Autoref was changed, ER-diagramm was added, some refactoring
This commit is contained in:
111
c3.tex
111
c3.tex
@@ -9,21 +9,6 @@
|
||||
|
||||
\subsection{Коэффициенты концентрации напряжений}
|
||||
|
||||
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.
|
||||
|
||||
Максимальные значения коэффициентов концентрации напряжений представлены в
|
||||
таблице~\ref{tab:max_k_s1}:
|
||||
|
||||
@@ -406,14 +391,6 @@ $\sigma_{13}$ и $\sigma_{23}$ и нормальная составляющая
|
||||
\subsection{Геометрическая модель слоя тканого композита с контактом между
|
||||
волокнами}
|
||||
|
||||
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.
|
||||
|
||||
Геометрические параметры модели аналогичны указанным в
|
||||
разделе~\ref{c1:geometry}, за исключением того что расстояние между волокнами в
|
||||
точках максимальных кривизн равно нулю (рис.~\ref{fig:c3:fibers}), а в матрице,
|
||||
@@ -459,75 +436,8 @@ $\sigma_{13}$ и $\sigma_{23}$ и нормальная составляющая
|
||||
\label{fig:c3:d2d4}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
|
||||
\subsection{Постановка краевой задачи теории упругости при наличии контакта с
|
||||
трением}
|
||||
|
||||
Краевая задача теории упругости для случая когда в материале возникает контакт
|
||||
с трением между волокнами основы и утка в местах наибольших кривизн
|
||||
волокон аналогична краевой задаче \ref{eq:Eqvilibrium}~--~\ref{eq:Guck} с
|
||||
граничными условиями \ref{eq:b_cond}~--~\ref{eq:b_cond_free}, за исключением
|
||||
того, что соответствующих контактных поверхностях $\Gamma_9$
|
||||
(рис.~\ref{fig:c3:bc}) необходимо задать дополнительные граничные условия.
|
||||
|
||||
\begin{figure}[!ht]
|
||||
\centering
|
||||
\includegraphics[width=10cm]{geometry/v2/bc}
|
||||
\caption{Граничные условия краевой задачи теории упругости при наличии контакта
|
||||
с трением между волокнами}
|
||||
\label{fig:c3:bc}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
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}.
|
||||
|
||||
\subsection{Численное решение краевой задачи упругости}
|
||||
|
||||
Для численного решения задачи равнокомпонетного растяжения тканого композита с
|
||||
искривленными волокнами и поликристаллической матрицей в плоскости слоя
|
||||
необходимо задать свойства материала. Модуль Юнга $E_f
|
||||
= 280$~ГПа и коэффициент Пуассона $\nu_f = 0,20$ волокон зададим
|
||||
в соответствии с данными работы \cite{bib:tarnapolsky}, а упругие модули
|
||||
поликристаллической матрицы выберем следующими: $E_m = 0,28$~ГПа и
|
||||
коэффициент Пуассона $\nu_m = 0,40$. Так как 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.
|
||||
|
||||
Матрицу будем разбивать 14-узловыми тетраэдральными элементами
|
||||
(рис.~\ref{fig:c3:mesh:matrix}), а волокно --- 20-узловыми гексаэдральными
|
||||
элементами (рис.~\ref{fig:c3:mesh:fibers}). Степень дискретизации
|
||||
@@ -549,27 +459,6 @@ $\sigma_{13}$ и $\sigma_{23}$ и нормальная составляющая
|
||||
\label{fig:c3:mesh:fibers}
|
||||
\end{figure}
|
||||
|
||||
\begin{table}[ht]
|
||||
\caption{Параметры конечно-элементной сетки}
|
||||
\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:c3:discr}
|
||||
\end{table}
|
||||
|
||||
Решив задачу \ref{eq:Eqvilibrium}~--~\ref{eq:Koshi} с граничными условиями
|
||||
\ref{eq:b_cond}~--~\ref{eq:b_cond_Colomb_2} методом конечных элементов получим
|
||||
поля интенсивностей напряжений в искривленных нитях основы и утка слоя
|
||||
|
||||
Reference in New Issue
Block a user