О механизмах потери устойчивости модифицированных композитов с вискеризованными волокнами


Авторы

Шавелкин Д. С.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

e-mail: dshavelkin@inbox.ru

Аннотация

В работе исследуется устойчивость модифицированных композитов с вискеризованными волокнами. В рамках исследования решаются следующие задачи – статическая задача о локальном нагружении и задача устойчивости слоистых консольно закрепленных стержней, изготовленных из изучаемых композитов. При решении статической задачи о локальном нагружении рассматривается волокнистый модифицированный композит, который нагружается сжимающими силами вдоль волокон, что сопровождается различными механизмами разрушения, обусловленных изгибом волокон. Оказалось, что межфазный слой с регулируемой жесткостью, позволяет при одной и той же объемной доле армирующих волокон (для классического композита армирующим элементом выступает волокно, а для рассматриваемого модифицированного композита – волокно с выращенными на его поверхности наноструктурами) добиться существенно большей локальной устойчивости, определяющей характерный тип микроповреждений при сжатии. При решении задачи устойчивости стержней, изготовленных из изучаемых композитов, рассматривались слоистые стержни с различными схемами укладок и различными объемными содержаниями включений. Определялись коэффициенты критических нагрузок для каждого из исследуемых образцов. Полученные результаты для слоистых стержней из модифицированных композитов сравнивались с результатами, полученными для слоистых стержней из классического композита с теми же схемами укладок и с теми же объемными содержаниями включений.

Ключевые слова:

композитный материал, устойчивость по Эйлеру, локальная устойчивость, эффективные свойства, метод трех фаз

Библиографический список

  1. Полилов А.Н. Экспериментальная механика композитов – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. – 376 с.

  2. Xu J., Zhao Q., Qiao P. A critical review on buckling and post-buckling analysis of composite structures // Frontiers in Aerospace Engineering, 2013, vol. 2 (3), pp. 157-168.

  3. Паймушин В.Н., Полякова Н.В., Холмогоров С.А., Шишов М.А. Разномасштабные внутренние формы потери устойчивости армирующих элементов в волокнистых композитах // Известия вузов. Математика. 2017. № 9. С. 89–95.

  4. Паймушин В.Н., Газизуллин Р.К., Шишов М.А. Мини- и микромасштабные плоские внутренние формы потери устойчивости элементов волокнистых композитов в условиях растяжения и сжатия // Прикладная механика и техническая физика. 2019. Т. 60. № 3. С. 173-185.

  5. Паймушин В.Н., Холмогоров С.А., Макаров М.В., Бадриев И.Б. Численные исследования микро-, мезо- и макромасштабных плоских внутренних форм потери устойчивости элементов волокнистых композитов со структурой [±45]s в условиях растяжения и сжатия // Материалы XXIV международного симпозиума имени А.Г. Горшкова (Вятичи, 19–23 марта 2018). – М.: Изд-во ТРП, 2018. Т. 1. С. 177-179.

  6. Arthur W.L. A review of laminated composite plate buckling // Applied mechanics reviews, 1987, vol. 40 (5), pp. 575-591. DOI: 10.1115/1.3149534

  7. Ерков А.П., Дудченко А.А. К вопросу об устойчивости пластин переменной жесткости // Труды МАИ. 2018. № 103. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=100622

  8. Дудченко А.А., Кыонг Л.К., Лурье С.А. Расчет и проектирование контурно подкрепленной композитной панели, нагруженной поперечной силой // Труды МАИ. 2012. № 50. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=28792

  9. Васильев В.В. Композиционные материалы: Справочник – М.: Машиностроение, 1990. – 512 с.

  10. Ерков А.П. К вопросу об устойчивости композитных слоистых пластин и стержней переменной жесткости // Прочность конструкций летательных аппаратов. Сборник статей научно-технической конференции. Сер. «Труды ЦАГИ». 2018. № 2782. С. 161-163.

  11. Сапунов В.Т. Устойчивость композитных элементов конструкции в трактовке теории надежности // Композиты и наноструктуры. 2017. Т. 9. № 1 (33). С. 45-51.

  12. Дудченко А.А., Лурье С.А., Соляев Ю.О., Жаворонок С.И., Халиулин В.И., Батраков В.В. Расчет, проектирование и технология изготовления термостабильного композитного стержня // Конструкции из композиционных материалов. 2016. № 1 (141). С. 3-11.

  13. Lurie S.A., Minhat М. Application of generalized self-consistent method to predict effective elastic properties of bristled fiber composites // Composites B, 2014, vol. 61, pp. 26-40. DOI: 10.1016/j.compositesb.2014.01.021

  14. Lurie S.A., Minhat М., Tuchkova N. Estimation of effective dynamic properties of bristled fiber composite materials based on self-consistent Eshelby method // Journal of Engineering Mathematics, 2015, vol. 95 (31), pp. 7-29. DOI: 10.1007/s10665-014-9719-0

  15. Лурье С.А., Кривень Г.И., Рабинский Л.Н. О прочности модифицированного композита с вискеризованными волокнами // Композиты и наноструктуры. 2019. Т. 11. № 1. С. 1-15.

  16. Кривень Г.И., Маковский С.В. О демпфирующих свойствах вискеризованного слоя в модифицированных волокнистых композитах // Труды МАИ. 2020. № 114. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=118729. DOI: 10.34759/trd-2020-114-03

  17. Кривень Г.И., Шавелкин Д.С. Моделирование тепловых свойств модифицированных композитных материалов с вискеризованными волокнами // Механика композиционных материалов и конструкций. 2023. Т. 29. № 1. С. 81-97.

  18. Qiang S., Ke-zhi L., Hai-liang L., He-jun L., Chang R. Grafting straight carbon nanotubes radially onto carbon fibers and their effect on the mechanical properties of carbon/carbon composites // Carbon, 2012, no. 50, pp. 3943-3960. DOI: 10.1016/j.carbon.2012.03.023

  19. Peng L., Yi-yu F., Peng Z., Hui-min C., Naiqin Z., Wei F. Increasing the interfacial strength in carbon fiber/epoxy composites by controlling the orientation and length of carbon nanotubes grown on the fibers // Carbon, 2011, no. 49, pp. 4665-4673. DOI: 10.1016/j.carbon.2011.06.064

  20. Fu-Hua Z., Rong-Guo W., Xiao-Dong H., Chao W., Li-Ning R. Interfacial shearing strength and reinforcing mechanisms of an epoxy composite reinforced using a carbon nanotube/carbon fiber hybrid // Journal of Material Science, 2019, vol. 44 (13), pp. 3574- 3577. DOI: 10.1007/s10853-009-3484-x

  21. Sharma S.P., Lakkad S.C. Compressive strength of carbon nanotubes grown on carbon fiber reinforced epoxy matrix multi-scale hybrid composites // Surface coatings technology, 2010, vol. 205, pp. 350-355. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2010.06.055

  22. Lei F., Ke-zhi L., Zi-shu S., Qiang S., He-jun L., Jin-hua L., Ling-jun G. Compressive and interlaminar shear properties of carbon/carbon composite laminates reinforced with carbon nanotube-grafted carbon fibers produced by injection chemical vapor deposition // Materials Science Engineering A, 2015, vol. 626, pp. 449–457. DOI: 10.1016/j.msea.2014.12.044

  23. Vasiliev V.V., Morozov E.V. Advanced mechanics of composite materials and structures, Elsevier, 2018, 856 p.

  24. Hashin Z. Thermoelastic properties and conductivity of carbon/carbon fiber composites // Mechanics of Materials, 1990, vol. 8, pp. 293–308. DOI: 10.1016/0167-6636(90)90049-L

  25. Tsukrov I., Drach B. Elastic deformation of composite cylinders with cylindrically orthotropic layers // International Journal of Solids and Structures, 2010, vol. 42, pp. 2577– 2593. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2009.09.005


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход