Что такое findtheslide.com?

FindTheSlide.com - это сайт презентаций, докладов, шаблонов в формате PowerPoint.


Для правообладателей

Обратная связь

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Яндекс.Метрика

Презентация, доклад на тему Исследование напряженно-деформированного состояния дискретно армированного стеклопластика на основе термопластичной матрицы

Презентация на тему Исследование напряженно-деформированного состояния дискретно армированного стеклопластика на основе термопластичной матрицы, из раздела: Разное. Эта презентация содержит 26 слайда(ов). Информативные слайды и изображения помогут Вам заинтересовать аудиторию. Скачать конспект-презентацию на данную тему можно внизу страницы, поделившись ссылкой с помощью социальных кнопок. Также можно добавить наш сайт презентаций в закладки! Презентации взяты из открытого доступа или загружены их авторами, администрация сайта не отвечает за достоверность информации в них. Все права принадлежат авторам презентаций.

«Разработка модели и исследование напряженно-деформированного состояния дискретно армированного стеклопластика на основе термопластичной Цель работы: Разработка модели и исследование деформационно-прочностных свойств стеклопластика на основе термопластичной Раздел 1. Литературный обзор  1.1. Материаловедческие основы создания дискретно армированных Гуняев Г. М. Структура и свойства полимерных волокнистых композитов. — М.: Химия, 1.1.2. Стеклянные армирующие волокна(Продолжение Раздела 1)Кисилев Б.А. Стеклопластики - М: Госхимиздат, 1961. 1.1.3. Свойства термопластов, армированных короткими волокнами(Продолжение Раздела 1)Таблица 3.Физико-механические свойства полиамидов, наполненных Раздел 1.1.4. Дефекты и их влияние на физико-механические характеристики в ПКМ Механизм разрушения ПКМ, армированного короткими волокнамиРис. 3. Процесс образования и роста дефектаРис.4. Влияние пористости на физико-механические свойства дискретно армированного стеклопластика  (Продолжение Раздела 1)Рис.5.Зависимость Микроподход в моделировании ПКМ.  Блочный методПри применении метода конечных элементов для МОДЕЛИ ПКМ ДЛЯ БЛОЧНОГО МЕТОДАВсе блочные модели являются осесимметричными и состоят из Модель АутуотерМодель Даугде t толщина матричного слоя. В таком случае предель­ная длина 1.3.Численное моделирование деформационно-прочностных свойств дискретно-армированных ПКМ Модель Брокмюллера Распределение фон Мизеса напряжений (Продолжение Раздела 1) Напряжения в модели для общей деформации ɛ = ​​0,5%. Кривая Раздел 2. Экспериментальная часть 2.1. Объекты исследованияТаблица 5.Характеристики поликапроамида(Полиамид-6) Объект исследования: Дискретно Схема изготовления образца стеклопластика 1.Раскрой тканого полуфабриката ТОПАС и полиамидной плёнки на 2.2 Методики испытаний.Определение физико-механических характеристик стеклопластика при растяжении по ГОСТ 25.601-80 Эскиз Определение физико-механических характеристик стеклопластика при межслоевом сдвиге (Продолжение Раздела 2) (Продолжение Раздела 2)Результаты испытаний стеклопластика при растяженииРезультаты испытаний стеклопластика при межслоевом сдвигеСлайд Раздел 3. Разработка дискретно-армированной модели ПКМ с дефектом на границе раздела и 3.2. Методика построения КЭ модели развития дефекта на границе раздела фаз.(Продолжение Раздела Напряжённое состояние модели   3.3. Влияние наличия дефекта на границе раздела Напряжения σy на границе раздела волокно - матрица при деформациях 25%, 50% 3.4. Сравнение результатов численного моделирования с экспериментальными(Продолжение Раздела 3)Слайд Выводы		В первом разделе рассмотрены материаловедческие основы создания дискретно армированных стеклопластиков, проанализированы термопластичные СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
Слайды презентации

Слайд 1 «Разработка модели и исследование напряженно-деформированного состояния

«Разработка модели и исследование напряженно-деформированного состояния дискретно армированного стеклопластика на основе дискретно армированного стеклопластика на основе термопластичной матрицы»


Студент: Гапоненко И.В.
Руководитель: Салиенко Н. В.

Москва, 2018

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

Кафедра «Технология композиционных материалов, конструкций и микросистем»

Слайд


Слайд 2 Цель работы: Разработка модели и исследование

Цель работы: Разработка модели и исследование деформационно-прочностных свойств стеклопластика на основе деформационно-прочностных свойств стеклопластика на основе термопластичной матрицы, армированной короткими стеклянными волокнами.


Задачи :
Провести анализ литературных данных по материаловедческим основам создания дискретно армированных стеклопластиков. Рассмотреть термопластичные матрицы, стеклянные армирующие волокна, свойства термопластов, армированных короткими волокнами. Описать дефекты и их влияние на физико-механические характеристики стеклопластиков. Проанализировать аналитическое и численное моделирование деформационно-прочностных свойств дискретно-армированных ПКМ.
Изготовить образцы стеклопластика на основе поликапроамидной матрицы и коротких стеклянных волокон. Провести экспериментальные испытания на растяжение и сдвиг по определению физико-механических свойств стеклопластика.
Разработать физическую модель структуры ПКМ с дефектом на торцах армирующих волокон. Разработать КЭ-модель такого ПКМ и методик построения модели развития дефекта на границе раздела волокно-матрица в программном комплексе ANSYS.
Провести анализ результатов аналитического, численного моделирования и экспериментальных данных.

Слайд


Слайд 3 Раздел 1. Литературный обзор 1.1. Материаловедческие

Раздел 1. Литературный обзор  1.1. Материаловедческие основы создания дискретно основы создания дискретно армированных стеклопластиков

Рис. 1. Схема распределения растягивающих напряжений σ и напряжений сдвига τ вдоль короткого волокна, находящегося в матрице.
1 - матрица;
2 - волокно;
Р -приложенная нагрузка;
L -дли­на волокна;
σв - напряжение при разрыве волокна

Под ред. М.Ричардсона. Кн.:”Промышленные полимерные композиционные материалы”. Перевод с англ. под ред. П.Г.Бабаевского.М.,Химия, 1980 г.

Lk/d= σв/2τi

Где τi - разрушающее напряжение при сдвиге по границе раздела волокно-матрица или по матрице, в зависимости от того какая из этих величин меньше, d-диаметр волокна, Lk- критическая длина волокна,

Слайд


Слайд 4 Гуняев Г. М. Структура и свойства

Гуняев Г. М. Структура и свойства полимерных волокнистых композитов. — М.: полимерных волокнистых композитов. — М.: Химия, 1981. — 232 с., ил.

Термопластичная матрица в ТПКМ:
- обеспечивает монолитность материала, прочную связь между армирующими элементами и их совместную работу при нагружении;
- лимитирует деформационную теплостойкость и термостойкость материала;
- вносит аддитивный вклад в эксплуатационные свойства материала;
играет определяющую роль в выборе и реализации метода и условий формования элементов конструкций;
обладают более низким по сравнению с реактопластами модулем упругости

1.1.1. Термопластичные матрицы
(Продолжение Раздела 1)

Слайд


Слайд 5 1.1.2. Стеклянные армирующие волокна
(Продолжение Раздела 1)

Кисилев

1.1.2. Стеклянные армирующие волокна(Продолжение Раздела 1)Кисилев Б.А. Стеклопластики - М: Госхимиздат, Б.А. Стеклопластики - М: Госхимиздат, 1961. – 240 с.

Таблица 1. Физико-механические свойства различных волокон

Таблица 2. Марочный ассортимент стеклянных волокон.

Слайд


Слайд 6 1.1.3. Свойства термопластов, армированных короткими волокнами
(Продолжение

1.1.3. Свойства термопластов, армированных короткими волокнами(Продолжение Раздела 1)Таблица 3.Физико-механические свойства полиамидов, Раздела 1)

Таблица 3.Физико-механические свойства полиамидов, наполненных 50% стеклянного волокна

В.Иоффе “Стеклонаполненные термопласты”. В кн.:”Армированные полимерные материалы”, М.,Мир, 1968 г.

Рис. 2. Изменение прочности при растяжении разных термопластов, заполненных стеклянными волокнами, в зависимости от их весового содержания.
Композиции на основе: 1 - поликарбоната; 2 - найлона 66; 3 - полистиролакрилонитрила; 4 - АБС; 5 – полистирола

Слайд


Слайд 7 Раздел 1.1.4. Дефекты и их

Раздел 1.1.4. Дефекты и их влияние на физико-механические характеристики в влияние на физико-механические характеристики в ПКМ (Продолжение Раздела 1)

Дефекты ПКМ различаются:
по происхождению;
местоположению в детали;
глубине залегания:
размерам

По масштабу:
макро-; крупные дефекты в виде волостей, трещин, тяжей по границе раздела элементов конструкции;
мезо- дефекты на уровне монослоёв и повторяющихся структур ПКМ, макропоры;
микро- (армирующие волокна и матрица), отрывы и извлечение из матрицы отдельных волокон, микропоры.

Слайд


Слайд 8 Механизм разрушения ПКМ, армированного короткими волокнами
Рис.

Механизм разрушения ПКМ, армированного короткими волокнамиРис. 3. Процесс образования и роста 3. Процесс образования и роста дефекта

Рис.4. Микрофотография роста краевого дефекта (этап2)
для поликапроамидного стеклопластика.

Материал без приложения нагрузки.
Инициирование роста дефекта на торцах волокон в начальный момент приложения нагрузки.
Рост дефекта по мере роста нагрузки, увеличение размеров торцевых дефектов и слияние их в поперечные трещины.

(Продолжение Раздела 1)

C. A. Rose, C. G. Dávila, and F. A. Leone, “Analysis methods for progressive damage of composite structures,” Hampton, VA, NASA/TM–2013-218024, Jul. 2013.

Слайд


Слайд 9 Влияние пористости на физико-механические свойства дискретно

Влияние пористости на физико-механические свойства дискретно армированного стеклопластика  (Продолжение Раздела армированного стеклопластика (Продолжение Раздела 1)

Рис.5.Зависимость прочности при растяжении (а) и сдвиге (б) от содержания пор в стеклопластике


(а)

(б)

К. M. Brockmulle, K. Friedrich, ”Elastoplastic stress analysis of a short fibre reinforced composite using a three-dimensional finite element model with several close to reality features”, Journal of materials science 27 (1992) 6506-6JI2.

Слайд


Слайд 10 Микроподход в моделировании ПКМ. Блочный метод
При

Микроподход в моделировании ПКМ.  Блочный методПри применении метода конечных элементов применении метода конечных элементов для композитов эффективным оказывается блоч­ный метод.

В блочном методе при разбиении выделяются целые об­ласти, которые затем разбиваются на элементы.
Для каждой такой области полагают, что постоянные материала являются неизменными.
Одним из блоков является армирующее волокно, а вторым полимерная матрица.

Рис.6.Модель ПКМ, армированного волокном.

1 — матрица (полимер)
2 — армирующий элемент (волокно)

Рис.7.Распределение эквивалентных напряжений на торце волокна

1.2. Аналитическое моделирование
деформационно-прочностных свойств термопластичных ПКМ
(Продолжение Раздела 1)


Слайд


Слайд 11 МОДЕЛИ ПКМ ДЛЯ БЛОЧНОГО МЕТОДА
Все блочные

МОДЕЛИ ПКМ ДЛЯ БЛОЧНОГО МЕТОДАВсе блочные модели являются осесимметричными и состоят модели являются осесимметричными и состоят из цилиндрических блоков матрицы и армирующего волокна.

Касательное напряжение, действующее на границе между волокном и матрицей, можно определить из соотношений

где r0 — радиус поперечного сечения волокна; 2R — расстоя­ние между центрами поперечных сечений волокон; Af — площадь поперечного сечения волокна.

Модель Кокса.

Слайд


Слайд 12 Модель Аутуотер
Модель Дау
где t толщина матричного

Модель АутуотерМодель Даугде t толщина матричного слоя. В таком случае предель­ная слоя. В таком случае
предель­ная длина волокна равна

где λ— коэффициент, зависящий от диаметра волокна, мо­дуля упругости и содержания армирующего материала в композите; Аm, Af — площади поперечных се­чений матрицы и волокна; Рт — сила

Слайд


Слайд 13 1.3.Численное моделирование деформационно-прочностных свойств дискретно-армированных ПКМ Модель

1.3.Численное моделирование деформационно-прочностных свойств дискретно-армированных ПКМ Модель Брокмюллера Распределение фон Мизеса Брокмюллера

Распределение фон Мизеса напряжений в плоскости у = 0 для (а) упругого случая (ɛ = 0,5%) и
(b) пластичного (ɛ= 2%). Нагрузка прикладывается справа (положительное z-направление).

Извлечение элементарной ячейки из геометрической модели композита и граничные условия


К. M. Brockmulle, K. Friedrich, ”Elastoplastic stress analysis of a short fibre reinforced composite using a three-dimensional finite element model with several close to reality features”, Journal of materials science 27 (1992) 6506-6JI2.

Слайд


Слайд 14 (Продолжение Раздела 1)
Напряжения в модели

(Продолжение Раздела 1) Напряжения в модели для общей деформации ɛ = для общей деформации ɛ = ​​0,5%. Кривая (а)- σz;
(b)- σvM; (c)- σy; (d)- σx; (e)- τxz.

Напряжения в модели для общей деформации ɛ = 2%. Кривая (а)- σyM;
 (b)- τxz ; (c)- σz; (d)- σy ; (e)- σx.

К. M. Brockmulle, K. Friedrich, ”Elastoplastic stress analysis of a short fibre reinforced composite using a three-dimensional finite element model with several close to reality features”, Journal of materials science 27 (1992) 6506-6JI2.

Слайд


Слайд 15 Раздел 2. Экспериментальная часть
2.1. Объекты

Раздел 2. Экспериментальная часть 2.1. Объекты исследованияТаблица 5.Характеристики поликапроамида(Полиамид-6) Объект исследования: исследования

Таблица 5.Характеристики поликапроамида
(Полиамид-6)

Объект исследования: Дискретно армированный стеклопластик, на основе поликапроамидного связующего.

Таблица 4.Характеристики стеклянного волокна ВМС 6-7,2x1x2-80

Рис.8. Тканый полуфабрикат ТОПАС, полученный по волоконной технологии

Канович М.З., Рогинский С.Л. Высокопрочные стеклопластики – М.: Химия, 1979. – 143 с.

Слайд

Таблица 6. Характеристики тканного полуфабриката ТОПАС


Слайд 16 Схема изготовления образца стеклопластика





1.Раскрой тканого полуфабриката

Схема изготовления образца стеклопластика 1.Раскрой тканого полуфабриката ТОПАС и полиамидной плёнки ТОПАС и полиамидной плёнки на заготовки.

2.Подготовка формы и сборка пакета из 11 слоёв (Размер пресс-формы= 200 x 100 мм)

(Продолжение Раздела 2)

3.Прессование при Т= 240°С, Р=2,5 МПа, t=15 мин;
4.Охлаждение под давлением до T=25°С

5.Механическая обработка
листового ПКМ.

6.Вырубка образцов в виде
лопаток для испытаний

Слайд


Слайд 17 2.2 Методики испытаний.
Определение физико-механических характеристик стеклопластика

2.2 Методики испытаний.Определение физико-механических характеристик стеклопластика при растяжении по ГОСТ 25.601-80 при растяжении по ГОСТ 25.601-80

Эскиз образца в виде двусторонней лопатки для испытаний на одноосное растяжение с размерами, выполненными по ГОСТ

1. Предел прочности при растяжении определяется из уравнения:


где
σ+ -предельная прочность на растяжение, МПа
Pmax - максимальная нагрузка до разрушения, Н
A – средняя площадь поперечного сечения, мм2

2. Модуль упругости при растяжении по данным кривой напряжения-деформации рассчитывается по формуле:

где E – модуль упругости при растяжении, ГПа
∆σ - различие в растягивающих напряжениях между двумя деформируемыми точками
∆ε - различие между двумя точками деформации (номинально 0,002)

Образцы для испытаний на растяжение

(Продолжение Раздела 2)

Слайд


Слайд 18 Определение физико-механических характеристик стеклопластика при межслоевом

Определение физико-механических характеристик стеклопластика при межслоевом сдвиге (Продолжение Раздела 2) сдвиге (Продолжение Раздела 2)

Образец для определения прочности
при межслоевом сдвиге.

Прочность при межслоевом сдвиге определяется
по формуле:

где:
τ – прочность при межслоевом сдвиге, МПа
Pразр - разрушающее усилие, Н
F - площадь среза, мм2


Статистическая обработка проводилась по методу Стьюдента с доверительной вероятностью 0,95, по формулам:

Ю.М. Тарнопольский, Т.Я.Кинцис, “ Методы статических испытаний армированных пластиков.-3-е изд.,перераб. И доп.-М.:Химия, 1981.-272 с.,ил.

Слайд


Слайд 19 (Продолжение Раздела 2)
Результаты испытаний стеклопластика при

(Продолжение Раздела 2)Результаты испытаний стеклопластика при растяженииРезультаты испытаний стеклопластика при межслоевом сдвигеСлайд растяжении

Результаты испытаний стеклопластика при межслоевом сдвиге

Слайд


Слайд 20 Раздел 3. Разработка дискретно-армированной модели ПКМ

Раздел 3. Разработка дискретно-армированной модели ПКМ с дефектом на границе раздела с дефектом на границе раздела и исследование деформационно-прочностных свойств
3.1. Разработка физической модели
и структуры с дефектом в виде пор на границе раздела

Свойства компонентов ПКМ.

Допущения:
Все волокна расположены в направлении распределения нагрузки регулярно и равномерно.
Краевой эффект моделируется отсутствием взаимодействия между волокном и матрицы на торцах волокон.
Напряжение распределяется в волокне и матрице равномерно.
Разрушение происходит при достижении волокнами предела прочности.
Модель осесимметрична.

Граничные условия:
1) Модель нагружается вдоль оси Y усилием, соответствующим предельному значению
относительного удлинения стеклянных волокон.
2) Нижняя часть модели закреплена консольно.
3) Левая граница модели ограничена перемещениями по оси X.
4) Правая граница перемещается свободно.

Рис. 9. Физическая модель ПКМ

Слайд


Слайд 21 3.2. Методика построения КЭ модели развития

3.2. Методика построения КЭ модели развития дефекта на границе раздела фаз.(Продолжение дефекта на границе раздела фаз.
(Продолжение Раздела 3)

Постановка задачи
Назначение типов конечных элементов и их особенности
Определение свойств материала модели
Задание упругих констант для стеклянного волокна
Создание геометрической модели
Присвоение свойств блокам волокна и матрицы
Разбиение модели на конечные элементы (КЭ)
Задание граничных условий
Расчет
Отображение деформированного и недеформированного состояния модели


Методика построения конечно-элементной модели (КЭ)
в программном комплексе ANSYS:

Слайд


Слайд 22 Напряжённое состояние модели
3.3. Влияние

Напряжённое состояние модели   3.3. Влияние наличия дефекта на границе наличия дефекта на границе раздела на деформационно - прочностные свойства стеклопластика с использованием КЭ модели.
(Продолжение Раздела 3)

Деформированное состояние стеклопластика а– 25%, б – 50%, в- 100% от разрушающей деформации волокна

а

б

в

Слайд


Слайд 23 Напряжения σy на границе раздела волокно

Напряжения σy на границе раздела волокно - матрица при деформациях 25%, - матрица при деформациях 25%, 50% , 100% от разрушающей деформации волокна в зависимости от расстояния от дефекта.

Сдвиговые напряжения τху на границе волокно – матрица при деформации 25%, 50%, 100% от разрушающей деформации волокна в зависимости от расстояния от дефекта.

Нормальные напряжения σx на границе раздела волокно - матрица при деформациях 25%, 50%, 100% от разрушающей деформации волокна в зависимости от расстояния от дефекта.

(Продолжение Раздела 3)

Слайд


Слайд 24 3.4. Сравнение результатов численного моделирования с

3.4. Сравнение результатов численного моделирования с экспериментальными(Продолжение Раздела 3)Слайд экспериментальными

(Продолжение Раздела 3)

Слайд


Слайд 25 Выводы

В первом разделе рассмотрены материаловедческие основы

Выводы		В первом разделе рассмотрены материаловедческие основы создания дискретно армированных стеклопластиков, проанализированы создания дискретно армированных стеклопластиков, проанализированы термопластичные матрицы, стеклянные армирующие волокна, свойства термопластов, армированных короткими волокнами, дефекты и их влияние на физико-механические характеристики стеклопластиков. Приведены аналитические модели для прогнозирования деформационно-прочностных ПКМ. Рассмотрены методы построения КЭ модели ПКМ с учётом развития дефекта в виде краевого эффекта торцов волокон на границе раздела волокно-матрица. Выявлены преимущества использования блочного метода для построения КЭ моделей ПКМ. Для исследования влияния микроструктуры ПКМ на деформационно-прочностные свойства при различной нагрузке, в качестве базовой была использована модель Кокса.
Во втором разделе описаны методика получения образцов однонаправленного дискретно армированного стеклопластика и методики испытаний этого материала на растяжение и сдвиг. Проведены экспериментальные исследования по определению основных физико-механических свойств стеклопластика при растяжении и сдвиге. Предельные значения напряжений возникающих при растяжении и сдвиге составили: σx= 80,2±4,1 σy=130,6±13,65 τху =32,8±2,42
В третьем разделе исследовано с помощью КЭ моделирования влияние дефекта на границе раздела фаз на деформационно-прочностные свойств стеклопластика. На основании выбранных начальных условий и допущений, предложена физическая модель, построена КЭ модель, осуществлён расчёт, проанализированы полученные данные, проведена верификация модели на адекватность. Получены зависимости, характеризующие напряженное состояние ПКМ при различной степени деформирования. Анализ полей напряжений, возникающих в ПКМ при разрушении, показал, что в разрушении ПКМ главную роль играют нормальные напряжения. Установлено, что предложенная в работе конечно-элементная модель стеклопластика содержащая дефект в виде краевого эффекта торцов волокон на границе волокно-матрица показала хорошую корреляцию с экспериментальными данными. Отклонения данных численного моделирования от экспериментальных соответственно равны: для σx- 5,5%, σy-5,3%, τху - 5,6%. Аналитический подход с использованием модели Кокса в определении вышеназванных характеристик даёт гораздо большую погрешность для σx- 14,5%, σy-11,0%, τху – 9,7%.

Слайд


Слайд 26 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!