Диссертация (1141565), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Сходимость численных испытанийс лабораторными экспериментами доказывают, что предполагаемый подход являетсяэффективным.Однако предложенная модель в большей степени подходит для описания поведенияметаллов при высоких температурах и при небольших неупругих деформациях.Попытка применения модели Chaboche для описания работы технических тканей спокрытием под нагрузкой была встречена только в одной работе [169]. Модель Chabocheпоказала хорошую корреляцию с лабораторными испытаниями при одноосном осевомрастяжении в области небольших деформаций материала.
В данной работе не были проведеныдругие виды лабораторных испытаний (внеосевые и двухосные), поэтому вопрос о134корректности модели Chaboche для описания поведения технических тканей с покрытием поднагрузкой остается нерешенным.Модель Bodner-Partom. В статье [169] представлены результаты численных илабораторных испытаний технических тканей с покрытием с целью выявления неупругихсвойств в направлении нитей основы и утка. Метод на основе наименьших квадратов былприменен для определения основных характеристик материала. Параметры технической ткани спокрытием были определены на основании одноосных осевых испытаний при растяжении внаправлении нитей основы и утка.
Конструктивная модель «the dense net model» былаприменена для численного моделирования работы технической ткани под нагрузкой совместнос вязкопластическими моделями Bodner-Partom и Chaboche для описания физическинелинейного поведения технической ткани с покрытием. Показана хорошая корреляция междучисленными и лабораторными испытаниями в зоне небольших деформаций материала.Некоторые замечания, касающиеся нахождения параметров представленных моделей:- определение параметров на основе одноосных испытаний технических тканей спокрытием при постоянной скорости деформации является непростой задачей из-зазначительного количества неизвестных начальных параметров материала, которые должныбыть выбраны произвольно;- особые трудности были обнаружены при нахождении параметров для моделиChaboche, где разделение между вязкими эффектами и функциями упрочнения невозможнонайти только из испытаний материала при растяжении;-вязкопластическоеопределяющиесоотношениеобычнодаетсяввидедифференциальных уравнений первого порядка, поэтому необходимо выбрать надлежащиеметоды численного интегрирования; обычно используют итерационные методы, точностькоторых зависит от стабильности выбранного алгоритма и длины временного шага; этипроблемы имеют сильное влияние на успешное применение результатов идентификации.Вдобавок, данная модель успешно была применена для описания работы металлов исплавов из них под нагрузкой, а также для других изотропных материалов.
Например, в работе[111] показана, предложенная Lemaitre, упруго-вязкопластическая с повреждениями модельBodner-Partom. Данная модель была успешно применена и использована в численных расчетахв программном комплексе MSC Marc с помощью пользовательской подпрограммы (user-definedsubroutine UVSCPL). Проведены испытания при одноосном растяжении с учетом ползучестиматериала на основе суперсплава никеля B1900 и гафния Hf при высоких температурах.135В статьях [112, 118] была также применена упруго-вязкопластическая модель BodnerPartom для ударопрочной резины из сополимера пропилена и этилена и для материала изалюминиевого сплава АА2017, соответственно. Для определения параметров модели былипроведены лабораторные испытания при растяжении. Показана хорошая корреляция междучисленными и лабораторными экспериментами.После проведенного анализа двух классических и широко распространенных упруговязкопластических моделей Chaboche и Bodner-Partom поведения материала под нагрузкойможно сделать следующие выводы:- модели больше подходят для описания поведения изотропных материалов;- модель Chaboche хорошо описывает работу изотропного материала под нагрузкой привысоких температурах и при небольших неупругих деформациях;- модели Chaboche и Bodner-Partom подходят для описания поведения техническихтканей с покрытием под нагрузкой только в зоне небольших деформаций материала.Модель Schapery.
В работе [168] представлена возможность использования моделиSchapery для описания нелинейного вязкоупругого поведения технической ткани с покрытиемпод нагрузкой. Были выполнены длительные (в течении 720 ч и далее 120 ч в ненагруженномсостоянии)одноосныеиспытанияприрастяжениивпятиразличныхнапряженно-деформированных состояниях материала: 10%, 20%, 30%, 40%, и 50% от разрушающейнагрузки (рисунок 3.12). Определено, что при напряжениях в материале равным 10% отразрушающего и менее, техническая ткань с покрытием ведет себя как линейно вязкоупругийматериал.Рисунок 3.12.
Ползучесть технической ткани с покрытием при разных степенях загруженияот предельной прочности при растяжении в направлении: а) нитей основы, б) нитей утка(рисунки из работы [168])136Для описания физически нелинейного поведения материала под нагрузкой былаиспользована конструктивная модель «the dense net model» совместно с вязкоупругой модельюматериала Schapery для моделирования работы технической ткани с покрытием под нагрузкойна мезоуровне. В модели использовалось два разных представления о переходной компонентеползучести (the exponent function и the power law function) для того, чтобы узнать какая из нихточнее описывает поведение материала под нагрузкой.
Показано, что физически нелинейнаявязкоупругая модель материала Schapery совместно с моделью «the dense net model» достаточноточно описывает поведение технической ткани с покрытием при длительных воздействиях.Численное моделирование работы материала под нагрузкой показало хорошую корреляцию срезультатами лабораторных испытаний. Однако, хорошей корреляции между численныммоделированием поведения работы материала под нагрузкой и результатами лабораторныхиспытаний только при одноосном осевом растяжении недостаточно для создания корректноймодели. Необходимо сравнение результатов лабораторных испытаний технических тканей спокрытием при внеосевом и двухосном растяжении с представленной математической модельюповедения материала под нагрузкой.Выбор модели поведения технической ткани с покрытием под нагрузкой являетсяважной составляющей в численных исследованиях напряженно-деформированного состояниястроительных конструкций из технических тканей с покрытием.Подводя итог к проведенному обзору математических моделей, описывающих работу ифизически нелинейное поведение технических тканей с покрытием под нагрузкой, следуетотметить следующее:- целесообразность выбора модели зависит не только от поставленной задачи, но также иот конечных результатов, которые необходимо получить;- моделирование работы материала под нагрузкой на микроуровне не всегда являетсяэффективной задачей из-за трудностей, возникающих уже на начальных этапах созданиямодели;- немалое количество предложенных моделей показывает существующую сложность вописании работы технических тканей с покрытием под нагрузкой;- представленные современные научные исследования в данной области доказываютактуальность исследования корректного численного моделирования работы технических тканейс покрытием под нагрузкой, работающих в составе различных строительных конструкций.1373.1.5.
Влияние типа ткацкого переплетения на напряженно-деформированное состояниематериалаВ диссертационной работе автором было выдвинуто предположение о том, что типткацкого переплетения влияет на напряженно-деформированное состояние технических тканейс покрытием при одноосном растяжении. Для подтверждения или опровержения выдвинутойгипотезы были решены ряд задач.Были рассмотрены распространенные типы ткацких переплетений, встречающихся втехнических тканях с покрытием: полотняное, «рогожка 2/2», саржевое 2/2, «основный репс2/2». Для моделирования технической ткани с покрытием с различными ткацкимипереплетениями был использован программный комплекс Digimat.
На рисунке 3.13представлены конечно-элементные модели двух видов ткацких переплетений техническойткани с покрытием в Digimat.а)б)Рисунок 3.13. Конечно-элементные модели ткацких переплетений нитей:а) полотняное, б) «рогожка 2/2»Основные механические свойства нитей и покрытия были взяты из работ [44, 120]. Нитивыполнены из полиэфирного волокна, матрица из пластифицированного поливинилхлорида.Плотностьплетенияткани10х10.Нагружениемоделировалосьввидеодноосноговынужденного перемещения по направлению нитей основы до деформации 20%.Задача была решена в двух вариантах. Для покрытия из поливинилхлорида (ПВХ) впервом случае было рассмотрено линейно-упругое поведение материала.
Во втором - упругопластичное поведение. В обоих случаях нити моделировались линейно-упругими из 3Dортотропного материала.Для решения поставленных задач в связке с Digimat был выбран программный комплексMSC Patran и MSC Marc. Последний комплекс имеет широкие возможности для нелинейного138моделирования работы подобных материалов под нагрузкой.
Конечно-элементная модельтехнической ткани с покрытием, вместе с заданными свойствами материалов и нагрузкой, изDigimat была импортирована в MSC Patran для дальнейшей подготовки конечно-элементногоанализа. Далее, с помощью программы MSC Marc был проведен расчет с учетомгеометрическойнелинейности.Результатынапряженийидеформацийвматериалепредставлены в таблице 3.1. На рисунках 3.14 и 3.15 представлено напряженнодеформированное состояние технической ткани с покрытием в двух вариантах решения задачи.Таблица 3.1. Результаты численных экспериментов в программе DigimatТип ткацкогоПолотняное«Рогожка 2/2»Саржевое 2/2«Основный репс 2/2»переплетенияВариант задачи12121212Напряжения,МПа125,0128,0124,0125,0123,0124,0123,0124,0Деформации3,383,474,374,794,074,693,924,69а)б)Рисунок 3.14.
Напряженно-деформированное состояние материала с переплетением«основный репс 2/2» (первый вариант решения задачи) а) напряжения, МПа, б) деформацииа)б)Рисунок 3.15. Напряженно-деформированное состояние материала с переплетением«основный репс 2/2» (второй вариант решения задачи) а) напряжения, МПа, б) деформации139Выявлено, что различные типы ткацких переплетений при одноосном напряженнодеформированном состоянии не оказывают существенного влияния на напряжения в нитях(около 1-3%). Однако, тип ткацкого переплетения оказывает сильное влияние на деформациитехнических тканей с покрытием (различие от 10 до 25%).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
