The multilevel approach to studying the influence of the volumetric ratio in components of unidirectional carbon fiber composite on its mechanical properties
The Multilevel approach to studying the influence of the volumetric ratio in components of unidirectional carbon fiber composite on its mechanical properties. The problem of predicting effective mechanical properties of composite materials is considered. This problem is solved on the basis of the multilevel approach to the description of the material structure. For every level of the composite structure, the influence of damage accumulation on the formation of mechanical properties of the material is considered. The possibility of a detailed investigation of the influence of micro- and mesoscopic level effects on the formation of effective mechanical properties of the composites is shown. The proposed numerical procedure is used for the estimation of effective properties of model composites with volume ratios of carbon fiber ranging from 7% to 50%. The task of estimating local properties of materials is solved by the finite elements method. The ultimate values of strength and strain of the composite are determined as a result of studying the evolution of clusters of damages in representative volumes of the material. It is shown that these values grow nonmonotonically with an increase in the volume ratio of reinforcements. The results obtained have a good compliance with known experimental data.
Keywords
композиционные материалы,
механическое поведение,
эффективные механические свойства,
накопление повреждений,
прочность,
разрушение,
численное моделирование,
метод конечных элементов,
многоуровневый подход,
composite materials,
mechanical behavior,
effective mechanical properties,
damage accumulation,
strength,
destruction,
numerical simulation,
finite element method,
multilevel approachAuthors
| Sovetova Yulya Valerievna | Tomsk State University | kasy@sibmail.com |
| Sidorenko Yury Nikolayevich | Tomsk State University | sid@strelka.ftf2.tsu.ru |
| Skripnyak Vladimir Albertovich | Tomsk State University | skrp@ftf.tsu.ru |
Всего: 3
References
ПанинВ.Е., ЛихачевВ.А., ГриняевЮ.Ф. Структурные уровни деформации твердых тел. Новосибирск: Наука, 1985. 229 с.
Лихачев В.А., Малинин В.Г. Структурно-аналитическая теория прочности. СПб.: Наука, 1993. 471 c.
Трусов П.В., Швейкин А.И., НечаеваЕ.С., ВолеговП.С. Многоуровневые модели неупругого деформирования материалов и их применение для описания эволюции внутренней структуры // Физич. мезомех. 2012. Т. 15. № 1. С. 33-56.
Петров Ю.В., Груздков А.А., Братов В.А. Структурно-временная теория разрушения как процесса, протекающего на разных масштабных уровнях // Физич. мезомех. 2012. Т. 15. № 2. С. 15-21.
Макаров П.В., Еремин М.О. Моделирование разрушения керамических композиционных материалов при одноосном сжатии // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2013. № 1 (21). С. 61-74.
Каракулов В.В., Смолин И.Ю., Скрипняк В.А. Численная методика прогнозирования эффективных механических свойств стохастичнских композитов при ударно-волновом нагружении с учетом эволюции структуры // Вестник Томского государственного университета. Математи
Коноваленко Иг.С., Смолин А.Ю., КоноваленкоИв.С. и др. Компьютерное исследование зависимости механических свойств хрупкого материала от парциальной концентрации пор разного размера в его структуре // Вестник Томского государственного университета. Математ
Смолин И. Ю., Еремин М. О., Макаров П. В., и др. Численное моделирование механического поведения модельных хрупких пористых материалов на мезоуровне // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2013. № 5 (25). С. 78-90.
Советова Ю.В., Сидоренко Ю.Н., Скрипняк В.А. Многоуровневый подход к определению эффективных свойств композита с учетом повреждаемости // Физич. мезомех. -2013. - Т. 16. - № 5. - С. 59-65.
Справочник по композиционным материалам: в 2 кн. Кн. 1 / под ред. Дж. Любина: пер. с англ. А.Б. Геллера, М.М. Гельмонта / под ред. Б.Э. Геллера. М.: Машиностроение, 1988. 448 с.
Композиционные материалы: в 8 т. / под ред. Дж. Сендецки; пер. с англ. М.: Мир, 1978. Т. 2. 566 с.
Press W.M., Teukolsky S.A., Vetterling W.T., Flannery B.P. Numerical Recipes. The art of Scientific Computing. 3rd Ed. Cambridge University Press, 2007. 1235 p.
Лейцин В.Н., Сидоренко Ю.Н. Оценка механических свойств многокомпонентных материалов стохастической структуры // Письма в ЖТФ. 1999. Т. 25. Вып. 12. С. 89-94.
Тарасевич Ю.Ю. Перколяция: теория, приложения, алгоритмы. М.: Едиториал УРРС, 2002. 112 с.
Экспериментальная механика: в 2 кн. Кн. 2: пер. с англ. / под ред. Кобаяси. М.: Мир, 1990. 552 с.
Композиционные материалы: Справочник / В.В. Васильев, В.Д. Протасов, В.В. Болотин и др.; под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. М.: Машиностроение, 1990. 512 с.
