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