Autoref was changed, ER-diagramm was added, some refactoring

This commit is contained in:
2014-06-12 23:19:17 +06:00
parent 70ba7d7b1b
commit 90953f1eba
9 changed files with 187 additions and 160 deletions

111
c3.tex
View File

@@ -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