МЕХАНИКА ВА ТЕХНИКА — Хисоббарории ададй ва тахлили маълумот
Механика ва муҳандисӣ - Ҳисобҳои ададӣ ва таҳлили додаҳо 2019 Конфронси академӣ, 19-21 апрели 2019, Пекин
19-21 апрели соли 2019, Пекин, Чин
Омӯзиш дар бораи рафтори васеъшавии қабати варақаи ламинатҳои композитии нахи карбон такмилёфта
Гонг Ю1*, Ван Яна2, Пэн Лей3, Чжао Либин4, Чжан Цзяню1
1Донишгоҳи Чунцин, Чунцин, 400044, Чин
2Институти тадқиқоти авиатсионии Чин Пажӯҳишгоҳи маводи ҳавоии Пекин, Пекин, 100095, Хитой
3Ҳавопаймоҳои тиҷоратии Чин Маркази тадқиқоти технологии ҳавопаймои шаҳрвандӣ Пекин, Пекин, 102211, Чин
4Донишгоҳи Пекин, аэронавтика ва астронавтика, Пекин, 100191, Чин
РефератСохтори ламинатӣ яке аз конфигуратсияҳои таркибии маъмултарин барои композитҳо мебошад, аммо деламинатсия аз сабаби хусусиятҳои сусти байниламинарӣ ҳолати асосии нокомии он мегардад. Тадқиқот дар бораи табақабандии бисёрқабатаи ламинат ва рафтори васеъшавӣ, ки маъмулан дар амалияи муҳандисӣ истифода мешаванд, ҳамеша мавзӯи доғ барои олимон буд. Дар ин мақола, натиҷаҳои тадқиқоти деламинатсияи таркибии мустаҳкамшудаи нахи карбон дар Донишгоҳи Чунцин ва Донишгоҳи Пекини аэронавтика ва лабораторияи шикастани хастагӣ аз ду ҷанбаи тадқиқоти таҷрибавӣ ва моделсозии ададӣ муаррифӣ карда мешаванд. Нихоят, самти тараккиёти кон пешбинй шудааст.
Калидвожаҳо:нахи карбон пурқуввати таркибии, ламинат, деламинатсия, стратификацияи хастагӣ
муқаддима
Маводҳои композитӣ дорои хосиятҳои аъло, аз қабили қувваи хоси баланд ва сахтии баланди хос мебошанд ва дар соҳаи аэрокосмос, технологияи энергетикӣ, нақлиёти шаҳрвандӣ ва сохтмон васеъ истифода мешаванд. Ҳангоми коркард ва истифодаи маводи таркибӣ, нахҳо ва матритсаҳо дар зери сарборӣ дараҷаҳои гуногуни зарар мебинанд. Усулҳои маъмулии нокомӣ барои ламинатҳои таркибӣ зарари байниқабатӣ ва осеб дар дохили қабатҳоро дар бар мегиранд. Аз сабаби набудани арматура дар самти ғафсӣ, хосиятҳои механикии паҳлӯии ламинат сустанд ва эҳтимолияти зарари деламинатсия дар зери сарбориҳои беруна рух медиҳад. Ба вуҷуд омадан ва тавсеаи зарари стратификацияшуда боиси паст шудани сахтӣ ва мустаҳкамии сохтор ва ҳатто боиси садамаҳои фалокатбор мегардад.[1-3]. Аз ин рӯ, масъалаи деламинатсия бештар ба тарҳрезии сохторӣ ва таҳлили мустаҳкамии маводи таркибӣ дахл дорад ва омӯзиши рафтори васеъшавии қабати маводи таркибӣ зарур аст.[4].
Тадқиқот дар бораи рафтори васеъшавии қабати ламинат
1. Омӯзиши таҷрибавӣ
Мустаҳкамии шикастани байниламинарӣ як параметри хоси хосиятҳои механикии байни қабатҳои таркибӣ мебошад. Барои муайян кардани устувории шикастани байниламинии ламинатҳои гибридии яктарафаи Намуди I, Навъи II ва I/II стандартҳои санҷиши мувофиқ муқаррар карда шудаанд. Таҷҳизоти санҷишии мувофиқ дар расми 1 нишон дода шудааст. Бо вуҷуди ин, ламинатҳои бисёрҷонибаи маводи таркибӣ аксар вақт дар сохтори воқеии муҳандисӣ истифода мешаванд. Аз ин рӯ, омӯзиши таҷрибавӣ оид ба рафтори стратификация ва васеъшавии ламинатҳои бисёрсамтӣ аҳамияти назариявӣ ва арзиши муҳандисӣ дорад. Оғози ва васеъшавии қабати ламинатҳои бисёрқабата дар байни интерфейсҳо бо кунҷҳои худсарии қабати ламинат ба амал меоянд ва рафтори васеъшавии қабатӣ аз ламинатҳои якҷониба ба таври назаррас фарқ мекунад ва механизми васеъшавӣ мураккабтар аст. Тадқиқотчиён нисбатан кам тадқиқоти таҷрибавӣ оид ба ламинатҳои бисёрсамтӣ доранд ва муайян кардани устувории шикастани байниламинарӣ то ҳол стандарти байналмилалиро муқаррар накардааст. Гурӯҳи тадқиқотӣ нахи карбони T700 ва T800-ро барои тарҳрезии як қатор ламинатҳои таркибӣ бо кунҷҳои гуногуни ҷойгиркунии интерфейс истифода бурданд ва таъсири кунҷи ҷойгиркунии интерфейс ва пули нахро ба рафтори деламинатсияи статикӣ ва хастагӣ омӯхтанд. Муайян карда шудааст, ки пули нах, ки аз канори паси қабат ба вуҷуд омадааст, ба устувории шикастани байниламинарӣ таъсири калон мерасонад. Баробари васеъ шудани стратификация, устувории шикастани байниламинӣ аз арзиши ибтидоии пасттар тадриҷан зиёд мешавад ва вақте ки стратификация ба дарозии муайян мерасад, он ба арзиши устувор, яъне падидаи каҷи муқовимати R мерасад. Мустаҳкамии шикастаи ибтидоии байниқабат тақрибан баробар аст ва тақрибан ба устувории шикастани қатрон баробар аст, ки аз сахтии шикастани худи матритса вобаста аст.[5, 6]. Бо вуҷуди ин, арзишҳои васеъшавии мустаҳкамии шикастани байниламинии интерфейсҳои гуногун хеле фарқ мекунанд. Вобастагии назарраси кунҷи қабати интерфейс нишон дода шудааст. Дар посух ба ин вобастагӣ, Чжао ва дигарон.[5]дар асоси механизми физикии манбаи муқовимати стратификатсияшуда ҳисоб карда мешавад, ки арзиши устувории устувории шикастани байниламинӣ аз ду қисм иборат аст, як қисм кори шикастани интерфейси қабати ба ҳам алоқаманд нест ва қисми дигар осеби дохили қабат ва нах мебошад. Кори шикаста, ки дар натиҷаи пулакӣ ба вуҷуд омадааст. Тавассути таҳлили унсурҳои ниҳоии майдони пеши фишори пеши қабати қабатӣ, маълум мешавад, ки қисми дуюми кори шикаста аз умқи минтақаи зарари пеши деламинатсия вобаста аст (тавре ки дар расми 3 нишон дода шудааст) ва умқи минтақаи осеб ба кунҷи ҷойгиркунии интерфейс мутаносиб аст. Модели назариявии арзиши устувории устувории шикастани навъи I, ки бо функсияи синусоидаи кунҷи қабати интерфейс ифода ёфтааст, пешниҳод карда шудааст.
Гонг ва дигарон.[7]озмоиши табақабандии гибридии I/II-ро таҳти таносуби гуногуни омехта анҷом дод ва муайян кард, ки табақабандии гибридии I/II дар ламинат низ дорои хусусиятҳои назарраси каҷравии муқовимати R мебошад. Тавассути тахлили устувории шикастани байни порчахои гуногуни озмоиш муайян карда мешавад, ки арзиши аввалия ва устувории сахтии шикастани байниламинарии порчаи озмоиш бо афзоиши таносуби омехта ба таври назаррас меафзояд. Илова бар ин, устувории шикастани ибтидоӣ ва устувори байниқабатро дар таносуби омехтаи гуногун метавон бо меъёри BK тавсиф кард.
Дар робита ба табақабандии хастагӣ, дар давоми санҷиш пулҳои назарраси нахи низ мушоҳида карда шуд. Тавассути таҳлили маълумоти санҷишӣ маълум шуд, ки ба тавсеаи деламинатсияи хастагии маводи таркибӣ аз "хати муқовимат" таъсир мерасонад, то модели анъанавии густариши стратификацияи хастагӣ ва арзиши ҳадди аксар дигар қобили татбиқ набошанд. Дар асоси тахлили назариявй Чжан ва Пэн[4,8,9]муқовимати тавсеаи деламинатсияи хастагӣ барои ифодаи энергияе, ки барои тавсеаи деламинатсияи хастагии маводҳои таркибӣ лозим аст, ҷорӣ кард ва минбаъд энергияи шиддати муқарраршударо пешниҳод кард. Меъёри озодкунӣ модели суръати тавсеаи стратификацияи хастагӣ ва арзиши ҳадди ниҳоии параметрҳои назоратӣ мебошад. Татбиқи модел ва параметри ҳадди муқарраршуда тавассути таҷрибаҳо тасдиқ карда мешавад. Илова бар ин, Чжао ва дигарон.[3]Таъсири пулакии нах, таносуби стресс ва таносуби омехтаи сарборӣ ба стратификацияи хастагӣ ва рафтори васеъшавиро ҳамаҷониба баррасӣ намуда, бо назардошти таъсири таносуби стресс як модели муқарраршудаи васеъшавии стратификацияи хастагӣ таъсис дод. Дурустии модел тавассути санҷишҳои стратификацияи хастагӣ бо таносуби гуногуни стресс ва таносуби омехта тасдиқ карда шуд. Барои миқдори физикии хастагӣ муқовимати тавсеаи стратификацияшуда дар модели меъёри васеъшавии стратификацияи хастагӣ, Гонг ва дигарон.[1]сустии усули ҳисобкуниро, ки танҳо тавассути таҷрибаҳо нуқтаҳои маҳдуди дискретиро ба даст оварда метавонанд, бартараф карда, хастагӣ аз нуқтаи назари энергетикиро муқаррар мекунанд. Модели таҳлилӣ барои ҳисоб кардани муқовимати васеъшудаи стратификация. Модел метавонад муайянкунии миқдории стратификацияи хастагӣ ва муқовимати васеъшавиро амалӣ созад ва барои татбиқи модели муқарраршудаи суръати васеъшавии стратификацияи хастагии пешниҳодшуда дастгирии назариявӣ расонад.
Тасвири 1 Диаграммаи дастгоҳи санҷишии қабати
Тасвири 2 Каҷи муқовимат ба шиддатнокии шикастани байниқабатҳои R[5]
Тасвири 3 Минтақаи зарари канори қабати пешқадам ва морфологияи васеъшудаи стратификацияшуда[5]
2. Омӯзиши моделсозии ададӣ
Моделсозии ададии тавсеаи қабатӣ мундариҷаи муҳими тадқиқот дар соҳаи тарҳрезии сохтори таркибӣ мебошад. Ҳангоми пешгӯии нокомии деламинатсияи ламинатҳои яктарафаи таркибӣ, меъёрҳои мавҷудаи васеъшавии стратификация одатан устувории доимии шикастани байниламиниро ҳамчун параметри асосии кор истифода мебаранд[10], бо муқоисаи суръати баровардани энергияи нӯги тарқиш ва сахтии шикастани байниламинарӣ. Андоза барои муайян кардани он, ки қабат васеъ шуда истодааст. Механизми нокомии ламинатҳои бисёрсамтӣ мураккаб аст[11,12], ки бо хатҳои муқовимати R назаррас тавсиф карда мешавад[5,13]. Меъёрҳои васеъшавии қабати мавҷуда ин хусусиятро ба инобат намегиранд ва ба моделсозии рафтори деламинатсияи ламинатҳои бисёрҷонибаи дорои нахҳо дахл надоранд. Гонг ва дигарон.[10, 13]меъёрҳои мавҷудаи васеъшавии стратификатсияро такмил дод ва пешниҳод кард, ки хатти муқовимати R ба меъёрҳо ворид карда шавад ва дар асоси ин, меъёри васеъшавии стратификатсияро бо назардошти таъсири пулакии нах муқаррар кард. Муайян ва истифодаи параметрҳои воҳиди когезивии духати конститутсионӣ бо усулҳои ададӣ, аз ҷумла сахтии интерфейси ибтидоӣ, қувваи интерфейс, коэффисиенти часпак ва шумораи минималии элементҳо дар минтақаи қувваи когезивӣ мунтазам омӯхта шуданд. Модели параметри воҳиди мувофиқ таъсис дода шуд. Ниҳоят, самаранокӣ ва татбиқи меъёри такмилёфтаи васеъшавии қабати ва модели параметри воҳиди муттаҳид тавассути санҷиши стратификацияи статикӣ тасдиқ карда мешавад. Аммо, меъёрҳои мукаммалро танҳо барои моделсозии қабати якченака аз сабаби вобастагии мавқеъ истифода бурдан мумкин аст, на барои васеъшавии иерархикии ду ё сеченака. Барои ҳалли ин мушкилот, муаллиф минбаъд як қувваи нави муттаҳидкунандаи сехатти конститутсиониро бо назардошти пули нахҳо пешниҳод кардааст.[14]. Муносибати конститутсионӣ ба раванди мураккаби васеъшавии қабати аз нуқтаи назари микроскопӣ мувофиқат мекунад ва бартариҳои параметрҳои оддӣ ва маънои равшани ҷисмонӣ дорад.
Илова бар ин, бо мақсади ба таври дақиқ тақлид кардани падидаи стратификацияи муҳоҷират, ки дар раванди стратификацияи ламинатҳои бисёрсамтӣ маъмул аст[11,12], Чжао ва дигарон.[11,12]модели роҳнамоии роҳи крекро дар асоси унсури ниҳоии васеъ пешниҳод кард, ки тарҳи махсусро тақлид мекунад. Муҳоҷирати иерархӣ дар санҷиши стратификацияи таркибӣ. Ҳамзамон, модели васеъкунии қабати барои рафтори васеъшавии зигзаг дар баробари интерфейси қабати 90°/90° пешниҳод карда мешавад, ки рафтори васеъшавии қабати интерфейси 90°/90°-ро ба таври дақиқ тақлид мекунад.
Тасвири 4 Моделсозии ададии муҳоҷирати қабатӣ ва натиҷаҳои таҷрибавӣ[15]
Хулоса
Ин мақола ба натиҷаҳои тадқиқоти ин гурӯҳ дар соҳаи деламинатсияи таркибии ламинат тамаркуз мекунад. Ҷанбаҳои таҷрибавӣ асосан таъсири кунҷи ҷойгиркунии интерфейс ва пули нахро ба рафтори тавсеаи деламинатсияи статикӣ ва хастагӣ дар бар мегиранд. Тавассути шумораи зиёди тадқиқотҳои таҷрибавӣ маълум шуд, ки механизми шикастани ламинатҳои бисёрсамти маводи таркибӣ мураккаб аст. Пули нахи як механизми маъмулии мустаҳкамкунии ламинатҳои бисёрсамтӣ мебошад, ки сабаби асосии каҷи муқовимати R-и сахтии шикастани байниламинарӣ мебошад. Дар айни замон, омӯзиши каҷи муқовимати R дар зери табақабандии II нисбатан кам аст ва ба таҳқиқоти минбаъда ниёз дорад. Аз механизми нокомӣ сар карда, модели табақабандии хастагӣ, аз ҷумла омилҳои гуногуни таъсиркунанда пешниҳод карда мешавад, ки як самти таҳқиқоти стратификацияи хастагӣ мебошад. Дар робита ба моделиронии ададӣ, гурӯҳи тадқиқотӣ як меъёри такмилёфтаи иерархӣ ва модели конститутсионии муттаҳидро пешниҳод кард, то таъсири пули нахро ба рафтори тавсеаи табақаҳо баррасӣ кунад. Илова бар ин, унсури ниҳоии васеъшуда барои беҳтар тақлид кардани падидаи иерархикии муҳоҷират истифода мешавад. Ин усул эҳтиёҷоти тақсимоти хуби ҳуҷайраҳоро аз байн мебарад ва мушкилоти марбут ба дубора тақсим кардани торро бартараф мекунад. Он дар тақлид кардани табақабандии шаклҳои худсарона бартариҳои беназир дорад ва дар оянда таҳқиқоти бештари муҳандисии татбиқи ин усул лозим аст.[16].
Иқтибосҳо
[1] Ю Гонг, Л Чжао, Ҷ Чжан, Н Ху. Модели нав барои муайян кардани муқовимати деламинатсияи хастагӣ дар ламинатҳои таркибӣ аз нуқтаи назари энергия. Compos Sci Technol 2018; 167: 489-96.
[2] Л Чжао, Ю Ван, Ҷ Чжан, Ю Гонг, Н Ху, Н Ли. Модели ба XFEM асосёфта барои тақлид кардани афзоиши деламинатсияи зигзаг дар композитҳои ламинатӣ дар ҳолати боркунии I. Сохтори Compos 2017; 160: 1155-62.
[3] Л Чжао, Ю Гонг, Ҷ Чжан, Ю Ванг, З Лу, Л Пенг, Н Ху. Тафсири нави рафтори афзоиши деламинатсияи хастагӣ дар ламинатҳои бисёрҷонибаи CFRP. Compos Sci Technol 2016; 133: 79-88.
[4] Л Пэн, Ҷ Чжан, Л Чжао, Р Бао, Х Ян, Б Фей. Реҷаи I афзоиши деламинатсияи ламинатҳои таркибии бисёрҷониба дар зери бори хастагӣ. J Compos Mater 2011; 45: 1077-90.
[5] Л Чжао, Ю Ван, Ҷ Чжан, Ю Гонг, З Лу, Н Ху, Ҷ Сю. Модели аз интерфейс вобастагии сахтии шикастани плато дар ламинатҳои бисёрҷонибаи CFRP дар ҳолати боркунии I. Композитҳо Қисми В: Муҳандисӣ 2017; 131: 196-208.
[6] Л Чжао, Ю Гонг, Ҷ Чжан, Ю Чен, Б Фей. Моделсозии афзоиши деламинатсия дар ламинатҳои бисёрҷониба дар ҳолати I ва боркунии омехтаи I/II бо истифода аз унсурҳои пайваста. Compos Struct 2014; 116: 509-22.
[7] Ю Гонг, Б Чжан, Л Чжао, Ҷ Чжан, Н Ху, Ч Чжан. Рафтори каҷи R-и деламинатсияи режими омехтаи I/II дар ламинатҳои карбон/эпокси бо интерфейсҳои якҷониба ва бисёрҷониба. Compos Struct 2019. (Дар зери барраси).
[8] Л Пэн, Дж Сю, Ҷ Чжан, Л Чжао. Афзоиши деламинатсияи режими омехтаи ламинатҳои таркибии бисёрҷониба дар зери бори хастагӣ. Eng Fract Mech 2012; 96: 676-86.
[9] Ҷ Чжан, Л Пэн, Л Чжао, Б Фей. Суръати афзоиши деламинатсияи хастагӣ ва остонаи ламинатҳои таркибӣ дар ҳолати боркунии омехта. Int J Fatigue 2012; 40: 7-15.
[10] Ю Гонг, Л Чжао, Ҷ Чжан, Ю Ван, Н Ху. Меъёри паҳншавии деламинатсия, аз ҷумла таъсири пули нах барои деламинатсияи режими омехтаи I/II дар ламинатҳои бисёрҷонибаи CFRP. Compos Sci Technol 2017; 151: 302-9.
[11] Ю Гонг, Б Чжан, СР Халлетт. Муҳоҷирати деламинатсия дар ламинатҳои бисёрҷонибаи композитӣ дар ҳолати бори I квазистатикӣ ва хастагӣ. Compos Struct 2018; 189: 160-76.
[12] Ю Гонг, Б Чжан, С Мухопадхяй, СР Халлетт. Тадқиқоти таҷрибавӣ оид ба муҳоҷирати деламинатсия дар ламинатҳои бисёрҷониба зери ҳолати II боркунии статикӣ ва хастагӣ, бо муқоиса бо ҳолати I. Compos Struct 2018; 201: 683-98.
[13] Ю Гонг, Л Чжао, Ҷ Чжан, Н Ҳу. Меъёри мукаммали қонуни қудрат барои паҳншавии деламинатсия бо таъсири пулакии нахи миқёси калон дар ламинатҳои бисёрҷонибаи таркибӣ. Compos Struct 2018; 184: 961-8.
[14] Ю Гонг, Ю Хоу, Л Чжао, В Ли, Г Ян, Ҷ Чжан, Н Ҳу. Модели нави се хатти минтақаи ҳамбастагӣ барои афзоиши деламинатсия дар ламинатҳои DCB бо таъсири пули нах. Compos Struct 2019. (Пешниҳод карда мешавад)
[15] Л Чжао, Ҷ Ҷи, Ҷ Чжан, З Лю, Н Ху. Моделсозии XFEM аз деламинатсия дар ламинатҳои таркибӣ. Композитҳо Қисми A: Илми амалӣ ва истеҳсолот 2016; 80: 61-71.
[16] Чжао Либин, Гун Ю, Чжан Цзяню. Пешрафти тадқиқот оид ба рафтори васеъшавии қабати ламинатҳои композитии мустаҳкамшудаи нах. Маҷаллаи Илмҳои Ҳавошиносӣ 2019: 1-28.
Манбаъ:Gong Yu, Wang Yana, Peng Lei, Zhao Libin, Zhang Jianyu.Study оид ба рафтори тавсеаи табақабандии нахи карбон пешрафта laminates таркибии тақвият [C]. Механика ва муҳандисӣ - Ҳисобкунии ададӣ ва таҳлили маълумот 2019 Конфронси академӣ. Ҷамъияти механикаи Чин, Ҷамъияти механикии Пекин, 2019. тавассути ихуешу
Вақти фиристодан: 15 ноябри 2019