ПРЕДСТАВИТЕЛЬНЫЙ ОБЪЕМ И ЭФФЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ И СТАТИСТИЧЕСКИ ОДНОРОДНО АРМИРОВАННЫХ ВОЛОКОННЫХ КОМПОЗИТОВ

Сведения об авторах
  • Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Россия
  • Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Россия
  • Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Россия
  • Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Россия
  • Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Россия

Аннотация

В механике деформируемого твердого тела различают понятия, связанные с точками континуума (перемещения, относительные удлинения, сдвиги) и множеством точек континуума – элементарным объемом (масса, энергия, напряжения). В механике композитных материалов роль такого объема выполняет представительный объем (representative volume element – RVE). Это понятие впервые введено R. Hill (1963). Современными авторами используется формулировка W.J. Drugan, J.R. Willis (1996). В работе на основе анализа понятия RVE формулируются его сущностные признаки: RVE – минимально возможный образец для численных испытаний по определению эффективных материальных параметровкомпозита; при любом нагружении RVE его макроскопическое напряженно-деформированное состояние однородно. Раскрывается его значение для механики композитных материалов: существование RVE для композита является критерием для применения теории эффективного модуля к анализу его напряженно-деформированного состояния; дегомогенизация напряженного состояния композитного материала в точке –решение задачи микромеханики о напряженно деформированном состоянии RVE; характерный размер RVE ограничивает размер сетки дискретизации при численном исследовании. Предлагается итерационный алгоритм построения представительного объема композита периодической структуры и его эффективных материальных термоупругих характеристик. Показывается, что геометрической формой такой композиции является прямоугольный параллелепипед. Алгоритм построения RVE для периодических композиций распространяется на статистически однородно армированные непрерывными волокнами композиты. Рассмотрен способ моделирования таких материалов регулярной структурой. Показано, что в этом случае в сечении, перпендикулярном волокнам, центрыволокон должны располагаться в вершинах правильных треугольников. Приводятся примеры построения RVE и термоупругих материальных характеристик конкретных композиций. Результаты вычислений сравниваются с данными, полученными на сертифицированных программных продуктах.

Ключевые слова

композитпредставительный объемэффективные материальные характеристикипериодическая ячейкастатистически однородно армированныйволоконный композитпериодизация стохастической структуры.

Литература

  1. 1.Hill R. Elastic properties of reinforced solids: Some theoretical principles // J. Mech. Phys. Solids. – 1963. – Vol. 11, no. 5. – P. 357–372. Scholar
  2. 2.Pestrenin V.M., Pestrenina I.V., Landik L.V. Characteristics of Compositions of Unidirectional Short Boron Fibers and Metal Matrices // Mech Compos Mater . – 2020. – Vol.55. – P. 1–14. DOI: 10.1007/s11029-020-09849-7 Scholar
  3. 3.Determination of the size of the representative volume element for random composites: statistical and numerical approach / T. Kanit, S. Forest, I. Galliet, V. Mounoury, D. Jeulin // Int. J. Solids Struct. – 2003. – Vol.40, no. (13–14). – P. 3647–3679. DOI: 10.1016/S0020-7683(03)00143-4 Scholar
  4. 4.Drugan W.J., Willis J.R. A micromechanics-based nonlocal constitutive equations and estimates of representative volume element size for elastic composites // J. Mech. Phys. Solids. – 1996. – Vol. 44. – P. 497–524. Scholar
  5. 5.Победря Б.Е. Механика композиционных материалов. – М.: Изд-во МГУ, 1984. – 335 с. Scholar
  6. 6.Бахвалов Н.С., Панасенко Г.П. Осреднение процессов в периодических средах. Математические задачи механики композиционных материалов. – М.: Наука, 1984. – 356 с. Scholar
  7. 7.Димитриенко Ю.И., Соколов А.П. Разработка автоматизированной технологии вычисления эффективных упругих характеристик композитов методом асимптотического осреднения // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Естественные науки. – 2008. – No 2 (29). – С. 56–67. Scholar
  8. 8.Димитриенко Ю.И., Соколов А.П. Многомасштабное моделирование упругих композиционных материалов // Математическое моделирование. – 2012. – Т. 24, No 5. – С. 3–20. Scholar
  9. 9.Димитриенко Ю.И., Губарева Е.А., Сборщиков С.В. Асимптотическая теория конструктивно-ортотропных пластин с двухпериодической структурой // Математическое моделирование и численные методы. – 2014. – No 1. – С. 36–56. Scholar
  10. 10.Димитриенко Ю.И., Губарева Е.А., Сборщиков С.В. Моделирование процесса многоуровневой фильтрации жидкого связующего в тканевом композите при RTM-методе изготовления // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2015. – No 12 (48). – С. 6. Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 1, 2023)

Показаны 12 из 15

Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
29.05.2023
В выпуске
29.05.2023
Выпуск
№ 1 (2023)
Поделиться