tabia ya upanuzi wa tabaka za nyenzo za mchanganyiko.[4].
Utafiti juu ya tabia ya upanuzi wa tabaka la laminate
1. Utafiti wa majaribio
Ugumu wa fracture ya interlaminar ni parameter ya tabia ya mali ya mitambo kati ya tabaka za composite. Viwango sawia vya majaribio vimeanzishwa kwa ajili ya kubaini ugumu wa kuvunjika kwa interlaminar ya Aina ya I, Aina ya II na I/II laminates mseto za unidirectional. Vifaa vya kupima sambamba vinaonyeshwa kwenye Mchoro 1. Hata hivyo, laminates nyingi za mwelekeo wa vifaa vya mchanganyiko hutumiwa mara nyingi katika muundo halisi wa uhandisi. Kwa hiyo, utafiti wa majaribio juu ya tabia ya utabaka na upanuzi wa laminates za mwelekeo mbalimbali ina umuhimu muhimu zaidi wa kinadharia na thamani ya uhandisi. Uanzishaji na upanuzi wa safu ya laminate ya safu nyingi hutokea kati ya miingiliano yenye pembe za kuwekewa kiholela, na tabia ya upanuzi wa tabaka ni tofauti sana na ile ya laminate za unidirectional, na utaratibu wa upanuzi ni ngumu zaidi. Watafiti wana tafiti chache za majaribio juu ya laminates za mwelekeo mbalimbali, na uamuzi wa ugumu wa kuvunjika kwa interlaminar bado haujaweka kiwango cha kimataifa. Timu ya utafiti ilitumia nyuzinyuzi za kaboni T700 na T800 kubuni aina mbalimbali za laminates zenye mchanganyiko na pembe tofauti za mpangilio wa kiolesura, na kuchunguza ushawishi wa pembe ya upangaji wa kiolesura na uzio wa nyuzi kwenye tabia tuli na ya uchovu wa kukatiza. Imegundulika kuwa uzio wa nyuzi unaoundwa na ukingo unaofuata wa safu una ushawishi mkubwa juu ya ugumu wa fracture ya interlaminar. Kadiri utabakaji unavyopanuka, ushupavu wa fracture wa interlaminar utaongezeka polepole kutoka kwa thamani ya chini ya awali, na wakati utabakishaji unafikia urefu fulani, hufikia thamani thabiti, ambayo ni, jambo la R upinzani la curve. Ugumu wa awali wa fracture ya interlayer ni karibu sawa na takriban sawa na ugumu wa fracture ya resin, ambayo inategemea ugumu wa fracture ya matrix yenyewe.[5, 6]. Walakini, maadili ya upanuzi wa ugumu wa fracture ya interlaminar ya miingiliano tofauti hutofautiana sana. Utegemezi muhimu wa safu ya safu ya kiolesura unawasilishwa. Katika kukabiliana na utegemezi huu, Zhao et al.[5]kulingana na utaratibu wa kimwili wa chanzo stratified upinzani, inachukuliwa kuwa interlaminar fracture ushupavu uthabiti thamani lina sehemu mbili, sehemu moja ni fracture kazi ya interface zisizohusiana safu, na sehemu nyingine ni uharibifu intralayer na nyuzi. Kazi ya fracture inayosababishwa na madaraja. Kupitia uchambuzi wa kipengele cha mwisho cha uwanja wa mbele wa dhiki ya mbele ya safu, imeonekana kuwa sehemu ya pili ya kazi ya fracture inategemea kina cha eneo la uharibifu wa mbele ya delamination (kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3), na kina cha eneo la uharibifu ni sawia na angle ya mpangilio wa interface. Muundo wa kinadharia wa thamani ya uthabiti wa uthabiti wa kuvunjika kwa aina ya I unaoonyeshwa na utendaji wa sinusoidal wa pembe ya safu ya kiolesura huwasilishwa.
Gong na wengine.[7]ilifanya mtihani wa kuweka utabaka wa mseto wa I/II chini ya uwiano tofauti wa kuchanganya, na ikagundua kuwa utabakaji wa mseto wa I/II kwenye laminate pia una sifa muhimu za curve ya R. Kupitia uchambuzi wa ushupavu wa fracture kati ya vipande tofauti vya mtihani, imeonekana kuwa thamani ya awali na thamani imara ya ugumu wa fracture ya interlaminar ya kipande cha mtihani huongezeka kwa kiasi kikubwa na ongezeko la uwiano wa kuchanganya. Kwa kuongeza, ugumu wa fracture ya awali na imara ya interlayer chini ya uwiano tofauti wa kuchanganya inaweza kuelezewa na kigezo cha BK.
Kwa upande wa stratification ya uchovu, daraja kubwa la nyuzi pia lilizingatiwa wakati wa mtihani. Kupitia uchanganuzi wa data ya jaribio, imebainika kuwa upanuzi wa uondoaji wa uchovu wa nyenzo za mchanganyiko huathiriwa na "curve ya upinzani", ili modeli ya kiwango cha upanuzi wa utabaka wa uchovu na thamani ya kizingiti haitumiki tena. Kwa msingi wa uchambuzi wa kinadharia, Zhang na Peng[4,8,9]ilianzisha upinzani wa upanuzi wa delamination ya uchovu ili kueleza nishati inayohitajika kwa upanuzi wa delamination ya uchovu wa nyenzo za mchanganyiko, na ilipendekeza zaidi nishati ya kawaida ya shida. Kiwango cha kutolewa ni muundo wa kiwango cha upanuzi uliowekwa tabaka la uchovu na thamani ya juu ya vigezo vya udhibiti. Kutumika kwa modeli na kigezo cha kizingiti cha kawaida kinathibitishwa na majaribio. Zaidi ya hayo, Zhao et al.[3]ilizingatia kwa kina athari za uwekaji daraja wa nyuzinyuzi, uwiano wa dhiki na uwiano wa kuchanganya mzigo kwenye utabaka wa uchovu na tabia ya upanuzi, na kuanzisha mtindo wa kawaida wa kiwango cha upanuzi wa tabaka kwa kuzingatia ushawishi wa uwiano wa dhiki. Usahihi wa mtindo huo ulithibitishwa na vipimo vya utabaka wa uchovu na uwiano tofauti wa dhiki na uwiano wa kuchanganya. Kwa idadi ya kimwili ya upinzani wa upanuzi wa uchovu katika muundo wa kawaida wa kiwango cha upanuzi wa uchovu, Gong et al.[1]kuondokana na udhaifu wa njia ya hesabu ambayo inaweza tu kupata pointi chache za data za pekee kupitia majaribio, na kuanzisha uchovu kutoka kwa mtazamo wa nishati. Mfano wa uchanganuzi wa hesabu ya upinzani uliopanuliwa wa tabaka. Muundo huo unaweza kutambua uamuzi wa kiasi wa utabaka wa uchovu na ukinzani wa upanuzi, na kutoa usaidizi wa kinadharia kwa utumizi wa modeli ya kiwango cha upanuzi kilichopendekezwa cha kawaida cha kawaida.
Mchoro wa 1 wa kifaa cha majaribio kilichopangwa
Mchoro wa 2 Ugumu wa kuvunjika kwa safu-R ya upinzani wa safu[5]
Mchoro wa 3 Ukanda wa uharibifu ulio na safu ya mbele na mofolojia iliyopanuliwa[5]
2. Utafiti wa uigaji wa nambari
Uigaji wa nambari wa upanuzi wa tabaka ni maudhui muhimu ya utafiti katika uwanja wa muundo wa muundo wa mchanganyiko. Wakati wa kutabiri kutofaulu kwa laminates za muundo wa unidirectional, vigezo vilivyopo vya upanuzi wa utabaka kawaida hutumia ugumu wa kila mara wa kuvunjika kwa interlaminar kama kigezo cha msingi cha utendaji.[10], kwa kulinganisha kiwango cha kutolewa kwa nishati ya ncha ya ufa na ugumu wa kuvunjika kwa interlaminar. Saizi ya kuamua ikiwa safu inapanuka. Utaratibu wa kushindwa kwa laminates nyingi za mwelekeo ni ngumu[11,12], ambayo ina sifa ya mikondo muhimu ya upinzani wa R[5,13]. Vigezo vilivyopo vya upanuzi wa tabaka havizingatii kipengele hiki na havitumiki kwa uigaji wa tabia ya utengano wa laminates zenye madaraja mengi zenye nyuzinyuzi. Gong na wengine.[10, 13]iliboresha vigezo vilivyopo vya upanuzi wa tabaka na ilipendekeza kuanzisha ukinzani wa R katika vigezo, na kwa kuzingatia hili, ilianzisha kigezo cha upanuzi wa tabaka kwa kuzingatia athari za kuunganisha nyuzi. Ufafanuzi na vigezo vya utumiaji wa kitengo cha mshikamano wa pande mbili zilisomwa kwa utaratibu na mbinu za nambari, ikiwa ni pamoja na ugumu wa kiolesura cha awali, nguvu ya kiolesura, mgawo wa mnato na idadi ya chini ya vipengele katika eneo la nguvu ya kushikamana. Mfano wa parameter ya kitengo cha mshikamano sambamba ilianzishwa. Hatimaye, ufanisi na ufaafu wa kigezo kilichoboreshwa cha upanuzi wa tabaka na modeli ya kigezo cha kigezo cha kiziwiti huthibitishwa na jaribio la kuweka utabakaji tuli. Hata hivyo, vigezo vilivyoboreshwa vinaweza kutumika tu kwa uigaji wa tabaka la mwelekeo mmoja kutokana na utegemezi wa nafasi na si kwa viendelezi vya daraja vya pande mbili au tatu. Ili kusuluhisha tatizo hili, mwandishi alipendekeza zaidi nguvu mpya ya kuunganisha yenye utatu kwa kuzingatia uunganishaji wa nyuzi.[14]. Uhusiano wa kimsingi unalingana na mchakato changamano wa upanuzi wa tabaka kutoka kwa mtazamo wa hadubini, na una faida za vigezo rahisi na maana wazi ya kimwili.
Kwa kuongezea, ili kuiga kwa usahihi uzushi wa uhamiaji wa tabaka la kawaida katika mchakato wa kuweka tabaka za laminate zenye mwelekeo mwingi.[11,12], Zhao et al.[11,12]ilipendekeza kielelezo cha mwongozo wa njia ya ufa kulingana na kipengele chenye kikomo kilichopanuliwa, kuiga muundo maalum. Uhamiaji wa hali ya juu katika jaribio la utabaka wa mchanganyiko. Wakati huo huo, muundo wa upanuzi wa tabaka unapendekezwa kwa tabia ya upanuzi wa tabaka la zigzag pamoja na kiolesura cha tabaka cha 90°/90°, ambacho huiga kwa usahihi tabia ya upanuzi wa tabaka la kiolesura cha 90°/90°.
Mchoro wa 4 Uigaji wa nambari wa uhamaji wa tabaka na matokeo ya majaribio[15]
Hitimisho
Karatasi hii inaangazia matokeo ya utafiti wa kikundi hiki katika uwanja wa delamination ya laminate iliyojumuishwa. Vipengele vya majaribio vinajumuisha ushawishi wa pembe ya mpangilio wa kiolesura na uzio wa nyuzi kwenye tabia ya upanuzi tuli na uchovu wa upanuzi. Kupitia idadi kubwa ya tafiti za majaribio, hupatikana kuwa utaratibu wa kushindwa kwa laminate ya mwelekeo mbalimbali wa vifaa vya mchanganyiko ni ngumu. Ufungaji wa nyuzinyuzi ni utaratibu wa kawaida wa kuimarisha laminates zenye mwelekeo mbalimbali, ambayo ndiyo sababu kuu ya curve ya R-upinzani wa ushupavu wa interlaminar fracture. Kwa sasa, utafiti wa curve ya R chini ya utabaka wa II haupo na unahitaji utafiti zaidi. Kuanzia kwenye utaratibu wa kutofaulu, modeli ya utabaka wa uchovu ikijumuisha mambo mbalimbali ya ushawishi inapendekezwa, ambayo ni mwelekeo wa utafiti wa utabaka wa uchovu. Kwa upande wa uigaji wa nambari, kikundi cha utafiti kilipendekeza kigezo kilichoboreshwa cha upanuzi wa daraja na muundo shirikishi wa kuzingatia ushawishi wa kuunganisha nyuzi kwenye tabia ya upanuzi wa tabaka. Kwa kuongeza, kipengele cha mwisho kilichopanuliwa kinatumika kuiga vyema hali ya uhamaji wa hali ya juu. Njia hii huondoa hitaji la mgawanyiko mzuri wa seli, kuondoa shida zinazohusiana na mgawanyiko wa mesh. Ina faida za kipekee katika kuiga utabaka wa maumbo kiholela, na utafiti zaidi wa utumizi wa uhandisi wa njia hii unahitajika katika siku zijazo.[16].
Marejeleo
[1] Y Gong, L Zhao, J Zhang, N Hu. Mfano wa riwaya ya kuamua upinzani wa delamination ya uchovu katika laminates za mchanganyiko kutoka kwa mtazamo wa nishati. Compos Sci Technol 2018; 167: 489-96.
[2] L Zhao, Y Wang, J Zhang, Y Gong, N Hu, N Li. Mfano wa msingi wa XFEM wa kuiga ukuaji wa zigzag delamination katika composites laminated chini ya upakiaji wa mode I. Muundo wa Compos 2017; 160: 1155-62.
[3] L Zhao, Y Gong, J Zhang, Y Wang, Z Lu, L Peng, N Hu. Ufafanuzi wa riwaya ya tabia ya ukuaji wa delamination ya uchovu katika laminates za multidirectional za CFRP. Compos Sci Technol 2016; 133: 79-88.
[4] L Peng, J Zhang, L Zhao, R Bao, H Yang, B Fei. Mode I delamination ukuaji wa laminates multidirectional Composite chini ya upakiaji uchovu. J Compos Mater 2011; 45: 1077-90.
[5] L Zhao, Y Wang, J Zhang, Y Gong, Z Lu, N Hu, J Xu. Muundo unaotegemea kiolesura cha ugumu wa kuvunjika kwa tambarare katika miale ya mielekeo mingi ya CFRP chini ya upakiaji wa modi ya I. Mchanganyiko Sehemu B: Uhandisi 2017; 131: 196-208.
[6] L Zhao, Y Gong, J Zhang, Y Chen, B Fei. Uigaji wa ukuaji wa delamination katika laminates multidirectional chini ya mode I na upakiaji wa mode mchanganyiko I/II kwa kutumia vipengele vya kushikamana. Muundo wa Compos 2014; 116: 509-22.
[7] Y Gong, B Zhang, L Zhao, J Zhang, N Hu, C Zhang. Tabia ya R-curve ya upunguzaji wa hali ya mchanganyiko wa I/II katika miale ya kaboni/epoksi yenye miingiliano ya unidirectional na ya pande nyingi. Muundo wa Compos 2019. (Inakaguliwa).
[8] L Peng, J Xu, J Zhang, L Zhao. Ukuaji wa delamination wa hali ya mchanganyiko wa laminates za mchanganyiko wa multidirectional chini ya upakiaji wa uchovu. Eng Fract Mech 2012; 96: 676-86.
[9] J Zhang, L Peng, L Zhao, B Fei. Viwango vya ukuaji wa delamination ya uchovu na vizingiti vya laminates za composite chini ya upakiaji wa mode mchanganyiko. Int J Fatigue 2012; 40: 7-15.
[10] Y Gong, L Zhao, J Zhang, Y Wang, N Hu. Kigezo cha uenezaji wa delamination ikiwa ni pamoja na athari ya upangaji nyuzinyuzi kwa upunguzaji wa hali ya mchanganyiko wa I/II katika laminates za mielekeo mingi za CFRP. Compos Sci Technol 2017; 151: 302-9.
[11] Y Gong, B Zhang, SR Hallett. Uhamiaji wa delamination katika laminates za mchanganyiko wa multidirectional chini ya hali ya I quasi-tuli na upakiaji wa uchovu. Muundo wa Compos 2018; 189: 160-76.
[12] Y Gong, B Zhang, S Mukhopadhyay, SR Hallett. Utafiti wa majaribio juu ya uhamiaji wa delamination katika laminates multidirectional chini ya mode II tuli na upakiaji uchovu, kwa kulinganisha na mode I. Compos Struct 2018; 201: 683-98.
[13] Y Gong, L Zhao, J Zhang, N Hu. Kigezo cha sheria ya nguvu iliyoboreshwa kwa uenezaji wa delamination na athari ya upangaji wa nyuzi kwa kiwango kikubwa katika laminates zenye mielekeo mingi. Muundo wa Compos 2018; 184: 961-8.
[14] Y Gong, Y Hou, L Zhao, W Li, G Yang, J Zhang, N Hu. Riwaya ya kielelezo cha ukanda wa mshikamano wa mistari mitatu kwa ukuaji wa delamination katika DCB laminates na athari ya kuunganisha nyuzi. Muundo wa Compos 2019. (Itawasilishwa)
[15] L Zhao, J Zhi, J Zhang, Z Liu, N Hu. Uigaji wa XFEM wa delamination katika laminates composite. Michanganyiko Sehemu A: Sayansi Inayotumika na Utengenezaji 2016; 80: 61-71.
[16] Zhao Libin, Gong Yu, Zhang Jianyu. Maendeleo ya utafiti juu ya tabia ya upanuzi wa tabaka la laminates zilizoimarishwa za nyuzi. Jarida la Sayansi ya Angani 2019: 1-28.
Chanzo:Gong Yu, Wang Yana, Peng Lei, Zhao Libin, Zhang Jianyu. Utafiti juu ya tabia ya upanuzi wa tabaka la laminates za hali ya juu zilizoimarishwa za nyuzi za kaboni[C]. Mekaniki na Uhandisi - Kongamano la Nambari na Uchanganuzi wa Data wa 2019 wa Kiakademia. Jumuiya ya Kichina ya Mitambo, Jumuiya ya Mekaniki ya Beijing, 2019. kupitia ixueshu
Muda wa kutuma: Nov-15-2019