Гомогенізація односпрямованого композиту, армованого двома типами транстропних порожнистих волокон
| Jazyk: | angličtina |
|---|---|
| Rok vydání: | 2021 |
| Předmět: |
трикомпонентний односпрямований композит
three-component unidirectional composite effective elastic constants эффективные упругие постоянные homogenization Physics::Optics transtropic hollow fibers гомогенизация транстропные полые волокна ефективні пружні сталі трехкомпонентный однонаправленный композит транстропні порожнисті волокна гомогенізація |
| Zdroj: | Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 5 № 7 (113) (2021): Прикладна механіка; 52-58 Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 5 № 7 (113) (2021): Прикладная механика; 52-58 Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Vol. 5 No. 7 (113) (2021): Applied mechanics; 52-58 |
| ISSN: | 1729-3774 1729-4061 |
| Popis: | A method for determining effective elastic constants of a composite unidirectionally reinforced with two types of transtropic hollow fibers is developed. Determining these characteristics is an integral step in the design of composite structures. The approach is based on analytical formulas for determining the elastic characteristics of a two-component composite with a transtropic matrix and hollow fiber. Hexagonal fiber lay-up with periodic reinforcement structure is considered. Double homogenization is used. The composite is conventionally divided into hexagonal regions of two types. The first is a hollow fiber of one material and the surrounding matrix. Similarly, the second one – with a hollow fiber of another material. In the first homogenization, elastic constants of the transtropic material of each of the two regions are determined. In the repeated homogenization, the region of the first type is taken as a “conditional” fiber, the region of the second type is taken as a “conditional” matrix. Effective elastic constants for a composite reinforced with two types of isotropic hollow fibers are calculated. The proposed method gives a good convergence of the results with calculations by known formulas. The maximum relative calculation error for the longitudinal elastic characteristics compared to known formulas does not exceed 0.05 %. The dependences of some effective elastic constants on the volume content of hollow fibers of various types are constructed. Using this approach, three-component composites can be modeled varying the materials of the matrix, hollow fibers and their volume content. This allows predicting the strength of such composites under certain deformations at the design stage Разработана методика определения эффективных упругих постоянных композита, однонаправлено армированного двумя типами транстропных полых волокон. Это важно, так как определение этих характеристик является неотъемлемым этапом при проектировании конструкций из композиционных материалов. Подход базируется на использовании аналитических формул для определения упругих характеристик двухкомпонентного композита с транстропными матрицей и полым волокном. Рассматривается гексагональная укладка волокон при периодической структуре армирования. Используется двойная гомогенизация. Композиционный материал условно разбивают на гексагональные области двух видов. Первый – полое волокно из одного материала и окружающая его матрица. Аналогично, второй – с полым волокном из другого материала. При первой гомогенизации определяются упругие постоянные транстропного материала каждой из двух областей. При повторной гомогенизации область первого вида принимается за «условное» волокно, область второго вида – за «условную» матрицу. Рассчитаны эффективные упругие постоянные для композита, армированного двумя типами изотропных полых волокон. Предложенная методика дает хорошую сходимость результатов вычислений с расчетами по известным формулам. Максимальная относительная погрешность вычисления продольных упругих характеристик по сравнению с известными формулами не превышает 0,05%. Построены зависимости некоторых эффективных упругих постоянных от объемного содержания полых волокон различных типов. Используя данный подход, можно моделировать трехкомпонентные композиты, варьируя материалами матрицы, полых волокон и их объемным содержанием. Благодаря этому становится возможным прогнозирование прочности таких композитов к определенным деформациям на стадии проектирования Розроблено методику визначення ефективних пружних сталих композиту, односпрямовано армованого двома типами транстропних порожнистих волокон. Це важливо, тому що визначення цих характеристик є невід’ємним етапом при проєктуванні конструкцій з композиційних матеріалів. Підхід базується на використанні аналітичних формул для визначення пружних характеристик двокомпонентного композиту з транстропними матрицею та порожнистим волокном. Розглядається гексагональна укладка волокон при періодичній структурі армування. Використовується подвійна гомогенізація. Композиційний матеріал умовно розбивають на гексагональні області двох видів. Перший – порожнисте волокно з одного матеріалу і оточуюча його матриця. Аналогічно, другий – з порожнистим волокном з іншого матеріалу. При першій гомогенізації визначаються пружні сталі транстропного матеріалу кожної з двох областей. При повторній гомогенізації область першого виду приймається за «умовне» волокно, область другого виду – за «умовну» матрицю. Обчислено ефективні пружні сталі для композиту, армованого двома типами ізотропних порожнистих волокон. Запропонована методика дає хорошу збіжність результатів обчислень з розрахунками за відомими формулами. Максимальна відносна похибка обчислення поздовжніх пружних характеристик у порівнянні з відомими формулами не перевищує 0,05%. Побудовано залежності деяких ефективних пружних сталих від об’ємного вмісту порожнистих волокон різних типів. Використовуючи даний підхід, можна моделювати трикомпонентні композити, варіюючи матеріалами матриці, порожнистих волокон та їх об’ємним вмістом. Завдяки цьому стає можливим прогнозування міцності таких композитів до певних деформацій на стадії проєктування |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|