Academic Centrehttps://doi.org/10.22364/mkm.58.3.07
В. Н. Паймушин1, 2, Р. К. Газизуллин1, С. А. Холмогоров1, М. А. Шишов1
1 Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева, 420111 Россия
2 Казанский (Приволжский) федеральный университет, 420008 Россия
Механика деформирования тест-образцов из слоистых волокнистых композитов со структурой [±45°] при испытаниях на растяжение и сжатие.
1. Теоретико-экспериментальные методы определения механических характеристик и параметров напряженно-деформированного состояния
Полный текст: PDF (RUS)
Проведен анализ теоретико-экспериментальных методов определения механических характеристик слоистых волокнистых композитных материалов (ВКМ) при испытаниях на растяжение и сжатие плоских тест-образцов со структурами [0°]s, [90°]s, [±45°]2s. Для ВКМ со структурой [±45°]2s выведены соотношения для нахождения деформаций и напряжений в осях ортотропии материала отдельного монослоя ВКМ через замеряемые в эксперименте осевую деформацию и коэффициент Пуассона образца. Они основаны на построении соотношений, исходя из рассмотрения геометрической картины деформирования и анализа известных кинематических и физических соотношений теории упругости, составленных для каждого монослоя композита в предположении о формировании в нем плоского напряженнодеформированного состояния. Проведены упрощения последних в предположении о том, что в косоугольно армированном ВКМ два смежных слоя со структурами [± ] допустимо считать как один симметрично армированный слой с ортотропными свойствами. В линейной постановке двух- и трехмерных задач в программной системе конечно-элементного анализа ANSYS проведены численные эксперименты по определению параметров напряженно-деформированного состояния образцов, состоящих из двух и четырех жестких монослоев однонаправленного волокнистого композитного материала со структурой [±45°]2s, путем введения в рассмотрение между смежными жесткими слоями менее жестких адгезионных слоев малой толщины, состоящих только из материала связующего. Рассмотрены случаи растяжения удлиненных и сжатия коротких тест-образцов, проведен анализ формирующихся компонент напряжений вдоль волокон, расположенных в центральной части и в окрестностях угловых точек образцов. Проведены эксперименты на растяжение плоских тест-образцов из волокнистого композита со схемой укладки [±45°]2s по определению деформированного состояния с использованием системы бесконтактного измерения деформаций. Полученные результаты позволяют указать области, в которых в процессе нагружения происходит локализация деформаций и начинается разрушение тест-образцов. Показано, что в случае растяжения (сжатия) тест-образцов со структурой [±45°]2s волокна в композите находятся под действием не только касательных, но и осевых растягивающих (сжимающих) напряжений. Установлено, что в осях ортотропии каждого монослоя осевые растягивающие напряжения по величине значительно превосходят поперечные, которыми можно пренебречь.
Ключевые слова: композит волокнистый слоистый, тест-образец, армирование косоугольное, растяжение, сжатие, эксперимент
Поступила в редакцию 16.07.2020
Окончательный вариант поступил 05.01.2022
Перевод статьи на английском языке (Springer):
Deformation mechanics of fiber-reinforced plastic specimens in tensile and compression tests. 1. Theoretical and experimental methods for determining the mechanical characteristics and the parameters of stress-strains state