Диссертация (1141565), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Это подтверждает тот факт, что технология Precontraint снижаетдеформативность нитей утка, делая деформации вдоль направления нитей основы и утка почтиодинаковыми.На рисунке 2.50 представлены графики зависимостей напряжений от деформаций порезультатам лабораторных испытаний при двухосном растяжении со сдвигом на примеретехнической ткани с покрытием Polymar 8212. Полученные зависимости напряжений отдеформаций при двухосном растяжении со сдвигом качественно совпадают с работами [113–115, 142, 204, 209], где проводились похожие исследования.113Рисунок 2.50.
Графики зависимостей напряжений от деформаций при двухосном растяжениисо сдвигом с разным соотношением нагрузок для Polymar 8212По результатам проведенных испытаний при двухосном растяжении со сдвигом можноговорить о резком снижении прочности технических тканей с покрытием. Однако, подобноенапряженно-деформированное состояние материала в реальных условиях эксплуатациистроительных конструкций из технической ткани с покрытием встречается крайне редко.Данный вид испытания в основном был сделан для того, чтобы подтвердитьпредложенную в диссертации расчетно-экспериментальную методику по определениюзначения модуля сдвига в материале (раздел 3.3).
В связи с этим, необходимо было создатьсложное напряженно-деформированное состояние с одновременным действием нормальных икасательных напряжений в технической ткани с покрытием.2.5.Выводы по второй главеОсновные выводы по второй главе диссертационной работы:- для измерения полей перемещений и деформаций на поверхности образца прилабораторных испытаниях при одноосном и двухосном растяжении со сдвигом, наиболееподходит оптический метод корреляции цифровых изображений;114- при проведении лабораторных испытаний необходимо более тщательно подготавливатьобразцы, обращая внимание на расположение нитей в материале;- показано, что техническая ткань с покрытием является ортотропным и физическинелинейным материалом, что согласуется с результатами других исследователей;- установлено, что коэффициент Пуассона не является постоянной величиной;- выявлена форма образца, которая позволяет корректно определять механическиехарактеристики технических тканей с покрытием при одноосном внеосевом растяжении;- в связи с отсутствием нормативных документов на проведения испытаний материала привнеосевом растяжении возникла необходимость в разработке и написании техническогоусловия на методику проведения испытаний технической ткани с покрытием при внеосевомрастяжении;- доказано, что модуль сдвига является важной механической характеристикойтехнических тканей с покрытием, влияющим на напряженно-деформированное состояниематериала;- теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность создания новойрасчетно-экспериментальной методики по определению значения модуля сдвига в техническихтканях с покрытием.115ГЛАВА 3.
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ТЕХНИЧЕСКИХТКАНЕЙ С ПОКРЫТИЕМ ПОД НАГРУЗКОЙ3.1.Математические модели работы технической ткани с покрытием под нагрузкойТехнические ткани с покрытием представляют собой композитный материал, состоящийиз двух материалов (нитей и покрытия), которые имеют отличия в своих механическихсвойствах.
Техническим тканям с покрытием характерны ортотропные свойства. Однако, еслирассматривать отдельно покрытие, то ему присущи изотропные свойства, а нитям –ортотропные характеристики.Работа технических тканей с покрытием под нагрузкой является сложной. Поведениюстроительной конструкции из технических тканей с покрытием под нагрузкой свойственнагеометрическая нелинейность, а материалу - физическая нелинейность.Следует отметить, что при расчете строительных конструкций из технических тканей спокрытием предполагается работа материала только в плоском напряженно-деформированномсостоянии.
Пространственной работой материала обычно пренебрегают из-за незначительнойизгибной жесткости технических тканей с покрытием.Одной из самых ранних созданных моделей, которая обеспечивает математическуюосновудлясоотнесенияпараметровмеждусобой,чтобыописатьгеометрическуюконфигурацию технических тканей с покрытием, была модель Peirce F.T. в работе [185] в 1937году. Модель оказалась довольно подробной в описании геометрии ткани, поэтому другиеисследователи предлагали упрощенные модели для увеличения вычислительной эффективностии уменьшения математических вычислений.Классической является работа известного ученого в этой области Kawabata S.
[165] в1973 году, в которой представляется аналитическая модель для одноосных, двухосных исдвиговых деформаций в материале. В модели предлагается использовать более простые связидля присоединения тросовых элементов, чем в работе Peirce F.T. [185]. Проведенное в даннойработе сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований доказывает,что введенные небольшие упрощения в математическую модель поведения материала поднагрузкой не сказываются на качестве результатов.Метод конечных элементов (МКЭ) в последнее десятилетия быстро развивается. Внастоящее время он стал одним из наиболее эффективных методов численного решенияразличныхинженерныхзадач.Например,встатье[175]описанополностью116автоматизированное моделирование технической ткани с покрытием на микроуровне сиспользованиемпрограммногообеспеченияTexGenиABAQUS.Моделированиесиспользование метода конечных элементов сокращает время и расходы на лабораторныеиспытания, а также в целом ускоряет процесс проектирования подобных материалов иконструкций из них.Современные программные комплексы позволяют перейти не только к моделированиюкомпозитныхматериаловнамикроуровне,нотакжесоблюдатьконструкторско-технологический принцип, суть которого заключается в тесной взаимосвязи междуконструкторским и технологическим проектированием.При моделировании технических тканей с покрытием одной из самых сложных иважных проблем является описание поведения материала под воздействием различныхнагрузок.
Поиску и развитию реалистичных моделей материала были посвящены последниенесколько десятилетий.В работе [198] представлен обширный обзор научной литературы по моделированиюработы технических тканей с покрытием под нагрузкой. Рассмотрено моделирование материалана трех уровнях: микроуровень, мезоуровень и макроуровень. Развитие модульногомоделирования технических тканей с покрытием, при котором будут участвовать сразу все триуровня, является систематическим подходом в преодолении сложной структуры и нелинейногоповедения технических тканей с покрытием под нагрузкой.
Таким образом, поэтапный(модульный) метод моделирования указывает на новый путь в развитии моделированияповедения материала под нагрузкой, а также к созданию текстильных автоматизированныхплатформ, включающих в себя все этапы проектирования (от технологии создания волокна допрогнозирования срока службы материала в конструкции) технических тканей с покрытием.Цельюработы[178]былопредставлениевозможностиавтоматизированногопроектирования композитных материалов на микроуровне (рисунок 3.1). Для моделированияматериала (геометрические характеристики нитей и покрытия, тип плетения и др.) былииспользованы программы TexGen, WiseTex и COMATE. Далее, модель композитного материалабыла импортирована в «тяжелые» программные комплексы ANSYS и ABAQUS, где былизаданы граничные условия, нагрузки и свойства материала, а также был выполнен численныйрасчет и анализ напряжений и деформаций в технической ткани с покрытием.
Как было сказаноранее, такое автоматизированное проектирование композитных материалов ускоряет процесспроектирования.117Рисунок 3.1. Автоматизированное проектирование технической ткани с покрытием намикроуровне (рисунки взяты из работы [178])В отечественной научной литературе математическими (численными) моделямиповедения технических тканей с покрытиями под нагрузкой занимались: Сулейманов А.М. [44],Багмутов В.П. [5], Берендеев Н.Н. [8], Каюмов Р.А. [22], Кожанов Д.А. [24] и многие другие. Восновном математические модели работы материала под нагрузкой представляли собойструктурно-имитационную модель в виде представительной ячейки пленочно-тканевого(слоисто-волокнистого) композита с учетом геометрической нелинейности и накопленияповреждений в материале.Например, в работе Любимова А.К.
и Кожанова Д.А. [32] было выполненомоделирование поведения элементарной периодической ячейки тканого композита поднагрузкой в программном комплексе ANSYS. Упругопластические свойства материалавыражаются через теорию течения с линейным кинематическим упрочнением. Примоделированииповедениякомпозитаподдействиемнагрузокучтенавозможностьвозникновения повреждений в его структуре. Построены поля напряжений, деформаций ипоказаны зоны внутренних повреждений материала при одноосном деформировании.Из приведенного обзора научной литературы по применению математических моделейповедения технических тканей с покрытием под нагрузкой можно сделать вывод о том, чтоширокое внедрение МКЭ предоставило инженерам мощный инструмент для возможности118численного моделирования поведения технических тканей с покрытием под нагрузкой с учетомих сложного напряженно-деформированного состояния.3.1.1.
Конструктивные модели работы технической ткани с покрытием под нагрузкойПод конструктивной моделью материала понимают математическое представлениеповедения материала под нагрузкой. Выбор конструктивной модели материала является важнойсоставляющей при моделировании работы технической ткани с покрытием под нагрузкой.Множество различных особенностей, свойственных данному материалу, таких как –нелинейная связь между напряжениями и деформациями, большие деформации, дискретнаямикроструктура, возможность изменения угла между нитями, сложность во взаимодействиинитей и покрытия, извитость нитей и т.п., сильно осложняют создание или выборконструктивной модели.Обычно для моделирования представления структуры технических тканей с покрытиемпри описании их работы под нагрузкой используют две группы конструктивных моделей:- сплошная или непрерывная (continuum);- дискретная (discrete).В непрерывных моделей техническая ткань с покрытием представляет собой сплошнуюсреду без разделения на микроструктуру.
Подобные модели часто называют моделированиемматериала на мезоуровне (mesolevel). Достигается это за счет осреднения свойств нитей ипокрытия технической ткани с покрытием до общей однородной среды. Достоинствазаключаются в том, что непрерывные модели более просты в моделировании в программныхкомплексах и имеют меньшее количество необходимых параметров для создания модели, чемдискретные.В дискретных моделях поведение материала под нагрузкой моделируется намикроуровне с учетом различных факторов: типа ткацкого переплетения, геометрическихпараметров нитей и покрытия, взаимодействия нитей между собой и с покрытием и т.п.Сложность дискретных моделей заключаются в большом наборе параметров материала,которые необходимо определить для каждой технической ткани с покрытием индивидуально нетолько с помощью лабораторных испытаний, но также и других исследований материала намикроуровне.
Однако, при моделировании технических тканей с покрытием на микроуровнепоявляется возможность учесть особенности структуры материала и решить ряд важных задач.Представим некоторые из них:119- учет начальных несовершенств и технологических особенностей при созданииматериала;- решение контактных задач при взаимодействии нитей между собой, а такжеармирующей основы и полимерной матрицы;- анализ динамики развития трещин в материале и др.Ниже рассмотрим самые распространённые непрерывные и дискретные конструктивныемодели, применяемые для описания поведения технических тканей с покрытием под нагрузкой.3.1.2. Непрерывные моделиНелинейно-упругая конструктивная модель (nonlinear elastic constitutive model).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
