Структурная модель пространственно и плоско армированной среды из жесткопластических анизотропных материалов с разными пределами текучести при растяжении и сжатии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Разработаны структурные модели для трехмерно армированной волокнами гибридной композитной среды и для частных двумерных задач. С их помощью можно рассчитывать поверхности и кривые текучести композиции. Учтено трехмерное напряженное состояние во всех компонентах. Материалы компонентов композиции однородны и анизотропны, их механическое поведение описывается ассоциированным законом течения для жесткопластического тела с квадратичными условиями текучести общего вида. Компоненты по разному сопротивляются растяжению и сжатию. Для выполнения построений напряжения в компонентах представлены в параметрическом виде. Рассчитаны кривые текучести для модельной армированной в плоскости композиции из ортотропных фазовых материалов. Исследовано влияние направления армирования, поперечного нормального напряжения и параметров анизотропии компонентов композиции на форму и размеры кривых текучести рассматриваемого композитного материала. Показано, что анизотропия связующего в большей степени влияет на форму и размеры поверхности текучести композиции, чем анизотропия армирующих волокон. Продемонстрировано, что пластическое течение в армированной среде ассоциировано с расчетными кривыми (поверхностями) текучести композиции. Показано, что при наличии сильно выраженной анизотропии в арматуре структурная модель с одномерным напряженным состоянием в волокнах не позволяет адекватно рассчитывать кривые и поверхности текучести композитной среды.

Об авторах

А. П. Янковский

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: lab4nemir@rambler.ru
Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Пространственно-армированные композиционные материалы: Справочник / Ю.М. Тарнопольский, И.Г. Жигун, В.А. Поляков. М.: Машиностроение. 1987. 224 с.
  2. Mohamed M.H., Bogdanovich A.E., Dickinson L.C., Singletary J.N., Lienhart R.R. A new generation of 3D woven fabric performs and composites // SAMPE J. 2001. V. 37, № 3. P. 3–17.
  3. Композиционные материалы: Справочник / В.В. Васильев и др. Под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. М.: Машиностроение. 1990. 512 с.
  4. Абросимов Н.А., Баженов В.Г. Нелинейные задачи динамики композитных конструкций. Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2002. 400 с.
  5. Соломонов Ю.С., Георгиевский В.П., Недбай А.Я., Андрюшин В.А. Прикладные задачи механики композитных цилиндрических оболочек. М.: Физматлит, 2014. 408 с.
  6. Mao-hong Yu. Advances in strength theories for materials under complex stress state in the 20th century // ASME. Appl. Mech. Rev. 2002. V. 55, № 3. P. 169–200. https://doi.org/10.1115/1.1472455
  7. Qatu M.S., Sullivan R.W., Wang W. Recent research advances on the dynamic analysis of composite shells: 2000–2009 // Compos. Struct. 2010. V. 93, № 1. P. 14–31. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2010.05.014
  8. Morinière F.D., Alderliesten R.C., Benedictus R. Modelling of impact damage and dynamics in fibre-metal laminates – A review // Int. J. Impact Eng. 2014. V. 67. P. 27–38. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2014.01.004
  9. He G., Liu Y., Hammi Y., Bammann D.J., Horstemeyer M.F. A combined viscoelasticity-viscoplasticity-anisotropic damage model with evolving internal state variables applied to fiber reinforced polymer composites // Mech. Adv. Mater. Struct. 2021. V. 28. № 17. P. 1775–1796. https://doi.org/10.1080/15376494.2019.1709673
  10. Yonezu A., Yoneda K., Hirakata H., Sakihara M., Minoshima K. A simple method to evaluate anisotropic plastic properties based on dimensionless function of single spherical indentation – Application to SiC whisker-reinforced aluminum alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2010. V. 527. № 29–30. P. 7646–7657. https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.08.014
  11. Романова Т.П., Янковский А.П. Построение кривых текучести для армированных пластин из жесткопластических разносопротивляющихся материалов при учете двумерного напряженного состояния в волокнах. I. Однонаправленное армирование // Механика композитных материалов. 2019. Т. 55, № 6. С. 1019–1042. https://doi.org/10.1007/s11029-020-09845-x
  12. Romanova T.P., Yankovskii A.P. Structural model for rigid-plastic yielding behavior of angle-ply reinforced composites of materials with different properties in tension and compression considering 2D stress state in all components // Mech. Adv. Mat. Struct. 2021. V. 28. № 20. P. 2151–2162. https://doi.org/10.1080/15376494.2020.1719561
  13. Romanova T.P., Yankovskii A.P. Structural model for spatially and flatly reinforced medium of rigid-plastic materials considering three-dimensional stress state in all components // Mech. Adv. Mat. Struct. 2022. V. 29. № 18. P. 2668–2679. https://doi.org/10.1080/15376494.2021.1873468
  14. Nemirovsky Yu.V., Resnikov B.S. On limit equilibrium of reinforced slabs and effectiveness of their reinforcement // Arch. Inż. Ląd. 1975. V. 21. № 1. P. 57–67.
  15. Mróz Z., Shamiev F.G. Simplified yield condition for fiber-reinforced plates and shells // Arch. Inż. Ląd. 1979. V. 25. № 3. P. 463–476.
  16. Ильясов М.Х., Джахангиров А.А. Гиперповерхности текучести трехслойной композитной оболочки, средний слой которой армирован волокнами // Механика композитных материалов. 2014. Т. 50. № 3. С. 487–500.
  17. Немировский Ю.В., Янковский А.П. Влияние структуры армирования на предельную нагрузку металлокомпозитных оболочек вращения // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева. Серия: механика предельного состояния. 2008. № 1 (4). С. 108–116.
  18. Кубишев И.Н. Предельная нагрузка для композитной кольцевой пластинки с разными условиями закрепления // Механика машин, механизмов и материалов. 2011. № 1 (14). С. 56–60.
  19. Джахангиров А.А. Несущая способность трехслойной волокнистой композитной кольцевой пластины, защемленной по кромкам // Механика композитных материалов. 2016. Т. 52. № 2. С. 385–398. https://doi.org/10.1007/s11029-016-9579-y
  20. Справочник по композитным материалам: В 2-х кн. Кн. 1 / Под ред. Дж. Любина. М.: Машиностроение, 1988. 448 с.
  21. Композиционные материалы. Справочник / Под ред. Д.М. Карпиноса. Киев: Наук. думка, 1985. 592 с.
  22. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. Изд. 3-е. М.: ЛЕНАНД, 2019. 752 с.
  23. Panich S., Uthaisangsuk V., Suranuntchai S., Jirathearanat S. Investigation of anisotropic plastic deformation of advanced high strength steel // Mat. Sci. Eng. A. 2014. V. 592. P. 207–220. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.11.010
  24. Yoon J.W., Lou Y., Yoon J., Glazoff M.V. Asymmetric yield function based on the stress invariants for pressure sensitive metals // Int. J. Plast. 2014. V. 56. P. 184–202. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2013.11.008
  25. Chow C.L., Jie M. Anisotropic damage-coupled sheet metal forming limit analysis // Int. J. Damage Mech. 2009. V. 18. № 4. P. 371–392. https://doi.org/10.1177/1056789508097548
  26. Rabahallaha M., Bouvier S., Balan T., Bacroix B. Numerical simulation of sheet metal forming using anisotropic strain-rate potentials // Mat. Sci. Eng. A. 2009. V. 517. № 1–2. P. 261–275. https://doi.org/10.1016/j.msea.2009.03.078
  27. Hu W. An orthotropic yield criterion in a 3-D general stress state // Int. J. Plast. 2005. V. 21. № 9. P. 1771–1796. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2004.11.004
  28. Safaei M., Lee M.-G., Zang Sh.-l., Waele W.D. An evolutionary anisotropic model for sheet metals based on non-associated flow rule approach // Comput. Mater. Sci. 2014. V. 81. P. 15–29. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2013.05.035
  29. Lee E.-H., Stoughton T.B., Yoon J.W. A yield criterion through coupling of quadratic and non-quadratic functions for anisotropic hardening with non-associated flow rule // Int. J. Plast. 2017. V. 99. P. 120–143. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2017.08.007
  30. Lou Y., Huh H., Yoon J.W. Consideration of strength differential effect in sheet metals with symmetric yield functions // Int. J. Mech. Sci. 2013. V. 66. P. 214–223. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2012.11.010
  31. Moayyedian F., Kadkhodayan M. Non-linear influence of hydrostatic pressure on the yielding of asymmetric anisotropic sheet metals // Math. Mech. Solids. 2016. V. 23. № 2. P. 1–22. https://doi.org/10.1177/1081286516675662
  32. Aravas N., Papadioti I. A non-local plasticity model for porous metals with deformation-induced anisotropy: Mathematical and computational issues // J. Mech. Phys. Solids. 2021. V. 146. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2020.104190
  33. Nizolek T.J., Pollock T.M., McMeeking R.M. Kink band and shear band localization in anisotropic perfectly plastic solids // J. Mech. Phys. Solids. 2021. V. 146. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2020.104183
  34. Rajhi W., Saanouni K., Sidhom H. Anisotropic ductile damage fully coupled with anisotropic plastic flow: Modeling, experimental validation, and application to metal forming simulation // Int. J. Damage Mech. 2014. V. 23, № 8. P. 1211–1256. https://doi.org/10.1177/1056789514524076
  35. Кристенсенс Р. Введение в механику композитов. М.: Мир, 1982. 334 с.
  36. Ванин Г.А. Микромеханика композитных материалов. Киев: Наук. думка, 1985. 304 с.
  37. Малмейстер А.К., Тамуж В.П., Тетерс Г.А. Сопротивление полимерных и композитных материалов. Рига: Зинатне, 1980. 572 с.
  38. Gibson R.F. Principles of composite material mechanics / 4rd ed. Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2015. 815 p.
  39. Романова Т.П., Янковский А.П. Построение кривых текучести для жесткопластических армированных пластин при учете двумерного напряженного состояния в волокнах // Механика композитных материалов. 2018. Т. 54. № 6. С. 1013–1044. https://doi.org/10.1007/s11029-019-9777-5
  40. Хилл Р. Математическая теория пластичности. М.: Гостехиздат, 1956. 407 с.
  41. Иванов К.М., Нестеров Н.М., Усманов Д.Б., Иванов В.Н., Бунина Н.А. Прикладная теория пластичности: учебное пособие. СПб.: Политехника, 2009. 375 с.
  42. Chakrabarty J. Applied plasticity. 2nd ed. New York: Springer, 2010. 755 p.
  43. Баландин П.П. К вопросу о гипотезах прочности // Вестник инженеров и техников. 1937. № 1. С. 19–24.
  44. Ильюшин А.А. Труды (1946–1966). Т. 2. Пластичность / Составители Е.А. Ильюшина, М.Р. Короткина. М.: Физматлит, 2004. 480 с.
  45. Romanova T.P., Yankovskii A.P. Mathematical modeling the rigid-plastic yielding behavior of fibrous flatly-reinforced composites of anisotropic materials at 2D stress state // Mech. Adv. Mater. Struct. 2023. V. 30. № 8. https://doi.org/10.1080/15376494.2022.2041774
  46. Romanova T.P., Yankovskii A.P. Load-bearing capacity of rigid-plastic reinforced shallow shells and plates // Mech. Adv. Mat. a Struct. 2022. V. 29. № 26. P. 5651–5665. https://doi.org/10.1080/15376494.2021.1961952
  47. Samarskii A.A. The theory of difference schemes. N.Y.: Marcel Dekker Inc., 2001. 761 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».