hrvatski

Delaminacija višeslojnih kompozitnih materijala pod djelovanjem poprečnog udarnog opterećenja

Formuliran je numerički postupak za modeliranje nastajanja međuslojnih delaminacija u višeslojnim kompozitima koje nastaju udarom nedeformabilnim udaračem. Kontakt između udarača i laminata modeliran je korištenjem kontaktnih elemenata, a kinetička energija udarača određena je definiranjem mase i početne brzine udarača. Svaki sloj laminata je modeliran volumenskim elementima, i odziv konstrukcije je određen korištenjem tranzientne dinamičke analize uz primjenu modificirane Newmarkove beta metode direktne implicitne integracije. Pojava hourglassinga, koja se javlja pri modeliranju ploča volumenskim elementima uz upotrebu reducirane integracije, numerički je riješena korištenjem formulacije jednolike deformacije te definiranjem parametra hourglass krutosti. Definirani su mehanizmi nastajanja oštećenja pri različitim načinima opterećenja, te rasporedu slojeva laminata. Analiziran je utjecaj pojedinih faza, kao i svojstava cjelokupnog laminata na ponašanje konstrukcije pri udarnim opterećenjima. Definirani su kriteriji popuštanja, kako generalni kao Tsai-Wu kriterij koji ne definiraju oblik popuštanja već samo iniciraju mogućnost popuštanja materijala, tako i usmjereni Hashinov trodimenzionalni kriterij koji izravno opisuje način popuštanja kompozita. Izveden je izraz za Eshelbyev tenzor koji definira vezu između polja naprezanja u uključku i u području izvan uključka, kako za izotropni tako i za anizotropni materijal. Korištenjem pristupa Mori-Tanaka ovaj je tenzor primijenjen na određivanje svojstava kompozita poznavajući mehanička svojstva matrice, vlakna te volumenski udjel vlakna u kompozitu. Korištenjem Hashinovog kriterija loma matrice te definiranjem koincidentnih čvorova na spojevima slojeva određene su fizikalne pretpostavke za pojavu delaminacija. Koincidentni čvorovi su povezani jednadžbama u koje ulaze pomaci čvorova kao neovisne varijable. Postavljen je kriterij postojanja pukotina u matrici susjednog donjeg sloja kao dodatnog uvjeta pojave međuslojnih delaminacija. Mehanička svojstva kompozita nakon pojave delaminacija su promijenjena korištenjem modela prema Tsaiu. Tako definiran numerički model ugrađen je u program ABAQUS/Standard primjenom korisničkih potprograma čime su proširene mogućnosti samog programa. Razvijeni su algoritmi za prikaz promjena površine delaminacije s vremenom, te njihove raspodjele po međuslojevima. Efikasnost i točnost razvijenog numeričkog modela je provjerena usporedbom s eksperimentalnim vrijednostima. Izvršena je parametarska analiza variranjem rasporeda slojeva, kao i mase i brzine udarača.

metoda konačnih elemenata; višeslojni kompoziti; mikromehanika; udarna opterećenja; tranzientna dinamička analiza; kontaktni problemi

nije evidentirano