Эволюция индикаторов повреждаемости при циклическом нагружении композиционной пластины с отверстием

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Разработан новый экспериментальный метод, который обеспечивает количественное описание эволюции индикаторов повреждаемости при циклическом нагружении композиционных образцов с концентраторами напряжений. Параметры повреждаемости определяются как деформационный отклик на нанесение искусственного надреза заданной длины, который распространяется от контура центрального сквозного отверстия в плоском прямоугольном образце при постоянной внешней нагрузке. По результатам испытаний восьми образцов получены текущие величины индикаторов повреждаемости на различных этапах усталостного нагружения. Эти данные выявляют зависимости искомых параметров от количества циклов нагружения. На этой основе для рассмотренного диапазона циклов построена функция накопления повреждений. Установлено, что эта функция относится к первой стадии исследуемого процесса. Полученные результаты являются необходимой основой планирования дальнейших экспериментов.

Об авторах

А. С. Дзюба

Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского

Автор, ответственный за переписку.
Email: dzuba@tsagi.ru
Россия, Жуковский, Московская обл.

С. И. Елеонский

Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского

Email: juzzepka@mail.ru
Россия, Жуковский, Московская обл.

М. Д. Зайцев

Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского

Email: zaytcev@list.ru
Республика Конго, Жуковский, Московская обл.

В. С. Писарев

Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского

Email: VSP5335@mail.ru
Россия, Жуковский, Московская обл.

Список литературы

  1. Гришин В.И., Дзюба А.С., Дударьков Ю.И. Прочность и устойчивость элементов и соединений авиационных конструкций из композитов. М.: Изд-во Физматлит, 2013. 272 с.
  2. Голован В.И., Гришин В.И., Дзюба А.С., Замула Г.Н., Лимонин М.В., Дударьков Ю.И., Писарев В.С., Балунов К.А. Проектирование, расчеты и статические испытания металлокомпозитных конструкций. М.: Техносфера, 2022. 408 с.
  3. Talreja R., Singh C.V. Damage and failure of composite materials. Cambridge University Press, 2012.
  4. Димитриенко Ю.И., Соколов А.П. Многомасштабное моделирование упругих композиционных материалов // Математическое моделирование. 2012. Т. 24. № 5. С. 3–20.
  5. Moure M.M., Sanchez-Saez S., Barbero E., Barbero E.J. Analysis of damage localization in composite laminates using a discrete damage model // Composites Part B. 2014. V. 66. P. 224–232. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2014.05.015
  6. Долгих Д.А., Ташкинов М.А. Исследование закономерностей накопления повреждений и развития расслоения в полимерных композиционных материалах на основе двухуровневых моделей разрушения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. № 4. С. 74–85. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2020.4.07
  7. Orifici A.C., Herszberg I., Thomson R.S. Review of methodologies for composite material modelling incorporating failure // Composite Structures. 2008. V. 86. № 1–3. P. 194–210. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2008.03.007
  8. Liu P., Xing L., Zheng J. Failure analysis of carbon fiber/epoxy composite cylindrical laminates using explicit finite element method // Composites Part B. 2014. V. 56. P. 54-61. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.08.017
  9. Zou Z., Reid S.R., Li S. A continuum damage model for delaminations in laminated composites // J. Mech. Phys. Solids. 2003. V. 51. № 2. P. 336–351. http://doi.org/10.1016/S0022-5096(02)00075-3
  10. Maimi P., Camanho P.P., Mayugo J.A., Davila C.G. A continuum damage model for composite laminates: Part I – Constitutive model // Mechanics of Materials. 2007. V. 39. № 10. P. 897–908. http://doi.org/10.1016/j.mechmat.2007.03.005
  11. Maimi P., Camanho P.P., Mayugo J.A., Davila C.G. A continuum damage model for composite laminates: Part II – Computational implementation and validation // Mechanics of Materials. 2007. V. 39. № 10. P. 909–919. http://doi.org/10.1016/j.mechmat.2007.03.006
  12. Liu P.F., Zheng J.Y. Progressive failure analysis of carbon fiber/epoxy composite laminates using continuum damage mechanics // Materials Science and Engineering: A. 2008. V. 485. № 1–2. P. 711–717. https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.02.023
  13. Barbero E.J., Cortes D.H. A mechanistic model for transverse damage initiation, evolution, and stiffness reduction in laminated composites // Composites Part B. 2010. V. 41. № 2. P. 124–132. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2009.10.001
  14. Swindeman M.J., Iarve E.V., Brockman R.A., Mollenhauer D.H., Hallett S.R. Strength prediction in open hole composite laminates by using discrete damage modeling // AIAA Journal. 2013. V. 51. № 4. P. 936–945. https://doi.org/10.2514/1.j051773
  15. Sun J., Huang L., Dai Y. Dynamic Response and Damage Accumulation of laminated composites under repeated low-velocity impacts // Materials. 2023. V. 16 (2). P. 778–789. https://doi.org/10.3390/ma16020778
  16. Ajaja J., Barthelat F. Damage accumulation in a carbon fiber fabric reinforced cyanate ester composite subjected to mechanical loading and thermal cycling // Composites Part B. 2016. V. 90. P. 523–529. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2015.09.054
  17. Matvienko Yu.G., Pisarev V.S., Eleonsky S.I. Evolution of fracture mechanics parameters relevant to narrow notch increment as a measure of fatigue damage accumulation // Int. J. Fatigue. 2021. V. 149. P. 106310. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2021.106310
  18. Matvienko Yu.G., Pisarev V.S., Eleonsky S.I. Low-cycle fatigue damage accumulation near the cold-expanded hole by crack compliance data // Int. J. Fatigue. 2022. V. 155. P. 106590. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2021.106590
  19. Дзюба А.С., Елеонский С.И., Писарев В.С., Яшутин А.Г. Влияние длины искусственного надреза в композиционном материале на величины индикаторов повреждаемости // Журнал Технической Физики. 2023. Т. 93. № 3. С. 371–379. https://doi.org/10.21883/JTF.2023.03.54848.272-22
  20. Pisarev V.S., Matvienko Yu.G., Eleonsky S.I., Odintsev I.N. Combining the crack compliance method and speckle interferometry data for determination of stress intensity factors and T-stresses // Eng. Fract. Mech. 2017. V. 179. P. 348–374. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2017.04.029
  21. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1979. 744 С.
  22. Москвитин В.В. Циклическое нагружение элементов конструкций. М.: Наука, 1981. 344 С.
  23. Мовчан А.А. Микромеханический подход к проблеме описания накопления анизотропных рассеянных повреждений // Изв. АН СССР. МТТ. 1990. № 3. С. 115–123.
  24. Мовчан А.А. Механика накопления рассеянных повреждений в элементах конструкций: Учеб. пособие. М.: Издательство МАИ, 1996. 64 С.
  25. Murakami S. Continuum Damage Mechanics. Dordrecht – Heidelberg – London – NY, Springer. 2012. 402 p. https://doi.org/10.1007/978-94-007-2666-6
  26. Шанявский А.А. Модели зарождения и развития усталостного разрушения под поверхностью металлов // Научный вестник МГТУ ГА. 2012. № 179. С. 32–44.
  27. Matvienko Yu.G., Pisarev V.S., Eleonsky S.I. Quantitative description of low-cycle fatigue damage accumulation in contact interaction zone by local strain evolution // Frattura ed Integrità Strutturale. 2022. V. 16. № 62. P. 541–560. https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.62.37
  28. D’Amore A., Grassia L., Ceparano A. Correlations between damage accumulation and strength degradation of fiber reinforced composites subjected to cyclic loading // Procedia Eng. 2016. V. 167. P. 97–102. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.11.674

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024