Chapter 2 was finished

This commit is contained in:
2012-09-15 20:59:45 +06:00
parent d9aa8ebb59
commit d28db9f1a2
21 changed files with 797 additions and 74 deletions

View File

@@ -108,3 +108,26 @@ Algorithm. Backgrounds.},
year = {2012},
language = {russian}
}
@ONLINE{bib:code-aster:common,
url = {http://www.code-aster.org/V2/UPLOAD/DOC/Presentation/2007_nafems.pdf},
title = {Free Software for Computational Mechanics: EDFs Choice},
author = {Christophe Durand},
year = {2007}
}
@ONLINE{bib:code-aster:presentation,
url =
{http://www.code-aster.org/V2/UPLOAD/DOC/Presentation/2008_Manchester.pdf},
title = {Analyse des Structures et Thermo-m\'{e}canique pour des \'{E}tudes
et des Recherches},
year = {2007}
}
@BOOK{bib:rossum,
author = {Г.~Россум and Ф.~Л.~Дж.~Дрейк and Д.~С.~Откидач},
title = {Язык программирования Python},
year = {2001},
pages = {454},
language = {russian}
}

528
c2.tex
View File

@@ -42,7 +42,7 @@ NUclear REactor SIMulations), предназначенного для полно
(рис.~\ref{fig:c2:regular}~б) \cite{bib:salome:geom,
bib:salome:additional_geom, bib:laduga:geom}.
\begin{figure}[h]
\begin{figure}[ht]
\centering
\includegraphics[width=17cm]{geometry/v1/regular_all}
\caption{Фрагмент слоя тканого композита с идеальной периодической структурой:
@@ -62,7 +62,7 @@ bib:salome:additional_geom, bib:laduga:geom}.
(рис.~\ref{fig:c2:two_fibers_break}), а также внутреннюю технологическую пору
(рис.~\ref{fig:c2:pore}).
\begin{figure}[h]
\begin{figure}[ht]
\centering
\includegraphics[width=17cm]{geometry/v1/d1d2}
\caption{Фрагмент тканого композита с пропуском нити без дополнительной
@@ -70,7 +70,7 @@ bib:salome:additional_geom, bib:laduga:geom}.
\label{fig:c2:fiber_skip}
\end{figure}
\begin{figure}[h!]
\begin{figure}[ht!]
\centering
\includegraphics[width=17cm]{geometry/v1/d3d6}
\caption{Фрагмент тканого композита с разрывом волокна основы без
@@ -183,7 +183,269 @@ C_{ijkl}^{m} \left[ 1-\lambda({\bf r}) \right ] \right\}
\label{eq:b_cond_free}
\end{equation}
Заменяя граничные условия \ref{eq:b_cond} граничными условиями
\section{Модели тканого композита с поликристаллической матрицей с периодическим
и квазипериодическим расположением волокон}
\subsection{Численное решение краевой задачи упругости методом конечных
элементов}
Краевая задача \eqref{eq:Eqvilibrium} -- \eqref{eq:Guck} с граничными условиями
\eqref{eq:b_cond} -- \eqref{eq:b_cond_free} решается численно методом конечных
элементов, который является одним из наиболее эффективных методов решения задач
механики деформируемого твердого тела и расчета конструкций из тканых
композитов.
Решать задачу будем с помощью некоммерческого пакета Code-Aster, входящего в
состав платформы SALOME-MECA. Этот пакет был разработан и сертифицирован
специально для французской энергетической отрасли и предназначен для задач
механики сплошных сред, термо- и гидродинамики, акустики и магнетизма,
выполнения расчетов для строительных конструкций и сооружений
\cite{bib:code-aster:common, bib:code-aster:presentation}.
Дискретизация матрицы проводилась на 14-узловые тетраэдральные элементы
(рис.~\ref{fig:elements}~а), волокно разбивалось на 20-узловые гексаэдральные
элементы (рис.~\ref{fig:elements}~б).
\begin{figure}[ht!]
\centering
\includegraphics[width=8cm]{elements}
\caption{Пример конечных элементов: а) тетраэдральный, б) гексаэдральный}
\label{fig:elements}
\end{figure}
На рис.~\ref{fig:mesh:matrix} представлена конечно-элементная сетка фрагмента
матрицы слоя модельного тканого композита полотняного переплетения.
Конечно-элементная сетка волокон представлена на рис.~\ref{fig:mesh:fibers}.
Степень дискретизации выбиралась таким образом, чтобы чтобы полученные значения
структурных перемещений, деформаций и напряжений в слое тканого композита без
локальных дефектов и с несовершенствами ни качественно, ни количественно не
изменялись при уменьшении характерных размеров конечных элементов.
Из таблицы~{\ref{tab:convergence}}, в которой показана зависимость максимальных
интенсивностей напяжений от количества конечных элементов, видно, что
расхождение между двумя последними строками не превышает $1\%$. Это говорит о
достаточной степени дискретизации модели.
\begin{figure}[ht!]
\centering
\includegraphics[width=17cm]{mesh/v1/matrix}
\caption{Пример дискретизации матрицы}
\label{fig:mesh:matrix}
\end{figure}
\begin{figure}[ht!]
\centering
\includegraphics[width=17cm]{mesh/v1/fibers}
\caption{Пример дискретизации волокон}
\label{fig:mesh:fibers}
\end{figure}
\begin{table}[ht!]
\caption{Зависимость максимальных интенсивностей напряжений от количества
\newline конечных элементов}
\begin{tabular}{|c|c||c|c||c|c|}
\hline
\multicolumn{2}{|p{5cm}||}{Идеальная периодическая структура}&
\multicolumn{2}{|p{5cm}||}{Тунельная пора}&
\multicolumn{2}{|p{5cm}|}{Туннельная пора, доуплотненная матрицей} \\
\hline
$C$ & $\sigma_{max}$ & $C$ & $\sigma_{max}$ & $C$ & $\sigma_{max}$ \\
\hline
\hline
218 207 & 33.6 & 213 381 & 38.0 & 194 196 & 37.9 \\
\hline
271 644 & 32.0 & 261 695 & 36.2 & 241 932 & 36.0 \\
\hline
365 283 & 31.1 & 345 396 & 35.2 & 326 327 & 35.2 \\
\hline
427 855 & 31.2 & 402 304 & 35.4 & 382 954 & 35.3 \\
\hline
\end{tabular}
\label{tab:convergence}
\end{table}
Параметры конечно-элементной сетки, удовлетворяющие условиям неизменности
качественных и количественных характеристик для моделей с различными видами
дефектов, а также для модели с идеальной периодической структурой представлены
в таблице~\ref{tab:discr}.
\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 & 298 255 & 77 760 \\
\hline
Тунельная пора & 285 664 & 69 984 \\
\hline
Туннельная пора с доуплотнением & 266 314 & 69 984 \\
\hline
Разрыв волокна основы & 285 466 & 75 168 \\
\hline
Разрыв волокна основы с доуплотнением & 296 499 & 75 168 \\
\hline
Разрыв волокон основы и утка & 279 276 & 72 576 \\
\hline
Разрыв волокон основы и утка с доуплотнением & 276 175 & 72 576 \\
\hline
Внутренняя технологическая пора & 287 934 & 77 760 \\
\hline
\end{tabular}
\label{tab:discr}
\end{table}
Модуль Юнга $E_f = 280$~ГПа и коэффициент Пуассона $\nu_f = 0{,}20$
волокон соответствовали данным работы \cite{bib:tarnapolsky}.
Упругие модули поликристаллической матрицы были выбраны следующими: $E_m
= 0{,}28$~ГПа и коэффициент Пуассона $\nu_m = 0,40$.
Распределения интесивностей напряжений в слое тканого композита с идеальной
периодической структурой, полученные в ходе решения задачи показаны на
рис.~\ref{fig:vmis_v1_s1}.
\begin{figure}[ht]
\includegraphics[width=15cm]{vmis_v1_s1}
\caption{Поля интенсивности напряжений в слое тканого композита с идеальной
периодической структурой}
\label{fig:vmis_v1_s1}
\end{figure}
Из рисунка видно, что распределение искомых полей в рассматриваемом случае
удовлетворяют условиям симметрии и периодичности геометрической модели и
приложенной внешней нагрузке, что говорит о корректно построенной
геометрической модели и корректности полученного численного решенеия.
Максимальных значений интенсивность напряжений достигает в местах наибольшей
кривизны волокон.
\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 деальным языком для быстрого написания различных приложений, работающих
на большинстве распространенных платформ \cite{bib:rossum}.
Максимальные значения коэффициентов концентрации напряжений представлены в
таблице~\ref{tab:max_k_s1}:
\begin{table}[ht]
\centering
\caption{Максимальные коэффициенты концентрации напряжений в слое тканого
композита}
\begin{tabular}{|p{8cm}||c|c|c|c|c|c|}
\hline
& $K_{\sigma_{11}}$
& $K_{\sigma_{22}}$
& $K_{\sigma_{33}}$
& $K_{\sigma_{12}}$
& $K_{\sigma_{13}}$
& $K_{\sigma_{23}}$ \\
\hline
\hline
Пропуск волокна основы
& $1{,}34$ & $2{,}11$ & $1{,}53$ & $1{,}36$ & ${\bf 2{,}50}$ & $1{,}42$ \\
\hline
Пропуск волокна основы (доуплотнение)
& $1{,}28$ & $1{,}77$ & $1{,}31$ & $1{,}29$ & ${\bf 2{,}43}$ & $1{,}23$ \\
\hline
\hline
Разрыв нити основы
& $1{,}29$ & $1{,}63$ & $1{,}30$ & $1{,}25$ & ${\bf 2{,}31}$ & $1{,}44$ \\
\hline
Разрыв нити основы (доуплотнение)
& $1{,}26$ & $1{,}49$ & $1{,}27$ & $1{,}25$ & ${\bf 2{,}20}$ & $1{,}32$ \\
\hline
\hline
Разрыв нитей основы и утка
& $1{,}50$ & $1{,}92$ & $1{,}56$ & $1{,}58$ & ${\bf 2{,}53}$ & $1{,}70$ \\
\hline
Разрыв нитей основы и утка (доуплотнение)
& $1{,}35$ & $1{,}68$ & $1{,}41$ & $1{,}41$ & ${\bf 2{,}21}$ & $1{,}50$ \\
\hline
\hline
Внутренняя пора
& $1{,}31$ & $1{,}93$ & $1{,}35$ & ${\bf 4{,}38}$ & $1{,}73$ & ${\bf 4{,}56}$\\
\hline
\end{tabular}
\label{tab:max_k_s1}
\end{table}
Как видно из таблицы, наибольший вклад в коэффициенты концентрации для всех
типов дефектов кроме внутренней технологической поры вносит касательная
составляющая тензора напряжений $\sigma_{13}$, её значение в модели с
дефектом более чем в $2$ раза превышает соответствующее значение в идеальной
периодической модели. В случае внутренней технологической поры значения
коэффициентов концентраций превышают $4$ и соответствуют касательным
составляющим тензора напряжений $\sigma_{12}$ и $\sigma_{23}$.
На рис.~\ref{fig:k_d1d2_s1}~--~\ref{fig:k_d5_s1} показаны распределения
коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в слое тканого композита с
искривленными волокнами и поликристалической матрицей при наличии различных
типов технологических дефектов и с учётом дополнительной пропитки композита
материалом матрицы. Расположение областей, в которых интенсивность напряжений
достигает максимальных значений в местах, где искривленные волокна основы или
утка имеют наибольшую кривизну, строго периодично. Исключение составляют
области, расположенные вблизи локальных дефектов, где интенсивности напряжений
превышают соответствующие интенсивности напряжений определенное для композита
идеальной периодической структуры в $1{,}2$ раза для случаев разрыва волокна
основы и внутренней технологической поры, в $1{,}4$ раза для случая пропуска
волокна основы и в $1{,}5$ раз для одновременного разрыва волокон основы и
утка. При этом, в случае пропуска волокна основы или разрыва волокон основы и
утка, значение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений может быть
снижено до $1{,}3$ с помощью дополнительных операций доуплотнения
поликристаллической матрицы.
\begin{figure}[ht!]
\includegraphics[width=17cm]{concentrators/v1/scheme1/d1d2}
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
слое тканого композита с пропуском волокна основы~(а) и с учётом
доуплотнения~(б)}
\label{fig:k_d1d2_s1}
\end{figure}
\pagebreak
\begin{figure}[ht!]
\includegraphics[width=17cm]{concentrators/v1/scheme1/d3d6}
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
слое тканого композита с разрывом волокна основы~(а) и с учётом
доуплотнения~(б)}
\label{fig:k_d3d6_s1}
\end{figure}
\begin{figure}[ht!]
\includegraphics[width=17cm]{concentrators/v1/scheme1/d4d7}
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
слое тканого композита с разрывом волокон основы и утка~(а) и с учётом
доуплотнения~(б)}
\label{fig:k_d4d7_s1}
\end{figure}
\pagebreak
\begin{figure}[ht!]
\centering
\includegraphics[width=10cm]{concentrators/v1/scheme1/d5}
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
слое тканого композита с внутренней технологической порой}
\label{fig:k_d5_s1}
\end{figure}
\subsection{Коэффициенты концентрации напряжений при чистом сдвиге}
Если в краевой задаче \eqref{eq:Eqvilibrium} -- \eqref{eq:Guck} заменить
граничные условия \ref{eq:b_cond} граничными условиями
\begin{equation}
\begin{array}{c}
@@ -198,7 +460,126 @@ C_{ijkl}^{m} \left[ 1-\lambda({\bf r}) \right ] \right\}
\label{eq:b_cond:s2}
\end{equation}
\noindent получим задачу на чистый сдвиг, а при замене граничными условиями
\noindent получим задачу на чистый сдвиг, решив которую получим распределение
интенсивностей напряжений, показанных на рис.~\ref{fig:vmis_v1_s2}.
\begin{figure}[ht]
\includegraphics[width=15cm]{vmis_v1_s2}
\caption{Поля интенсивности напряжений в слое тканого композита с идеальной
периодической структурой при чистом сдвиге}
\label{fig:vmis_v1_s2}
\end{figure}
Максимальные значения коэффициентов концентрации напряжений в слое тканного
композита с искривленными волокнами и поликристаллической матрицей при наличии
различных технологических дефектов под воздействием сдвиговых
нагрузок представлены в таблице~\ref{tab:max_k_s2}:
\begin{table}[ht!]
\centering
\caption{Максимальные коэффициенты концентрации напряжений в слое тканого
композита при чистом сдвиге}
\begin{tabular}{|p{8cm}||c|c|c|c|c|c|}
\hline
& $K_{\sigma_{11}}$
& $K_{\sigma_{22}}$
& $K_{\sigma_{33}}$
& $K_{\sigma_{12}}$
& $K_{\sigma_{13}}$
& $K_{\sigma_{23}}$ \\
\hline
\hline
Пропуск волокна основы
& $1{,}24$ & $1{,}31$ & $\bf2{,}30$ & $1{,}36$ & $\bf2{,}02$ & $1{,}52$ \\
\hline
Пропуск волокна основы (доуплотнение)
& $1{,}22$ & $1{,}27$ & $\bf2{,}14$ & $1{,}30$ & $\bf2{,}13$ & $1{,}55$ \\
\hline
\hline
Разрыв нити основы
& $1{,}25$ & $1{,}27$ & $\bf2{,}38$ & $1{,}29$ & $\bf1{,}97$ & $1{,}59$ \\
\hline
Разрыв нити основы (доуплотнение)
& $1{,}23$ & $1{,}25$ & $\bf2{,}03$ & $1{,}35$ & $\bf1{,}89$ & $1{,}52$ \\
\hline
\hline
Разрыв нитей основы и утка
& $1{,}60$ & $1{,}56$ & $\bf3{,}28$ & $1{,}95$ & $\bf2{,}42$ & $2{,}01$ \\
\hline
Разрыв нитей основы и утка (доуплотнение)
& $1{,}48$ & $1{,}45$ & $\bf2{,}59$ & $1{,}76$ & $\bf2{,}17$ & $1{,}82$ \\
\hline
\hline
Внутренняя пора
& $1{,}19$ & $1{,}28$ & $\bf4{,}90$ & $\bf4{,}80$ & $1{,}30$ & $\bf5{,}04$\\
\hline
\end{tabular}
\label{tab:max_k_s2}
\end{table}
Из таблицы видно, что в случае приложения сдвиговых нагрузок к
фрагменту композита с локальными технологическими дефектами максимальные
значения принимают коэффициенты концентрации касательной составляющей
$\sigma_{13}$ и нормальной составляющей $\sigma_{33}$ компонент тензор
напряжений. Для фрагмента с внутренней технологической порой максимальный вклад
в коэффициенты концентрации напряжений вносят касательные составляющие
$\sigma_{12}$ и $\sigma_{23}$ и нормальная составляющая $\sigma_{33}$ тензора
напряжений.
На рис.~\ref{fig:k_d1d2_s2}~--~\ref{fig:k_d5_s2} показаны распределения
коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в слое тканого композита с
искривленными волокнами и поликристалической матрицей при наличии различных
типов технологических дефектов и с учётом дополнительной пропитки композита
материалом матрицы под воздействием сдвиговых нагрузок. Вблизи локальных
дефектов интенсивности напряжений превышают соответствующие интенсивности
напряжений определенное для композита идеальной периодической структуры в
$1{,}2$ раза при наличии внутренней технологической поры, в $1{,}3$ раза для
слчая пропуска или разрыва волокна основы и в $1{,}6$ раз для одновременного
разрыва волокон основы и утка. При этом, в случае разрыва волокна основы
или волокон основы и утка, значение коэффициентов концентрации интенсивностей
напряжений ожет быть снижено до $1{,}2$ и $1{,}5$ соответственно, с помощью
дополнительных операций доуплотнения поликристаллической матрицы.
\pagebreak
\begin{figure}[ht!]
\includegraphics[width=17cm]{concentrators/v1/scheme2/d1d2}
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
слое тканого композита с пропуском волокна основы~(а) и с учётом
доуплотнения~(б) при чистом сдвиге}
\label{fig:k_d1d2_s2}
\end{figure}
\begin{figure}[ht!]
\includegraphics[width=17cm]{concentrators/v1/scheme2/d3d6}
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
слое тканого композита с разрывом волокна основы~(а) и с учётом
доуплотнения~(б) при чистом сдвиге}
\label{fig:k_d3d6_s2}
\end{figure}
\pagebreak
\begin{figure}[ht!]
\includegraphics[width=17cm]{concentrators/v1/scheme2/d4d7}
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
слое тканого композита с разрывом волокон основы и утка~(а) и с учётом
доуплотнения~(б) при чистом сдвиге}
\label{fig:k_d4d7_s2}
\end{figure}
\begin{figure}[ht!]
\centering
\includegraphics[width=10cm]{concentrators/v1/scheme2/d5}
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
слое тканого композита с внутренней технологической порой при чистом сдвиге}
\label{fig:k_d5_s2}
\end{figure}
\subsection{Коэффициенты концентрации напряжений при одноосном растяжении}
В случае, если граничные условия \ref{eq:b_cond} в краевой задаче
\eqref{eq:Eqvilibrium} -- \eqref{eq:Guck} будут принимать вид
\begin{equation}
\begin{array}{c}
@@ -214,9 +595,138 @@ C_{ijkl}^{m} \left[ 1-\lambda({\bf r}) \right ] \right\}
\end{equation}
\noindent получим задачу на одноосное растяжение слоя тканого композита в
направлении, соответсвующем направлению утка.
направлении, соответствующем направлению утка.
\section{Модели тканого композита с поликристаллической матрицей с периодическим
и квазипериодическим расположением волокон}
Решив задачу \eqref{eq:Eqvilibrium} -- \eqref{eq:Guck} с граничными условиями
\ref{eq:b_cond_ideal} -- \ref{eq:b_cond_free} и \ref{eq:b_cond:s3} методом
конечных элементов, получим распределение интенсивности напряжений
(рис.~\ref{fig:vmis_v1_s3}) и максимальные значения коэффициентов концентрации
напряжений (таблица~\ref{tab:max_k_s3}).
\section{Выводы ко второй главе}
\begin{figure}[ht]
\includegraphics[width=15cm]{vmis_v1_s3}
\caption{Поля интенсивности напряжений в слое тканого композита с идеальной
периодической структурой при одноосном растяжении}
\label{fig:vmis_v1_s3}
\end{figure}
\begin{table}[ht!]
\centering
\caption{Максимальные коэффициенты концентрации напряжений в слое тканого
композита при одноосном растяжении}
\begin{tabular}{|p{8cm}||c|c|c|c|c|c|}
\hline
& $K_{\sigma_{11}}$
& $K_{\sigma_{22}}$
& $K_{\sigma_{33}}$
& $K_{\sigma_{12}}$
& $K_{\sigma_{13}}$
& $K_{\sigma_{23}}$ \\
\hline
\hline
Пропуск волокна основы
&$1{,}26$ & $1{,}39$ & $\bf2{,}14$ & $1{,}36$ & $\bf2{,}66$ & $\bf2{,}64$\\
\hline
Пропуск волокна основы (доуплотнение)
&$1{,}24$ & $1{,}34$ & $\bf2{,}10$ & $1{,}29$ & $\bf2{,}75$ & $\bf3{,}00$\\
\hline
\hline
Разрыв нити основы
&$1{,}26$ & $1{,}36$ & $\bf1{,}92$ & $1{,}27$ & $\bf2{,}50$ & $\bf2{,}01$\\
\hline
Разрыв нити основы (доуплотнение)
&$1{,}24$ & $1{,}35$ & $\bf1{,}87$ & $1{,}35$ & $\bf2{,}41$ & $\bf2{,}81$\\
\hline
\hline
Разрыв нитей основы и утка
&$1{,}43$ & $1{,}73$ & $\bf2{,}06$ & $1{,}46$ & $\bf2{,}66$ & $\bf2{,}17$\\
\hline
Разрыв нитей основы и утка (доуплотнение)
&$1{,}31$ & $1{,}55$ & $\bf1{,}91$ & $1{,}32$ & $\bf2{,}45$ & $\bf2{,}91$\\
\hline
\hline
Внутренняя пора
& $1{,}23$ & $1{,}39$ & $1{,}62$ & $\bf4{,}59$ & $1{,}40$ & $1{,}46$ \\
\hline
\end{tabular}
\label{tab:max_k_s3}
\end{table}
Из таблицы \ref{tab:max_k_s3} можно заметить, что наибольший вклад в
коэффициенты концентраций вносят касательные составляющие тензора напряжений
$\sigma_{13}$ и $\sigma_{23}$ и нормальная составляющая $\sigma_{33}$.
Исключение составляет случай, когда в слое тканого композита присутствует
внутренняя технологическая пора. В этом случае значение касательной
компоненты тензора напряжений превышает соответсвующее значение в и деальной
периодической структуре в $4{,}59$ раз.
Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в слое
тканого композита с искривленными волокнами и поликристалической матрицей при
наличии различных типов технологических дефектов и с учётом дополнительной
пропитки композита материалом матрицы под воздействием сдвиговых нагрузок
представлены на рис.~\ref{fig:k_d1d2_s3}~--~\ref{fig:k_d5_s3}.
\pagebreak
\begin{figure}[ht!]
\includegraphics[width=17cm]{concentrators/v1/scheme3/d1d2}
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
слое тканого композита с пропуском волокна основы~(а) и с учётом
доуплотнения~(б) при одноосном растяжении}
\label{fig:k_d1d2_s3}
\end{figure}
\begin{figure}[ht!]
\includegraphics[width=17cm]{concentrators/v1/scheme3/d3d6}
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
слое тканого композита с разрывом волокна основы~(а) и с учётом
доуплотнения~(б) при одноосном растяжении}
\label{fig:k_d3d6_s3}
\end{figure}
\pagebreak
\begin{figure}[ht!]
\includegraphics[width=17cm]{concentrators/v1/scheme3/d4d7}
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
слое тканого композита с разрывом волокон основы и утка~(а) и с учётом
доуплотнения~(б) при одноосном растяжении}
\label{fig:k_d4d7_s3}
\end{figure}
\begin{figure}[ht!]
\centering
\includegraphics[width=10cm]{concentrators/v1/scheme3/d5}
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
слое тканого композита с внутренней технологической порой при одноосном
растяжении}
\label{fig:k_d5_s3}
\end{figure}
Из рисунков видно что вблизи локальных дефектов интенсивности напряжений
превышают соответствующие интенсивности напряжений определенное для композита
идеальной периодической структуры в $1{,}2$ раза при наличии внутренней
технологической поры или разрыва волокна основы, в $1{,}3$ раза для слчая
пропуска или разрыва волокна основы и в $1{,}4$ раз для одновременного
разрыва волокон основы и утка. При этом, в случае пропуска или разрыва волокна
основы, значение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений может быть
снижено до $1{,}2$ и $1{,}3$ соответственно, с помощью дополнительных операций
доуплотнения поликристаллической матрицы.
\section*{Выводы ко второй главе}
\addcontentsline{toc}{section}{Выводы ко второй главе}
\begin{enumerate}
\item Построена твердотельная модель фрагмента слоя тканого композита с
искривленными волокнами и поликристалической матрицей с идеальной
периодической структурой и локальными технологическими дефектами, такими как
пропуск волокна основы, разрыв волокна основы, разрыв волокон основы и утка и
внутренняя технологическая пора.
\item Получены численные решения краевых задач на двухосное растяжение в
плоскости слоя, чистый сдвиг и одноосное растяжение в направлении утка.
\item Вычислены безразмерные коэффициенты концентрации напряжений, вызванные
наличием локальных технологическх дефектов в виде пропуска волокна основы,
разрыва волокна основы, разрыва волокон основы и утка, а также внутренней
технологической поры.
\item Определены механизмы инициирующие разрушение матрицы.
\end{enumerate}

49
c3.tex
View File

@@ -42,16 +42,6 @@ f | \sigma_{nn} {\bf (r)} | \right ] |_{\Gamma_9^{-}}, \quad
исключается соприкосновение волокон. Это герметичные полости, недоступные
для материала матрицы,
Краевая задача \eqref{eq:Eqvilibrium}--\eqref{eq:Guck} с
граничными условиями \eqref{eq:b_cond}---\eqref{eq:b_cond_free}
решается численно методом конечных элементов в некоммерческом пакете
Code-Aster, входящим в платформу SALOME--MECA. Этот пакет был разработан
и сертифицирован специально для французской энергетической отрасли и
предназначен для задач механики сплошных сред, термо- и гидродинамики, акустики
и магнетизма, выполнения расчетов для строительных конструкций и сооружений.
\begin{figure}[!ht]
\centering
% \includegraphics[width=0.83\linewidth]{img/matrix}
@@ -59,45 +49,6 @@ Code-Aster, входящим в платформу SALOME--MECA. Этот пак
\label{fig:matrix}
\end{figure}
Дискретизация фрагмента проводилась на 16-узловые тетераэдральные и
20-узловые гексаэдральные изопараметрические элементы. На
рис.~\ref{fig:matrix} представлена дискретизация области матрицы слоя
модельного тканого композита полотняного плетения. Степень
дискретизации выбиралась таким образом, чтобы сетка сгущалась в областях,
имеющих наибольшую кривизну и располагающихся вблизи поверхности контакта
нитей, а также в местах расположения внутренни технологических пор. Полученные
в результате численного решения значения структурных перемещений, деформаций
и напряжений в слое тканого композита без локальных дефектов и с
несовершенствами ни качественно, ни количественно не изменялись при
уменьшении характерных размеров конечных элементов. Этим условиям
удовлетворяют конечноэлементные сетки, параметры которых представлены
в табл.~\ref{tab:discr}. Значения, стоящие в числителе, соответствуют
случаю, когда каждая нить армирующего каркаса окружена гарантированным
слоем матрицы, а в знаменателе --- случаю, когда нити основы и утка имеют
общую поверхность контакта с трением.
\begin{table}[htp]
\centering
\caption{Параметры конечноэлементной сетки}
\begin{tabular}{l||c|c}
\hline
& Тетраэдральные & Гексаэдральные \\
& элементы & элементы \\
\hline
\hline
Идеальная структура & $\frac{298~255} {405~480}$ & $\frac{77~760} {77~760}$
\\
\hline
Разрыв волокна основы & $\frac{285~466} {405~480}$ & $\frac{75~168}
{75~168}$ \\
\hline
Разрыв волокон основы и утка & $\frac{279~276} {405~480}$ & $\frac{72~576}
{72~576}$ \\
\hline
\end{tabular}
\label{tab:discr}
\end{table}
На рис.~\ref{fig:sigma} показаны распределения интенсивностей напряжений
в искривленных нитях основы и утка при равнокомпонентном двухосном
однородном деформировании слоя модельного тканого композита

View File

@@ -88,10 +88,10 @@ ReadWrite=true
[item:bibliography.bib]
archive=true
column=15
column=11
encoding=UTF-8
highlight=BibTeX
line=34
line=127
mode=BibTeX
open=true
order=3
@@ -101,27 +101,27 @@ archive=true
column=0
encoding=UTF-8
highlight=LaTeX
line=6
line=427
mode=LaTeX
open=true
order=4
[item:c2.tex]
archive=true
column=12
column=60
encoding=UTF-8
highlight=LaTeX
line=73
line=730
mode=LaTeX
open=true
order=5
[item:c3.tex]
archive=true
column=43
column=0
encoding=UTF-8
highlight=LaTeX
line=4
line=1
mode=LaTeX
open=true
order=6
@@ -161,32 +161,32 @@ archive=true
column=0
encoding=UTF-8
highlight=LaTeX
line=9
line=23
mode=LaTeX
open=true
order=0
[view-settings,view=0,item:bibliography.bib]
CursorColumn=15
CursorLine=34
CursorColumn=11
CursorLine=127
JumpList=
ViMarks=
[view-settings,view=0,item:c1.tex]
CursorColumn=0
CursorLine=6
CursorLine=427
JumpList=
ViMarks=
[view-settings,view=0,item:c2.tex]
CursorColumn=12
CursorLine=73
CursorColumn=60
CursorLine=730
JumpList=
ViMarks=
[view-settings,view=0,item:c3.tex]
CursorColumn=43
CursorLine=4
CursorColumn=0
CursorLine=1
JumpList=
ViMarks=
@@ -204,6 +204,6 @@ ViMarks=
[view-settings,view=0,item:stress_concentartors.tex]
CursorColumn=0
CursorLine=9
CursorLine=23
JumpList=
ViMarks=

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 584 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 589 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 608 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 595 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 601 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 620 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 580 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 623 KiB

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 626 KiB

BIN
fig/elements.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 11 KiB

237
fig/elements.svg Normal file
View File

@@ -0,0 +1,237 @@
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!-- Created with Inkscape (http://www.inkscape.org/) -->
<svg
xmlns:dc="http://purl.org/dc/elements/1.1/"
xmlns:cc="http://creativecommons.org/ns#"
xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"
xmlns:svg="http://www.w3.org/2000/svg"
xmlns="http://www.w3.org/2000/svg"
xmlns:sodipodi="http://sodipodi.sourceforge.net/DTD/sodipodi-0.dtd"
xmlns:inkscape="http://www.inkscape.org/namespaces/inkscape"
width="419.21429"
height="178.63957"
id="svg2"
version="1.1"
inkscape:version="0.48.3.1 r9886"
sodipodi:docname="elements.svg"
inkscape:export-filename="/home/denis/Documents/diser/disser_text/fig/elements.png"
inkscape:export-xdpi="90"
inkscape:export-ydpi="90">
<defs
id="defs4">
<inkscape:path-effect
effect="spiro"
id="path-effect3845"
is_visible="true" />
<inkscape:path-effect
effect="spiro"
id="path-effect3841"
is_visible="true" />
<inkscape:path-effect
effect="spiro"
id="path-effect3837"
is_visible="true" />
<inkscape:path-effect
effect="spiro"
id="path-effect3833"
is_visible="true" />
<inkscape:path-effect
effect="spiro"
id="path-effect3829"
is_visible="true" />
<inkscape:path-effect
effect="spiro"
id="path-effect3825"
is_visible="true" />
<inkscape:path-effect
effect="spiro"
id="path-effect3011"
is_visible="true" />
<inkscape:path-effect
effect="spiro"
id="path-effect3007"
is_visible="true" />
<inkscape:path-effect
effect="spiro"
id="path-effect3003"
is_visible="true" />
<inkscape:path-effect
effect="spiro"
id="path-effect2999"
is_visible="true" />
<inkscape:path-effect
effect="spiro"
id="path-effect2995"
is_visible="true" />
<inkscape:path-effect
effect="spiro"
id="path-effect2991"
is_visible="true" />
<inkscape:path-effect
effect="spiro"
id="path-effect2987"
is_visible="true" />
</defs>
<sodipodi:namedview
id="base"
pagecolor="#ffffff"
bordercolor="#666666"
borderopacity="1.0"
inkscape:pageopacity="0.0"
inkscape:pageshadow="2"
inkscape:zoom="0.7"
inkscape:cx="-129.29677"
inkscape:cy="32.893769"
inkscape:document-units="px"
inkscape:current-layer="layer1"
showgrid="false"
fit-margin-top="0"
fit-margin-left="0"
fit-margin-right="0"
fit-margin-bottom="0"
inkscape:window-width="1600"
inkscape:window-height="839"
inkscape:window-x="-2"
inkscape:window-y="-3"
inkscape:window-maximized="1" />
<metadata
id="metadata7">
<rdf:RDF>
<cc:Work
rdf:about="">
<dc:format>image/svg+xml</dc:format>
<dc:type
rdf:resource="http://purl.org/dc/dcmitype/StillImage" />
<dc:title></dc:title>
</cc:Work>
</rdf:RDF>
</metadata>
<g
inkscape:label="Layer 1"
inkscape:groupmode="layer"
id="layer1"
transform="translate(-123.42857,-98.290753)">
<g
id="g3855"
transform="translate(0,-4.9713954)">
<path
sodipodi:nodetypes="cscscsc"
inkscape:connector-curvature="0"
inkscape:original-d="m 124.28571,226.6479 c 0,0 9.56549,-45.8313 22.85715,-64.28572 16.25627,-22.57055 65.71428,-51.42857 65.71428,-51.42857 0,0 2.2116,42.99838 5.71429,64.28572 3.66836,22.29418 15.71428,66.42857 15.71428,66.42857 0,0 -42.21947,-3.50916 -61.07143,-6.07143 -17.8214,-2.4222 -48.92857,-8.92857 -48.92857,-8.92857 z"
inkscape:path-effect="#path-effect2987"
id="path2985"
d="m 124.28571,226.6479 c 2.02424,-22.89879 9.97096,-45.24896 22.85715,-64.28572 15.84753,-23.41156 39.18026,-41.67196 65.71428,-51.42857 0.40596,21.52671 2.31691,43.02491 5.71429,64.28572 3.59369,22.48935 8.85083,44.71271 15.71428,66.42857 -20.43443,-1.10703 -40.81902,-3.13356 -61.07143,-6.07143 -16.41075,-2.38058 -32.73471,-5.35941 -48.92857,-8.92857"
style="fill:none;stroke:#000000;stroke-width:1px;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;stroke-opacity:1" />
<path
sodipodi:nodetypes="cscsc"
inkscape:connector-curvature="0"
inkscape:original-d="m 212.5,109.86218 c 0,0 13.27981,26.81648 19.64286,40.35714 4.16933,8.87239 12.14285,26.78572 12.14285,26.78572 0,0 0.24471,18.89522 -1.07142,28.21428 -1.73218,12.26496 -8.92858,36.07143 -8.92858,36.07143"
inkscape:path-effect="#path-effect3003"
id="path3001"
d="m 212.5,109.86218 c 6.7693,13.34297 13.31811,26.7978 19.64286,40.35714 4.14412,8.8844 8.19206,17.81367 12.14285,26.78572 0.4745,9.41183 0.1155,18.86554 -1.07142,28.21428 -1.56363,12.31581 -4.56671,24.44826 -8.92858,36.07143"
style="fill:none;stroke:#000000;stroke-width:1px;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;stroke-opacity:1" />
<path
sodipodi:nodetypes="csc"
inkscape:connector-curvature="0"
inkscape:original-d="m 244.28571,177.36218 c 0,0 -8.7559,0.69307 -14.10713,1.33929 -2.74137,0.33105 -11.07144,1.78571 -11.07144,1.78571"
inkscape:path-effect="#path-effect3007"
id="path3005"
d="m 244.28571,177.36218 c -4.71656,0.27492 -9.4231,0.72175 -14.10713,1.33929 -3.70662,0.48868 -7.39914,1.08425 -11.07144,1.78571"
style="fill:none;stroke:#000000;stroke-width:1px;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;stroke-opacity:1" />
<path
sodipodi:nodetypes="csc"
inkscape:connector-curvature="0"
inkscape:original-d="m 123.92857,225.93361 c 0,0 32.15673,-21.7502 49.64286,-30 C 188.1796,189.04161 -1845906900,3681813900 219.55357,180.39789"
inkscape:path-effect="#path-effect3011"
id="path3009"
d="m 123.92857,225.93361 c 15.284,-11.91556 31.98693,-22.00942 49.64286,-30 14.76355,-6.68157 30.19149,-11.89412 45.98214,-15.53572"
style="fill:none;stroke:#000000;stroke-width:1;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;stroke-miterlimit:4;stroke-opacity:1;stroke-dasharray:4, 4;stroke-dashoffset:0" />
</g>
<text
xml:space="preserve"
style="font-size:40px;font-style:normal;font-weight:normal;line-height:125%;letter-spacing:0px;word-spacing:0px;fill:#000000;fill-opacity:1;stroke:none;font-family:Sans"
x="99.285713"
y="293.79074"
id="text3781"
sodipodi:linespacing="125%"><tspan
sodipodi:role="line"
id="tspan3783"
x="99.285713"
y="293.79074"></tspan></text>
<g
id="g3847"
transform="translate(-30.714286,21.428571)">
<path
sodipodi:nodetypes="cscscscsc"
inkscape:connector-curvature="0"
inkscape:original-d="m 355.35714,121.29076 c 0,0 -7.61845,34.9365 -8.92857,50.35714 -1.2738,14.99315 3.57143,45 3.57143,45 0,0 46.53935,4.82711 75.35714,4.64285 31.68839,-0.20262 106.07143,-6.07143 106.07143,-6.07143 0,0 -5.52243,-25.87391 -4.28571,-39.28571 1.70764,-18.51879 3.92857,-57.14286 3.92857,-57.14286 0,0 -81.99204,5.2246 -110.35714,5.71429 -33.68777,0.58158 -65.35715,-3.21428 -65.35715,-3.21428 z"
inkscape:path-effect="#path-effect3825"
id="path3823"
d="m 355.35714,121.29076 c -5.22944,16.28039 -8.24201,33.27127 -8.92857,50.35714 -0.60559,15.07079 0.5962,30.2134 3.57143,45 25.02239,2.7848 50.18215,4.33493 75.35714,4.64285 35.44082,0.43349 70.91155,-1.59682 106.07143,-6.07143 -2.37346,-12.96903 -3.80702,-26.10998 -4.28571,-39.28571 -0.69448,-19.11507 0.62467,-38.30268 3.92857,-57.14286 -36.61576,4.23323 -73.49998,6.14309 -110.35714,5.71429 -21.81569,-0.25381 -43.62184,-1.32624 -65.35715,-3.21428"
style="fill:none;stroke:#000000;stroke-width:1px;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;stroke-opacity:1" />
<path
sodipodi:nodetypes="cscscsc"
inkscape:connector-curvature="0"
inkscape:original-d="m 355.71429,120.57646 c 0,0 16.4534,-17.33731 25.35714,-25.357136 C 387.54985,89.384049 405,83.076467 405,83.076467 c 0,0 28.33629,1.571849 49.64286,0.714286 C 492.48808,82.26753 572.5,77.362182 572.5,77.362182 c 0,0 -14.64485,9.781267 -21.07143,16.428571 -7.06985,7.312677 -20.71429,24.642857 -20.71429,24.642857"
inkscape:path-effect="#path-effect3829"
id="path3827"
d="m 355.71429,120.57646 c 6.83169,-9.88843 15.46871,-18.52545 25.35714,-25.357136 7.38136,-5.099608 15.45454,-9.196449 23.92857,-12.142857 16.54047,0.575461 33.09268,0.813622 49.64286,0.714286 39.35882,-0.236236 78.70613,-2.382453 117.85714,-6.428571 -7.523,4.792304 -14.58911,10.301476 -21.07143,16.428571 -7.81558,7.387297 -14.78081,15.673517 -20.71429,24.642857"
style="fill:none;stroke:#000000;stroke-width:1px;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;stroke-opacity:1" />
<path
sodipodi:nodetypes="cscsc"
inkscape:connector-curvature="0"
inkscape:original-d="m 572.85714,78.076467 c 0,0 -5.19547,28.059573 -7.14285,39.285723 -1.85326,10.68359 -1.78572,49.64285 -1.78572,49.64285 0,0 -15.90816,15.24695 -20.71428,23.92858 -7.94351,14.34892 -12.50001,23.92856 -12.50001,23.92856"
inkscape:path-effect="#path-effect3833"
id="path3831"
d="m 572.85714,78.076467 c -3.21723,12.924651 -5.6047,26.055783 -7.14285,39.285723 -1.91426,16.465 -2.51203,33.08287 -1.78572,49.64285 -7.86808,7.06916 -14.8452,15.12894 -20.71428,23.92858 -5.00278,7.50077 -9.20117,15.53767 -12.50001,23.92856"
style="fill:none;stroke:#000000;stroke-width:1px;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;stroke-opacity:1" />
<path
sodipodi:nodetypes="cc"
inkscape:connector-curvature="0"
inkscape:original-d="m 564.28571,167.00504 -37.14286,3.92857"
inkscape:path-effect="#path-effect3837"
id="path3835"
d="m 564.28571,167.00504 -37.14286,3.92857"
style="fill:none;stroke:#000000;stroke-width:1px;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;stroke-opacity:1" />
<path
sodipodi:nodetypes="cscsc"
inkscape:connector-curvature="0"
inkscape:original-d="m 351.42857,216.6479 c 0,0 11.11727,-13.6819 16.42857,-20.71429 5.65491,-7.48735 16.42857,-22.85714 16.42857,-22.85714 0,0 26.07821,5.24898 49.28572,2.5 25.85991,-3.06317 93.21428,-4.64286 93.21428,-4.64286"
inkscape:path-effect="#path-effect3841"
id="path3839"
d="m 351.42857,216.6479 c 5.63348,-6.77804 11.11159,-13.68522 16.42857,-20.71429 5.66103,-7.4839 11.13939,-15.10597 16.42857,-22.85714 16.39302,1.40358 32.83481,2.23758 49.28572,2.5 31.12839,0.49655 62.2893,-1.05553 93.21428,-4.64286"
style="fill:none;stroke:#000000;stroke-width:1;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;stroke-miterlimit:4;stroke-opacity:1;stroke-dasharray:3, 3;stroke-dashoffset:0" />
<path
sodipodi:nodetypes="csc"
inkscape:connector-curvature="0"
inkscape:original-d="m 384.28571,173.79075 c 0,0 -4.01457,-12.25979 -1.07143,-25 4.00468,-17.33539 22.50001,-64.999997 22.50001,-64.999997"
inkscape:path-effect="#path-effect3845"
id="path3843"
d="m 384.28571,173.79075 c -1.18514,-8.27028 -1.54464,-16.65865 -1.07143,-25 1.31535,-23.18568 9.19978,-45.96293 22.50001,-64.999997"
style="fill:none;stroke:#000000;stroke-width:1;stroke-linecap:butt;stroke-linejoin:miter;stroke-miterlimit:4;stroke-opacity:1;stroke-dasharray:4, 4;stroke-dashoffset:0" />
</g>
<text
xml:space="preserve"
style="font-size:22px;font-style:normal;font-variant:normal;font-weight:normal;font-stretch:normal;line-height:125%;letter-spacing:0px;word-spacing:0px;fill:#000000;fill-opacity:1;stroke:none;font-family:Liberation Serif;-inkscape-font-specification:Liberation Serif"
x="175.76514"
y="272.00504"
id="text3861"
sodipodi:linespacing="125%"><tspan
sodipodi:role="line"
id="tspan3863"
x="175.76514"
y="272.00504">а)</tspan></text>
<text
sodipodi:linespacing="125%"
id="text3865"
y="272.24673"
x="419.54965"
style="font-size:22px;font-style:normal;font-variant:normal;font-weight:normal;font-stretch:normal;line-height:125%;letter-spacing:0px;word-spacing:0px;fill:#000000;fill-opacity:1;stroke:none;font-family:Liberation Serif;-inkscape-font-specification:Liberation Serif"
xml:space="preserve"><tspan
y="272.24673"
x="419.54965"
id="tspan3867"
sodipodi:role="line">б)</tspan></text>
</g>
</svg>

After

Width:  |  Height:  |  Size: 12 KiB

BIN
fig/mesh/v1/fibers.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 149 KiB

BIN
fig/mesh/v1/matrix.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 120 KiB

BIN
fig/vmis_v1_s1.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 332 KiB

BIN
fig/vmis_v1_s2.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 311 KiB

BIN
fig/vmis_v1_s3.png Normal file

Binary file not shown.

After

Width:  |  Height:  |  Size: 265 KiB

View File

@@ -10,6 +10,8 @@
\usepackage[T2A]{fontenc}
\usepackage{graphicx}
\usepackage{array}
\usepackage[unicode]{hyperref}
% Ссылки на работы соискателя включаются в общий список литературы