|
|
@@ -174,7 +174,7 @@ C_{ijkl}^{m} \left[ 1-\lambda({\bf r}) \right ] \right\}
|
|
|
|
|
|
\begin{figure}[!ht]
|
|
|
\centering
|
|
|
- \includegraphics[width=12cm]{geometry/v1/bc}
|
|
|
+ \includegraphics[width=12cm]{geometry/v2/bc}
|
|
|
\caption{Граничные условия краевой задачи теории упругости}
|
|
|
\label{fig:c2:b_cond}
|
|
|
\end{figure}
|
|
|
@@ -191,6 +191,51 @@ C_{ijkl}^{m} \left[ 1-\lambda({\bf r}) \right ] \right\}
|
|
|
а ее точки не имеют ограничений на перемещения. В случае насыщения внутренней
|
|
|
поры соответствующие объемы материала обладают свойствами матрицы.
|
|
|
|
|
|
+В процессе изготовления тканого композиционного материала с поликристаллической
|
|
|
+матрицей не всегда удается исключить соприкосновение нитей основы и утка,
|
|
|
+вследствие чего в конструкции могут возникать такие локальные дефекты как
|
|
|
+разрывы нитей основы, разрывы нитей основы и утка, а также внутренние
|
|
|
+технологические поры. Поэтому необходимо построение моделей, где волокна основы
|
|
|
+и утка не всегда окружены гарантированной прослойкой поликристаллической
|
|
|
+матрицы.
|
|
|
+
|
|
|
+Положение и геометрия контактных поверхностей считается заданными и неизменными
|
|
|
+в процессе нагружения слоя, кроме того будем считать справедливыми условия
|
|
|
+контакта с кулоновским трением, тогда на $\Gamma_9$ следует задать 2 условия:
|
|
|
+
|
|
|
+\noindent если $\left[\sigma_{n\tau} {\bf (r)} \right] |_{\Gamma_9^{+}} < \left[
|
|
|
+{f | \sigma_{nn} {\bf (r)} |} \right] |_{\Gamma_9^{-}}$, то
|
|
|
+
|
|
|
+\begin{equation}
|
|
|
+\left[\sigma_{n\tau} {\bf (r)} n_{n} \right] |_{\Gamma_9^{+}} =
|
|
|
+\left[\sigma_{n\tau} {\bf (r)} n_{n} \right] |_{\Gamma_9^{-}}, \quad
|
|
|
+\left[u_n {\bf (r)}\right]|_{\Gamma_9^{+}} =
|
|
|
+\left[u_n {\bf (r)}\right]|_{\Gamma_9^{-}} ,
|
|
|
+\label{eq:b_cond_Colomb_1}
|
|
|
+\end{equation}
|
|
|
+
|
|
|
+\noindent а, если $\left[\sigma_{n\tau} {\bf (r)} \right]|_{\Gamma_9^{+}} \geq
|
|
|
+\left[ {f | \sigma_{nn} {\bf (r)} |} \right]|_{\Gamma_9^{-}}$, то
|
|
|
+
|
|
|
+\begin{equation}
|
|
|
+\left[\sigma_{n\tau} {\bf (r)} \right] |_{\Gamma_9^{+}} \geq
|
|
|
+\left[f|\sigma_{nn} {\bf (r)}| \right] |_{\Gamma_9^{-}},\quad
|
|
|
+\left[u_n {\bf (r)}\right]|_{\Gamma_9^{+}} =
|
|
|
+\left[u_n {\bf (r)}\right]|_{\Gamma_9^{-}},
|
|
|
+\label{eq:b_cond_Colomb_2}
|
|
|
+\end{equation}
|
|
|
+
|
|
|
+\noindent где $f$ --- статический коэффициент трения, а индексы $n$ и $\tau$
|
|
|
+--- определяют направление внешней нормали и касательной к
|
|
|
+поверхности $\Gamma_9$.
|
|
|
+
|
|
|
+В случае если в слое тканого композита с поликристаллической матрицей не
|
|
|
+исключено соприкосновение волокон, вблизи мест с максимальной
|
|
|
+кривизной волокон остаются герметичные полости, незаполненные материалом
|
|
|
+матрицы. На поверхностях этих пор отсутствуют ограничения на перемещения, а
|
|
|
+сама поверхность свободна от напряжений. Граничные условия на этих поверхностях
|
|
|
+аналогичны граничным условиям \ref{eq:b_cond_free}.
|
|
|
+
|
|
|
\section{Тестирование твердотельной модели тканого композита}
|
|
|
|
|
|
\subsection{Численное решение краевой задачи упругости методом конечных
|
|
|
@@ -243,13 +288,16 @@ C_{ijkl}^{m} \left[ 1-\lambda({\bf r}) \right ] \right\}
|
|
|
расчета узловые точки <<подчиненной>> поверхности (например, принадлежащие
|
|
|
матрице) проецировались на те ближайшие конечные элементы, грани которых
|
|
|
расположены на <<главной>> поверхности, и считались принадлежащими этим
|
|
|
-элементам. Перемещения точек <подчиненной>> поверхности заменялись перемещениями
|
|
|
+элементам. Перемещения точек <<подчиненной>> поверхности заменялись перемещениями
|
|
|
их проекций на элемент <<главной>> поверхности \cite{bib:code-aster:contact}.
|
|
|
|
|
|
Модуль Юнга $E_f = 280$~ГПа и коэффициент Пуассона $\nu_f = 0{,}20$
|
|
|
волокон соответствовали данным работы \cite{bib:tarnapolsky}.
|
|
|
Упругие модули поликристаллической матрицы были выбраны следующими: $E_m
|
|
|
-= 0{,}28$~ГПа и коэффициент Пуассона $\nu_m = 0,40$.
|
|
|
+= 0{,}28$~ГПа и коэффициент Пуассона $\nu_m = 0,40$. В случае когда между волокнами
|
|
|
+присутствует контакт с трением, необходимо задать статический коэффициент трения
|
|
|
+\cite{bib:code-aster:contact}: $f = 0,12$, который соответствует случаю
|
|
|
+скольжения волокна по поверхности поликристаллической матрицы.
|
|
|
|
|
|
\subsection{Условия сходимости краевой задачи для слоя тканого композита с
|
|
|
искривленными волокнами}
|
|
|
@@ -323,7 +371,8 @@ C_{ijkl}^{m} \left[ 1-\lambda({\bf r}) \right ] \right\}
|
|
|
в таблице~\ref{tab:discr}.
|
|
|
|
|
|
\begin{table}[ht!]
|
|
|
- \caption{Параметры конечно-элементной сетки}
|
|
|
+ \caption{Параметры конечно-элементной сетки при наличии гарантированной прослойки матрицы между
|
|
|
+ волокнами основы и утка}
|
|
|
\begin{tabular}{|p{8.25cm}||>{\centering}p{3.45cm}|p{3.45cm}<{\centering}|}
|
|
|
\hline
|
|
|
& Тетраэдральные элементы & Гексаэдральные элементы \\
|
|
|
@@ -349,14 +398,63 @@ C_{ijkl}^{m} \left[ 1-\lambda({\bf r}) \right ] \right\}
|
|
|
\label{tab:discr}
|
|
|
\end{table}
|
|
|
|
|
|
+При наличии между волокнами основы и утка площадки контакта с трением необходимо дополнительное
|
|
|
+сгущение сетки матрицы в местах, находящихся вблизи участков наибольшей кривизны волокон. Параметры
|
|
|
+конечно-элементной сетки для такого случая представлены в таблице \ref{tab:discr:contact}:
|
|
|
+
|
|
|
+\begin{table}[ht]
|
|
|
+ \caption{Параметры конечно-элементной сетки при наличии контакта с трением между волокнами основы и утка}
|
|
|
+ \begin{tabular}{|p{8.25cm}||>{\centering}p{3.45cm}|p{3.45cm}<{\centering}|}
|
|
|
+ \hline
|
|
|
+ & Тетраэдральные элементы & Гексаэдральные элементы \\
|
|
|
+ \hline
|
|
|
+ \hline
|
|
|
+ Идеальная периодическая структура & 405~480 & 77~760 \\
|
|
|
+ \hline
|
|
|
+ Разрыв волокна основы & 405~480 & 75~168 \\
|
|
|
+ \hline
|
|
|
+ Разрыв волокна основы с доуплотнением & 355~341 & 75~168 \\
|
|
|
+ \hline
|
|
|
+ Разрыв волокон основы и утка & 405~480 & 72~576 \\
|
|
|
+ \hline
|
|
|
+ Разрыв волокон основы и утка с доуплотнением & 390~862 & 72~576 \\
|
|
|
+ \hline
|
|
|
+ \end{tabular}
|
|
|
+ \label{tab:discr:contact}
|
|
|
+\end{table}
|
|
|
+
|
|
|
\section{Разработка модуля расширений платформы моделирования для расчета коэффициентов
|
|
|
концентрации напряжений}
|
|
|
|
|
|
+\subsection{Алгоритм рассчета коэффициентов концентрации напряжений в слое тканого композита
|
|
|
+с искривленными волокнами}
|
|
|
+
|
|
|
+Безразмерные коэффициенты $K_{\sigma_{ij}} = \sigma_{ij}({\bf r}) /
|
|
|
+\sigma_{ij}^{per}({\bf r})$ вычислялись как отношение компонент тензора
|
|
|
+напряжений в слое модельного тканого композита с локальным дефектом к
|
|
|
+соответствующим компонентам в слое материала идеальной периодической структуры.
|
|
|
+
|
|
|
+Для расчета коэффициентов концентрации был написан пакет вспомогательных
|
|
|
+программ с использованием языка программирования Python, который является
|
|
|
+простым и, в то же время, мощным интерпретируемым объектно-ориентированным
|
|
|
+языком программирования. Он предоставляет структуры данных высокого уровня,
|
|
|
+имеет изящный синтаксис и использует динамический контроль типов, что делает
|
|
|
+его идеальным языком для быстрого написания различных приложений, работающих
|
|
|
+на большинстве распространенных платформ \cite{bib:rossum}. Для увеличения
|
|
|
+скорости обработки большого объема данных использовалась встраиваемая
|
|
|
+система управления базами данных SQLite.
|
|
|
+
|
|
|
\subsection{Схема базы данных для определения коэффициентов концентрации напряжений в
|
|
|
слое тканого композита с искривленными волокнами}
|
|
|
|
|
|
-\subsection{Алгоритм рассчета коэффициентов концентрации напряжений в слое тканого композита
|
|
|
-с искривленными волокнами}
|
|
|
+\immediate\write18{dot -Tpng -o fig/er.png er.dot}
|
|
|
+\begin{figure}[ht!]
|
|
|
+ \centering
|
|
|
+ \includegraphics[width=0.8\linewidth]{er}
|
|
|
+ \caption{ER-диаграмма базы данных для вычисления коэффициентов концентрации напряжений}
|
|
|
+ \label{fig:c2:er}
|
|
|
+\end{figure}
|
|
|
+
|
|
|
|
|
|
\section*{Выводы ко второй главе}
|
|
|
\addcontentsline{toc}{section}{Выводы ко второй главе}
|