Диссертация (1141565), страница 21
Текст из файла (страница 21)
При численном моделировании поведения материала под нагрузкой к техническойткани с покрытием были применены линейно-упругие свойства. После изучения материала подвоздействием растягивающих нагрузок в лабораторных испытаниях, авторы пришли к выводу,129что материалу присуще вязкоупругие свойства. Сделан вывод, что жесткость материала (хоть инезначительно), но зависит от скорости нагружения.В статье [150] исследованы процессы ползучести в тканых материалах.
Представленыклассические линейные и нелинейные модели вязкоупругих деформаций для описыванияползучести в технических тканях с покрытием. Сказано, что уравнения линейной теорииподходят только при низких напряжениях в материале. В работе сделан вывод о том, чтоуравнения нелинейной теории вязкоупругих деформаций Работнова [42] хорошо описываютпроцессы ползучести в материале в широком диапазоне рабочих напряжений.В материалах, где вязкие свойства в зоне пластических деформаций играют важнуюроль, необходимо применять упруго-вязкопластические учредительные соотношения междунапряжениями и деформациями. Можно выделить наиболее известные из них: Perzyna,Chaboche, Aubertin, Lehmann-Imatani, Miller, Bodner-Partom, Krempl, Tanimura, KriegSwearengen-Jones, Walker, Korhonen-Hannjula-Li, Freed-Virrilli.Относительно большое количество моделей физически нелинейного поведенияматериалов под нагрузкой говорит о том, что данные модели могут быть применены только приопределенных условиях и для ограниченного круга материалов.
На данный момент, нет общейтеории для описания физически нелинейного поведения технических тканей с покрытием поднагрузкой во всем диапазоне работы материала. Обычно, новые созданные модели базируютсяна экспериментальных данных, проведенных непосредственно для определения необходимыхмеханических характеристик для конкретной предложенной модели.Ниже,представленымоделидляописаниянелинейногосоотношениямеждунапряжениями и деформациями технической ткани с покрытием под нагрузкой. Все модели,приведенные ниже, уже были применены для описания поведения технических тканей спокрытием под нагрузкой.«Новая» упругопластическая модель материала (new elasto-plastic material model). Встатье [151] представлена упругопластическая модель работы материала под нагрузкой. Онаоснована на результатах одноосных и двухосных испытаний при растяжении.
Предложеннаямодель может учитывать физическую нелинейность и ортотропные свойства материала, а такжеостаточные деформации. В предложенную модель входят одиннадцать параметров, восемь изних определены по результатам одноосных испытаний при растяжении, остальные - порезультатам двухосных. Численные исследования проводились в программном комплексеABAQUS с использованием пользовательских подпрограмм.
Представлена хорошая корреляция130между результатами численных и лабораторных экспериментов (рисунок 3.11). Сказано, чтопри помощи предложенной модели, можно снизить коэффициент запаса прочности, которыйиспользуется при проектировании различных конструкций и сооружений из технической тканис покрытием.а)б)Рисунок 3.11.
Сравнение полей деформаций в направлении нитей утка в численном (а) илабораторном (б) экспериментеОднако, в данной модели не учитывается изменение механических характеристиктехнической ткани с покрытием под нагрузкой от времени. В модель также не включенынелинейные сдвиговые деформации материала. Значительное ограничение упругопластическоймодели материала в том, что она моделирует работу технической ткани с покрытием только присоотношении нагрузки 1:1, что подвергает сомнению выбранный режим тестирования и самоймодели поведения материала под нагрузкой.
Потому что в течение срока службы техническиеткани с покрытием, работающие в составе различных конструкций и сооружений, подвергаютсяразличным двухосным напряженно-деформированным состояниям с разным соотношениемусилий по направлению нитей основы и утка.В следующей работе этого же автора [152] данная модель поведения материала поднагрузкой была применена в численном исследовании напряженно-деформированногосостояния мембранной конструкции. Было проведено натурное испытание конструкции сцелью верификации предложенной модели работы технической ткани с покрытием поднагрузкой.
По результатам проведенных исследований, в работе сказано о хорошей корреляциимежду результатами численного и натурного испытания конструкции. Однако, в работе131представлены результаты сравнения только по деформациям материала, и ничего не сказано онапряжениях (техническая ткань с покрытием является физически нелинейным материалом).Модель «Unit cell approach». В работе [184] предложена модель поведения техническихтканей с покрытием под нагрузкой, которая включает в себя серию нелинейно-упругихэлементов, элементов трения и жестких связей для моделирования нитей, а также изотропнуюпластину для моделирования покрытия.
Высокая степень точности и достоверности доказанасравнениемсрезультатамилабораторныхэкспериментов.Главноеразличиемеждупредставленной моделью и другими существующими моделями заключается в том, каксмоделированы нити. Модель нити состоит из четырех элементов - волокон, которые идутвдоль длины нити, а также присутствует «разрушающийся» элемент (crushing element) в точкеперегиба нитей и жестких связей. В точке перегиба нитей и на границе элементарной ячейкичетыре элемента волокна связаны между собой посредством жестких связей, что моделируетрасстояние между нитями. Модель построена на следующих допущениях:- градиент деформаций поперек элементарной ячейки достаточно мал;- ткань подвергается деформациями при низких скоростях нагружения;- у материала отсутствует ползучесть;- при нулевых деформациях в материале нулевые напряжения (отсутствие начальныхвнутренних напряжений);- отсутствие проскальзывания в точках перегиба (соприкосновения) нитей.В статье [183] предложена упрощенная модель, основанная на вышеизложенной модели.Модель устраняет избыточность элементов, что обеспечивает вычислительную эффективностьи более ясное понимание представленной модели работы технической ткани с покрытием поднагрузкой.
Точность и достоверность новой модели материала в сравнении с результатамилабораторных испытаний остается на том же высоком уровне.Предложенная модель, описывающая нелинейное соотношение между напряжениями идеформациями при работе технической ткани с покрытием под нагрузкой, по сравнению сдругими моделями обладает рядом преимуществ, ключевыми из которых являются надежностьи относительная простота модели.«Простая» непрерывная упругопластическая модель (simple continuum elastic–plastic model). В работе [181] представлена модель материала для прогнозированияупругопластического поведения композитных тканей под нагрузкой. Модель используетскалярный параметр упрочнения (вместо эффективного соотношения напряжений-деформаций)132для определения приращений пластических деформаций.
Для двух различных композитныхматериалов с использованием экспериментальных данных доказано, что модель хорошоописываетнелинейныеупругопластическиесвойстваматериалавзадачахплоскогонапряженно-деформированного состояния.Однако, приведенная модель подходит для жестких тканых композитных материалов снебольшими относительными деформациями (нити – стекловолокно/графит, матрица –полиэстер/полиамид).
Как известно, технические ткани с покрытием обладают большимидеформациями (до 20%). Поэтому, перед применением данной модели описания физическогонелинейного поведения материала под нагрузкой необходимо верифицировать модель сиспытаниями технической ткани с покрытием.Модель Murnaghan. Целью работ [107, 119] была проверка возможности применениядвух моделей для описания нелинейного соотношения между напряжениями и деформациями втехнической ткани с покрытием под нагрузкой: piece-wise linear и Murnaghan c применениемконструктивной модели «the dense net model».
Параметры материала были найдены в ходепроведения одноосных испытаний технической ткани с покрытием при растяжении внаправлении нитей основы и утка. Показана хорошая корреляция между численными илабораторными испытаниями материала.В работе [123] также представлены численные и лабораторные экспериментытехнической ткани с применением конструктивной модели «the dense net model» совместно смоделью Murnaghan. Испытания проводились при одноосном растяжении в направлении нитейосновы и утка с различной температурой при испытании (от -30° до +70°С).
Хорошаякорреляция между численным моделированием поведения материала под нагрузкой илабораторными испытаниями доказывают правильность выбора и применения данной моделидля описания физически нелинейного поведения технических тканей с покрытием поднагрузкой при различном значении температуры.Предложенная модель поведения материала под нагрузкой не была верифицирована сиспытаниями технической ткани с покрытием при внеосевом и двухосном растяжении.Поэтому, на данный момент нельзя с уверенностью сказать, что модель Murnaghan полностьюописывает работу материала под нагрузкой при различном напряженно-деформированномсостоянии.Модели Chaboche и Chaboche with damage (с повреждением).
В статье [117]представлены несколько вариантов модели Chaboche и их практическое инженерное133применение (упруго-вязкопластическая модель). Сделан обзор научной литературы, касательноданной модели работы материала под нагрузкой. Показано, что модель продолжает постоянноразвиваться и модифицироваться. Основным недостатком модели является то, что онаприменима только для материалов с небольшими деформациями.В работе [106] представлена возможность применения модели Chaboche with damage дляописания упруго-вязкопластических свойств изотропного материала под нагрузкой. Дляприменения данной модели в программных комплексах, автором была разработана собственнаяподпрограмма (UVSCPL subroutine), включающая описание поведения изотропного материалапод нагрузкой с упруго-вязкопластическими свойствами.
Были решены две тестовые задачи дляобъемного (solid structure) и ферменного элемента (truss structure) в двух разных программныхкомплексах, использующих метод конечных элементов. Выявлена хорошая корреляция междупрограммами для каждой из представленных задач. Сказано о том, что выбранная модель(Chaboche with damage) хорошо подходит для описания упруго-вязкопластических свойствизотропного материала под нагрузкой.Цель статьи [110] предложить улучшенную процедуру для определения параметровповрежденности материала с помощью модели Chaboche with damage, в сочетании сконцепцией изотропной модели с повреждением, предложенной авторами Amar и Dufailly[105]. Предлагаемый подход был реализован в программном комплексе MSC Marc с помощьюпользовательских подпрограмм (user-defined subroutine UVSCPL). Представлены блок-схемыпользовательской подпрограммы для модели Chaboche и Chaboche with damage. Быловыполнено численное моделирование поведения двух видов материалов под нагрузкой:суперсплава INCON718 на основе никеля и обычной стали.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
