Диссертация (1141565), страница 24

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 24)

Сравнение линейных перемещений между численным (а) и лабораторным (б)экспериментом при одноосном осевом растяжении технической ткани с покрытием (материал– 402 Precontraint, направление испытания - вдоль нитей утка)На рисунке 3.21 представлено сравнение результатов лабораторных испытаний ичисленных экспериментов в ANSYS. Также, на рисунке 3.21 показано сравнение в применениефизически линейной и нелинейной ортотропной модели поведения материала под нагрузкой вчисленных экспериментах.148Рисунок 3.21.

Сравнение результатов лабораторных и численных экспериментов при одноосномосевом растяжении технических тканей с покрытием Polymar 8212 и 402 PrecontraintПо результатам проведенных численных экспериментов в диссертационной работе,имитирующих лабораторные испытания технических тканей с покрытием при одноосномосевом растяжении, можно сделать следующие выводы:- представленная хорошая корреляция между результатами лабораторных испытаний ичисленных экспериментов с физической нелинейной моделью материала (рисунок 3.21), чтодоказывает правильный выбор модели поведения технических тканей с покрытием поднагрузкой, а также корректное применение модели в программном комплексе ANSYS;- применение физических линейных моделей поведения материала под нагрузкой прирасчетах строительных конструкций из технических тканей с покрытием на начальном этапеэксплуатации или при предварительном натяжении приведет к неправильной оценкенапряженно-деформированного состояния (рисунок 3.21);- рекомендуется использовать в численных расчетах физические нелинейные моделиповедения материала под нагрузкой.1493.2.3.

Результаты численных экспериментов при одноосном внеосевом растяженииНа рисунке 3.22 представлено напряженно-деформированное состояние техническойткани с покрытием Polymar 8212 в численных экспериментах, имитирующих проведенныелабораторные испытания при внеосевом растяжении, и разрушение образцов в лабораторныхэкспериментах.а)б)150в)г)151д)Рисунок 3.22. Напряженно-деформированное состояние технической ткани с покрытиемPolymar 8212 в численных экспериментах и разрушение образцов в лабораторных испытанияхпри внеосевом растяжении: а) 15°, б) 30°, в) 45°, г) 60°, д) 75°На рисунке 3.23 представлено сравнение результатов лабораторных испытаний привнеосевом растяжении и численных экспериментов в ANSYS, имитирующих данный видпроведенных в диссертационной работе испытаний.152а)б)Рисунок 3.23.

Сравнение результатов лабораторных и численных экспериментов приодноосном внеосевом растяжении материала Polymar 8212: а) с физической нелинейнойортотропной моделью, б) с физической линейной ортотропной модельюПо результатам проведенных численных экспериментов в диссертационной работе,имитирующих лабораторные испытания технических тканей с покрытием при одноосномвнеосевом растяжении, можно сделать следующие выводы:153- из рисунка 3.23 заметно, что корреляция между результатами лабораторных испытанийи численных экспериментов с физической нелинейной ортотропной моделью поведенияматериала под нагрузкой несколько лучше, чем с физической линейной ортотропной моделью;- представленная удовлетворительная корреляция между результатами лабораторныхиспытаний и численных экспериментов с физической нелинейной ортотропной модельюповедения материала под нагрузкой (рисунок 3.23а) объясняется сложностью реализацииданной модели для технических тканей с покрытием;-рекомендуется использоватьв численныхрасчетах физические нелинейныеортотропные модели поведения материала под нагрузкой, например, упругопластичные иливязкоупругие модели.3.2.4.

Результаты численных экспериментов при двухосном растяжении со сдвигомНа рисунке 3.24 представлено разрушение образцов в лабораторных испытаниях инапряженно-деформированное состояние технической ткани с покрытием Polymar 8212 вчисленныхэкспериментах,имитирующихпроведенныелабораторныедвухосном растяжении со сдвигом с соотношением нагрузок 1:1 и 1:4.а)испытанияпри154б)Рисунок 3.24.

Напряженно-деформированное состояние и разрушение образцов техническойткани с покрытием Polymar 8212 при двухосном растяжении со сдвигом с соотношениемнагрузок: а) 1:1, б) 1:4На рисунке 3.25 представлено сравнение результатов лабораторных испытаний ичисленных экспериментов в ANSYS при двухосном растяжении со сдвигом.Рисунок 3.25. Сравнение результатов лабораторных и численных экспериментов придвухосном растяжении со сдвигом материала Polymar 8212155Сравнение перемещений, измеренных в лабораторных экспериментах с помощьюоптического метода корреляции цифровых изображений, и перемещений в численныхэкспериментах в программе ANSYS при двухосном растяжении со сдвигом при соотношениинагрузок 1:4 показано на рисунке 3.26.б)а)Рисунок 3.26.

Сравнение перемещений между численным и лабораторным экспериментомпри двухосном растяжении со сдвигом при соотношении нагрузок 1:4: а) по направлениюнитей основы, б) по направлению нитей уткаПорезультатампроведенныхчисленныхрастяжении со сдвигом можно сделать следующие выводы:экспериментовпридвухосном156- из рисунка 3.25 видно, что корреляция между результатами лабораторных испытаний ичисленных экспериментов с физической нелинейной ортотропной моделью поведенияматериала под нагрузкой удовлетворительная по направлению нитей утка, и в целом хорошаяпо направлению нитей основы;- удовлетворительную корреляцию по направлению нитей утка можно объяснить тем,что упруго-пластичная ортотропная модель по критерию текучести Хилла обычно используетсядля моделирования листового металла и композитов [176].Расчетно-экспериментальная методика по определению значения модуля сдвига в3.3.технических тканях с покрытиемВ разделе 2.2 диссертации представлены существующие методики по определениюзначения модуля сдвига в материале.

Основной общий недостаток данных методик –трудоемкость проведения исследований и необходимость наличия специального оборудования.Назрела необходимость в создании более простой в физическом понимании и инженерномисполнении расчетно-экспериментальной методики для определения значения модуля сдвига втехнических тканях с покрытием.Предложеннаярасчетно-экспериментальнаяметодикавдиссертационнойработеопределяет значение модуля сдвига технических тканей с покрытием и делится на две основныеи последовательные части – экспериментальную и теоретическую. Блок-схема разработаннойрасчетно-экспериментальной методики представлена в приложении 1.Порядок основных действий экспериментальной части следующий:- выполняют одноосные осевые испытания технических тканей с покрытием прирастяжении в соответствии с нормативными документами;- по результатам одноосных осевых испытаний материала при растяжении определяютчетыре механических параметра технических тканей с покрытием: два модуля Юнга ( Ex , E y ) идва коэффициента Пуассона (  xy , yx ) ( x - направление вдоль нитей основы, y - вдоль нитейутка);- по результатам одноосных осевых испытаний материала при растяжении определяютзависимость напряжений от деформаций для двух основных направлений материала – вдольнитей основы и утка;157- выполняют лабораторные испытания технических тканей с покрытием при внеосевомрастяжении под углами 15°, 30°, 45°, 60°, 75° к направлению нитей основы;- форму образца для испытаний технических тканей с покрытием при внеосевомрастяжении рекомендуется принимать согласно рекомендациям раздела 2.4.2 диссертационнойработы;- по результатам одноосных внеосевых испытаний материала при растяженииопределяют зависимость напряжений от деформаций для каждого угла внеосевых испытаний;- для обоих видов лабораторных испытаний фиксируют предельную прочностьматериала при растяжении.После выполнения первой части предложенной расчетно-экспериментальной методикиостается один неизвестный и важный параметр технической ткани с покрытием – модульсдвига ( G ), который определяют по результатам теоретической части предложенной расчетноэкспериментальной методики.Во второй части предложенной расчетно-экспериментальной методики (теоретическойчасти) необходимо выполнить следующие действия:- по средствам программных комплексов (например, ANSYS, ABAQUS и др.)выполняются численные эксперименты, имитирующие проведенные лабораторные испытаниятехнических тканей с покрытием при одноосном осевом и внеосевом растяжении;- рекомендуется в численных экспериментах применять нелинейные ортотропныемодели поведения материала под нагрузкой, например, упруго-пластичную ортотропнуюмодель по критерию текучести Хилла;- так как, значение модуля сдвига ( G ) на данный момент неизвестно, то оноподбирается итерационно в численных расчетах таким образом, чтобы была полученакачественная и количественная корреляция между результатами лабораторных испытаний ичисленных экспериментов;- рекомендуется первоначальное значение модуля сдвига для технических тканей спокрытием в численных расчетах принять равным G  30 кН м ;- корреляция между результатами лабораторных испытаний и численных экспериментовдолжна оцениваться по следующим критериям:а) по качественной и количественной сходимости кривых «усилие-перемещение»,полученных как в лабораторных испытаниях, так и в численных экспериментах;158б) в численных исследованиях – по максимальным напряжениям в численноймодели материала равным предельным напряжениям, которые определялись попредельнойпрочноститехническихтканейспокрытиемприрастяжениипохарактеристикам завода изготовителя;в) в численных расчетах – разрушением образцов (максимальными напряжениями),качественно совпадающих с местами разрушения технических тканей с покрытием влабораторных испытаниях.г) значение модуля сдвига материала должно попадать в диапазон величин,определенных многими научными зарубежными исследованиями в этой области длятехнических тканей с покрытием (от 20 до 60 кН/м).Проведенный анализ работ по исследованию модуля сдвига в технических тканях спокрытием показал, что его с достаточной точностью может принять линейным (рисунок 2.21 вразделе 2.2 диссертации).

В работах [137, 139, 145, 148, 151, 157–159, 200] значение модулясдвига технической ткани с покрытием в среднем варьируется от 20 до 60 кН/м.Основныепреимуществапредложеннойвдиссертационнойработерасчетно-экспериментальной методики по определению значения модуля сдвига в технических тканях спокрытием по сравнению с существующими методиками заключаются:- для проведения испытаний необходимо лишь наличие одной одноосной разрывноймашины;- не требует высоких навыков от исследователя и дополнительного оборудования отисследователей;- сокращает временные и материальные затраты;- увеличивает скорость проведения и обработки результатов испытаний.Значение модуля сдвига исследуемых технических тканей с покрытием в диссертациибыло найдено по предложенной расчетно-экспериментальной методики и составило дляPolymar 8212 - 25 кН/м, для 402 Precontraint – 28 кН/м.3.4.Применение критериев прочности к техническим тканям с покрытиемПри расчете строительных конструкций из технических тканей с покрытием, всегдаигнорируются механические свойства, направленные вдоль толщины материала, т.е.предполагается работа материала только в плоском напряженно-деформированном состоянии.159В связи с этим, к техническим тканям с покрытием могут быть применены критерии прочностикомпозитных материалов [205, 206].Ниже представлены несколько классических критериев прочности, которые быливыбраны для прогнозирования в численных экспериментах предельной разрывной прочностиматериала при одноосном внеосевом растяжении и оценки кратковременной прочноститехнических тканей с покрытием при внеосевом растяжении и двухосном растяжении сосдвигом.Tsai-Hill:2x2X 2  x y  xy2yY2X2S21(3.5)1(3.6)Yeh-Stratton:xXyY x yX2 xy2S2Hashin:  11       1 X  S22(3.7)Norris:  x    y   x y  xy 2 1    XYSX  Y 2где  xи y22(3.8)- нормальные напряжения по направлению нитей основы и уткасоответственно, - касательные напряжения,X и Y - предельная прочность технической ткани с покрытием при растяжении понаправлению нитей основы и утка соответственно,S - прочность материала на сдвиг.На рисунке 3.27 показано сравнение предельной разрывной прочности для одноосныхосевых и внеосевых испытаний технических тканей с покрытием между лабораторнымииспытаниями и численными экспериментами с физически линейной и физически нелинейнойортотропной моделью поведения материала (упруго-пластичная ортотропная модель покритерию текучести Хилла), а также прогнозирование предельной разрывной прочности покритерию прочности Tsai-Hill.160а)б)Рисунок 3.27.

Характеристики

Список файлов диссертации