Прогнозування електричного опору багатошарових вуглецевих композитів
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.169627Ключові слова:
композиційний матеріал, гомогенна модель, шарувата модель, електропровідність, метод скінченних елементівАнотація
Розглянуто питання розрахунку електричних явищ в багатошарових композитних матеріалах на основі вуглецевих волокон. Запропоновано метод оцінки достовірності моделей композитного матеріалу для моделювання електричних явищ у композитних конструкціях. Метод засновано на порівнянні розрахункових та експериментальних значень електричного опору зразків матеріалу з певними схемами укладки шарів. Проведено експериментальне визначення електричного опору зразків одношарових і багатошарових композитів на основі двох типів вуглецевих армуючих матеріалів. Проведено розрахунок електричного опору композитів на основі зазначених матеріалів з використанням гомогенної моделі, а також шаруватої моделі композитного матеріалу, реалізованої із застосуванням методу скінченних елементів. Вихідні дані для моделювання у вигляді коефіцієнтів електропровідності шарів отримано за результатами експерименту. Проведено порівняння результатів розрахунку із застосуванням гомогенної і шаруватої моделей з результатами експерименту. На основу отриманих численних результатів, а також аналізу розподілу електричного потенціалу у моделях зразків, проведено оцінку меж застосування використаних моделей. За результатами аналізу, гомогенна модель дає прийнятні результати з похибкою 12 % для матеріалів, в яких спостерігається чергування шарів з різними кутами армування. Для матеріалу, в якому шари з одним кутом армування утворюють кластери, гомогенна модель дала похибку більшу за 50 %. Шарувата модель матеріалу в усіх розглянутих випадках забезпечує високу точність моделювання з похибкою меншою за 10 %. На основі проведеного аналізу надано практичні рекомендації до моделювання електричних явищ у композитних конструкціях
Посилання
- Mohd Radzuan, N. A., Sulong, A. B., Sahari, J. (2017). A review of electrical conductivity models for conductive polymer composite. International Journal of Hydrogen Energy, 42 (14), 9262–9273. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.03.045
- Stavychenko, V., Purhina, S., Shestakov, P. (2018). Prediction of specific electrical resistivity of polymeric composites based on carbon fabrics. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (12 (92)), 46–53. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.129062
- Piche, A., Revel, I., Peres, G. (2011). Experimental and Numerical Methods to Characterize Electrical Behaviour of Carbon Fiber Composites Used in Aeronautic Industry. Experimental and Numerical Methods to Characterize Electrical Behaviour of Carbon Fiber Composites Used in Aeronautic Industry. doi: https://doi.org/10.5772/17563
- Zhao, Y., Tong, J., Yang, C., Chan, Y., Li L. (2016). A simulation model of electrical resistance applied in designing conductive woven fabrics. Textile Research Journal, 86 (16), 1688–1700. doi: https://doi.org/10.1177/0040517515590408
- Piche, A., Andissac, D., Revel, I., Lepetit, B. (2011). Dynamic electrical behaviour of a composite material during a short circuit. Proceedings of EMC Europe 2011 York. 10th International Symposium on Electromagnetic Compatibility, 128–132.
- Holloway, C. L., Sarto, M. S., Johansson, M. (2005). Analyzing Carbon-Fiber Composite Materials With Equivalent-Layer Models. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 47 (4), 833–844. doi: https://doi.org/10.1109/temc.2005.854101
- Angelidis, N., Khemiri, N., Irving, P. E. (2003). Damage detection in CFRP laminates using electrical potential techniques. Proceedings of SPIE. The International Society for Optical Engineering. doi: https://doi.org/10.1117/12.508692
- Roh, H. D., Lee, S.-Y., Jo, E., Kim, H., Ji, W., Park, Y.-B. (2019). Deformation and interlaminar crack propagation sensing in carbon fiber composites using electrical resistance measurement. Composite Structures, 216, 142–150. doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.02.100
- De Toro Espejel, J. F., Sharif Khodaei, Z. (2017). Lightning Strike Simulation in Composite Structures. Key Engineering Materials, 754, 181–184. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.754.181
- Gao, S.-P., Lee, H. M., Gao, R. X.-K., Lim, Q. F., Thitsartarn, W., Liu, E.-X., Png, C. E. (2017). Effective modeling of multidirectional CFRP panels based on characterizing unidirectional samples for studying the lightning direct effect. 2017 XXXIInd General Assembly and Scientific Symposium of the International Union of Radio Science (URSI GASS). doi: https://doi.org/10.23919/ursigass.2017.8105177
- Athanasopoulos, N., Kostopoulos, V. (2012). Calculation of an equivalent electrical conductivity tensor for multidirectional carbon fiber reinforced materials. Progress in Electromagnetics Research Symposium Proceedings. Moscow, 1013–1018.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 Vadym Stavychenko, Svitlana Purhina, Pavlo Shestakov, Maryna Shevtsova, Lina Smovziuk
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.
