Визначення ефективних характеристик композиту з порожнистим волокном при поздовжньому розтягуванні
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.143406Ключові слова:
односпрямований волокнистий композит, поздовжнє розтягнення, порожнисте волокно, ефективні пружні сталіАнотація
При розв’язанні задач механіки композитів зручно використовувати модель композита у вигляді суцільного однорідного середовища з ефективними сталими, що адекватно відображають його найбільш суттєві характеристики. У сучасному машинобудуванні та будівництві широке застосування знаходять композити, армовані порожнистими волокнами. На сьогодні невідомими є аналітичні залежності для ефективних пружних сталих таких композитних матеріалів з транстропними складовими. Задача отримання таких залежностей розв’язується у даній публікації.
Отримано аналітичні залежності для ефективного поздовжнього модуля пружності та коефіцієнта Пуассона односпрямованого волокнистого композита, що містить транстропні матрицю та порожнисте волокно. Композит моделюється суцільним однорідним транстропним матеріалом. На міжфазних поверхнях виконуються умови ідеального з’єднання. Для отримання аналітичних залежностей розв’язано дві крайові задачі: про поздовжнє розтягування складеного циліндра, компонентами якого є транстропні матриця та порожнисте волокно, та суцільного однорідного циліндра, що моделює транстропний композит. Використання умов узгодження переміщень та напружень, отриманих при розв’язанні цих задач, забезпечило можливість отримання формул ефективного поздовжнього модуля пружності та коефіцієнта Пуассона. Ці формули відображають залежності ефективних сталих від пружних характеристик матриці, волокна й об’ємних часток волокна та порожнини в ньому.
Проведено порівняння результатів розрахунків за отриманими формулами з результатами обчислень за раніше відомими співвідношеннями для ізотропних складових. Це порівняння показало, що їх відносне відхилення не перевищує одного відсотка. Застосування отриманих залежностей дозволяє проектувати конструкції з елементами, виготовленими з композиційних матеріалівПосилання
- Klastorny, M., Konderla, P., Piekarskiy, R. (2009). An exact stiffness theory of unidirectional xFRP composites. Mekhanika kompozitnyh materialov, 45 (1), 109–144.
- Grebenyuk, S. N. (2011). Elastic characteristics of composite material with transversaly isotropic matrix and fiber. Methods of solving applied problems of mechanics of a deformable solid, 12, 62–68.
- Tang, T., Yu, W. (2007). A variational asymptotic micromechanics model for predicting conductivities of composite materials. Journal of Mechanics of Materials and Structures, 2 (9), 1813–1830. doi: https://doi.org/10.2140/jomms.2007.2.1813
- Tang, T. (2008). Variational Asymptotic Micromechanics Modeling of Composite Materials. Logan: Utah State University, 280.
- Bol'shakov, V. I., Andrianov, I. V., Danishevskiy, V. V. (2008). Asimptoticheskie metody rascheta kompozitnyh materialov s uchetom vnutrenney struktury. Dnepropetrovsk: «Porogi», 196.
- Dimitrienko, Yu. I., Gubareva, E. A., Sborshchikov, S. V. (2014). Finite element modulation of effective viscoelastic properties of unilateral composite materials. Matematicheskoe modelirovanie i chislennye metody, 2, 28–48. Available at: http://www.mathnet.ru/links/4986a9de2f7714798765784534f1cd23/mmcm12.pdf
- Kuimova, E. V., Trufanov, N. A. (2009). The numerical prediction of effective thermoviscoelastic properties of unidirectional fiber composite with the viscoelastic components. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo universiteta, 4 (70), 129–148. Available at: https://cyberleninka.ru/article/v/chislennoe-prognozirovanie-effektivnyh-termovyazkouprugih-harakteristik-odnonapravlennogo-voloknistogo-kompozita-s-vyazkouprugimi
- Kaminskii, A. A., Selivanov, M. F. (2005). A Method for Determining the Viscoelastic Characteristics of Composites. International Applied Mechanics, 41 (5), 469–480. doi: https://doi.org/10.1007/s10778-005-0112-6
- Srivastava, V., Gabbert, U., Berger, H., Singh, S. (2011). Analysis of particles loaded fiber composites for the evaluation of effective material properties with the variation of shape and size. International Journal of Engineering, Science and Technology, 3 (1), 52–68. doi: https://doi.org/10.4314/ijest.v3i1.67638
- Klusemann, B., Svendsen, В. (2010). Homogenization methods for multi-phase elastic composites: Comparisons and benchmarks. Technische mechanic, 30 (4), 374–386. Available at: http://www.ovgu.de/ifme/zeitschrift_tm/2010_Heft4/07_Klusemann.pdf
- Yao, Y., Chen, S., Chen, P. (2013). The effect of a graded interphase on the mechanism of stress transfer in a fiber-reinforced composite. Mechanics of Materials, 58, 35–54. doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2012.11.008
- Yao, Y., Chen, S. (2012). The effects of fiber’s surface roughness on the mechanical properties of fiber-reinforced polymer composites. Journal of Composite Materials, 47 (23), 2909–2923. doi: https://doi.org/10.1177/0021998312459871
- Kling, S., Czigany, T. (2013). A comparative analysis of hollow and solid glass fibers. Textile Research Journal, 83 (16), 1764–1772. doi: https://doi.org/10.1177/0040517513478455
- Francevich, I. N., Karpinos, D. M. (Eds.) (1970). Kompozicionnye materialy voloknistogo stroeniya. Kyiv, 403.
- Van Fo Fy, G. A., Klyavlin, V. V. (1972). Ob effektivnosti ispol'zovaniya kompozicionnyh materialov, orientirovanno armirovannyh polymi voloknami. Problemy prochnosti, 4, 10–13.
- Vanin, G. A. (1985). Mikromekhanika kompozicionnyh materialov. Kyiv: Naukova dumka, 304.
- Zaitsev, A. V., Sokolkin, Yu. V., Fukalov, A. A. (2011). Effective bulk moduli under plain strain to two-phase unidirectional composites reinforced by anisotropic hollow and solid fibers. Vestnik Permskogo nacional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta, 37–48. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/effektivnye-moduli-obemnogo-szhatiya-pri-ploskoy-deformatsii-dvuhfaznyh-odnonapravlenno-armirovannyh-kompozitov-s-anizotropnymi
- Nasr-Isfahani, M., Tehran, M. A., Latifi, M., Halvaei, M., Warnet, L. (2017). Experimental and theoretical investigation of hollow polyester fibers effect on impact behavior of composites. Journal of Industrial Textiles, 47 (7), 1528–1542. doi: https://doi.org/10.1177/1528083717699367
- Nasr-Isfahani, M., Latifi, M., Amani-Tehran, M. (2013). Improvement of impact damage resistance of epoxy-matrix composites using ductile hollow fibers. Journal of engineered fibers and fabrics, 8 (1), 69–74. Available at: https://www.jeffjournal.org/papers/Volume8/JEFF8-01-08.M.Latifi.pdf
- Balaji, R., Sasikumar, M., Jeyanthi, S. (2016). Characterisation of Hollow Glass Fibre Reinforced Vinyl-Ester Composites. Indian Journal of Science and Technology, 9 (48). Available at: http://www.indjst.org/index.php/indjst/article/viewFile/107921/76821
- Grebenyuk, S. M. (2012). Determination of the elastic constants of composite with transtropic matrix and fiber based on the kinematic consistency condition. Visnyk Zaporizkoho natsionalnoho universytetu, 1, 62–76.
- Vasil'ev, V. V., Tarnopol'skiy, Yu. M. (Eds.) (1990). Kompozicionnye materialy. Moscow: Mashinostroenie, 512.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2018 Serhii Homeniuk, Sergii Grebenyuk, Mykhailo Klimenko, Anastasia Stoliarova
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
