diff --git a/bibliography.bib b/bibliography.bib index 0384707..9905945 100644 --- a/bibliography.bib +++ b/bibliography.bib @@ -190,4 +190,241 @@ braided glass fibre reinforcement}, number = {162--163}, year = {2005}, pages = {65--70} +} + +@BOOK{bib:overview1, + author = {Тарнопольский Ю. М. and Жигун И.Г. and Поляков В.А.}, + title = {Пространственно-армированные композиционные материалы}, + Publisher = {Машиностроение}, + Address = {М}, + Year = {1987}, + Pages = {224}, + language = {russian} +} + +@BOOK{bib:overview2, + author = {под ред.Т.-В. чу и Ф.Ко.}, + title = {Тканые конструкционные композиты}, + Publisher = {Мир}, + Address = {М}, + Year = {1991}, + Pages = {432}, + language = {russian} +} + +@ARTICLE{bib:overview3, + author = {Dimitrienko Yu. I.}, + title = {Modelling of Mechanical Properties of Composite Materials +under High Temperatures. Part 3. Textile Composites}, + journal = {International Journal of Applied Composite Materials}, + volume = {5}, + number = {4}, + year = {1998}, + pages = {257-272} +} + +@BOOK{bib:overview4, + author = {Димитриенко Ю.И.}, + title = {Механика композиционных материалов при высоких температурах.}, + Publisher = {Машиностроение}, + Address = {М}, + year = {1997}, + pages = {364}, + language = {russian} +} + +@ARTICLE{bib:overview5, + author = {Диксит А. and Мали Х.С.}, + title = {Обзор способов моделирования текстильно-тканевых композитов для +прогнозирования их механических свойств}, + journal = {Механика композитных материалов}, + volume = {49}, + year = {2013}, + number = {1}, + pages = {12-34}, + language = {russian} +} + +@ARTICLE{bib:overview6, + author = {Cao J. and Akkerman R. and Boisse P. and Chen J. and Cheng H.S. +and de Graaf E.F. and Gorczyca J.L. and Harrison P. and Hivet G. and Launay J. +and Lee W. and Liu L. and Lomov S.V. and Long A.C. and de Luycker E. and +Morestin F.}, + title = {Characterization of mechanical behavior of woven fabrics: +Experimental methods and benchmark results}, + journal = {Composites Part A: Applied Science and Manufacturing.}, + year = {2008}, + volume = {39}, + Issue = {6}, + pages = {1037-1053} +} + +@ARTICLE{bib:overview7, + author = {Brian N. Cox and Gerry Flanagan}, + title = {Handbook of Analytical Methods for Textile Сomposites}, + journal = {NASA Contractor Report}, + year = {1997}, + pages = {161} +} + +@BOOK{bib:overview8, + author = {Vanaerschot A. and Cox B.N. and Lomov S.V. and Vandepitte D.}, + title = {Mechanical property evaluation of polymer textile composites by +multi-scale modelling based on internal geometry variability}, + year = {2012}, + pages = {5043-5054} +} + +@ARTICLE{bib:overview9, + author = {Lomov Stepan V and Verpoest Ignaas and Cichosz Joerg and Hahn +Christoph and Ivanov D.S. and Verleye B.}, + title = {Meso-level textile composites simulations: Open data exchange and +scripting}, + journal = {Journal of Composite Materials}, + volume = {20}, + year = {2013} +} + +@ARTICLE{bib:overview10, + author = {Abdiwi F. and Harrison P. and Koyama I. and Yu W. R. and Long A. +C. and Corriea N. and Guo Z.}, + title = {Characterising and modelling variability of tow orientation in +engineering fabrics and textile composites}, + journal = {Composites Science and Technology}, + number = {72(9)}, + year = {2012}, + pages = {1034-1041} +} + +@ARTICLE{bib:overview11, + author = {Blinzler B.J. and Goldberg R.K. and Binienda W.K.}, + title = {Macroscale independently homogenized subcells for modeling +braided composites}, + journal = {AIAA Journal}, + year = {2012}, + volume = {50}, + Issue = {9}, + pages = {1873-1884} +} + +@ARTICLE{bib:overview12, + author = {Nali P. and Carrera E.}, + title = {A numerical assessment on two-dimensional failure criteria for +composite layered structures}, + journal = {Composites Part B: Engineering}, + volume = {43}, + Issue = {2}, + year = {2012}, + pages = {280-289} +} + +@ARTICLE{bib:overview13, + author = {Hage Ch.E. and Youne's R. and Aboura Z. and Benzeggagh M.L. and +Zoaeter M.}, + title = {Analytical and numerical modeling of mechanical properties of +orthogonal 3D CFRP}, + journal = {Composites Science and Technology}, + year = {2009}, + volume = {69}, + Issue = {1}, + pages = {111–116} +} + +@ARTICLE{bib:overview14, + author = {N\v{e}me\v{c}ek J. and Kr\'{a}l\'{i}k V., Vond\v{r}ejc J.}, + title = {Micromechanical analysis of heterogeneous structural materials}, + journal = {Cement and Concrete Composites}, + volume = {36}, + year = {2013}, + Issue = {1}, + pages = {85-92} +} + +@ARTICLE{bib:overview15, + author = {Burks B. and Middleton J. and Kumosa M.}, + title = {Micromechanics modeling of fatigue failure mechanisms in a +hybrid polymer matrix composite}, + journal = {Composites Science and Technology}, + year = {2012}, + volume = {72}, + Issue = {15}, + pages = {1863-1869} +} + +@ARTICLE{bib:overview16, + author = {Abe D. and Bacarreza O. and Aliabadi M.H.}, + title = {Micromechanical modeling for the evaluation of elastic moduli of +woven composites}, + journal = {Key Engineering Materials}, + year = {2012}, + volume = {525-526}, + pages = {73-76} +} + +@ARTICLE{bib:overview17, + author = {Nov\'{a}k J. and Kaczmarczyk T. and Grassl P. and Zeman J. and +Pearce C.J.}, + title = {A micromechanics-enhanced finite element formulation for modeling +heterogeneous materials}, + journal = {Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering}, + year = {2012}, + volume = {201-204}, + pages = {53-64} +} + +@ARTICLE{bib:overview18, + author = {Tran T.D. and Kelly D. and Prusty B.G. and Gosse J.H. and +Christensen S.}, + title = {Micromechanical modeling for onset of distortional matrix damage +of fiber reinforced composite materials}, + journal = {Composite Structures}, + year = {2012}, + volume = {94}, + Issue = {2}, + pages = {745-757} +} + +@ARTICLE{bib:overview19, + author = {Karkkainen R.L. and Tzeng J.T.}, + title = {Micromechanical strength modeling and investigation of stitch +density effects on 3D orthogonal composites}, + journal = {Journal of Composite Materials}, + year = {2009}, + volume = {43}, + Issue = {25}, + pages = {3125-3142} +} + +@ARTICLE{bib:overview20, + author = {Hettich T. and Hund A. and Ramm E.}, + title = {Modeling of failure in composites by X-FEM and level sets within +a multiscale framework}, + journal = {Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering}, + year = {2008}, + volume = {197}, + Issue = {5}, + pages = {414-424} +} + +@ARTICLE{bib:overview21, + author = {Buchanan D.L. and Gosse J.H. and Wollschlager J.A. and Ritchey +A. and Byron Pipes R.}, + title = {Micromechanical enhancement of the macroscopic strain state for +advanced composite materials}, + journal = {Composites Science and Technology}, + year = {2009}, + volume = {69}, + Issue = {11-12}, + pages = {1974-1978} +} + +@ARTICLE{bib:overview22, + author = {Li L.Y. and Wen P.H. and Aliabadi M.H.}, + title = {Meshfree modeling and homogenization of 3D orthogonal woven +composites}, + journal = {Composites Science and Technology}, + year = {2011}, + volume = {71}, + Issue = {15}, + pages = {1777-1788} } \ No newline at end of file diff --git a/c1.tex b/c1.tex index ba328e7..8bf44af 100644 --- a/c1.tex +++ b/c1.tex @@ -7,8 +7,6 @@ композиционных материалов, приводящие к появлению локальных концентраторов напряжений} -\subsection{Изготовление тканей} - Тканые материалы можно классифицировать по типу переплетения волокон. Выделяют следующие типы переплетений: полотняное, ситцевое, сатиновое, саржевое, трикотажное. Необходимую для определенной цели анизотропию механических @@ -63,8 +61,6 @@ $500~\text{г}/\text{м}^2$. оправку с последующей прошивкой слоев по третьей координате, при этом, в местах прошивки возможно возникновение разрывов волокон основы и утка. -\subsection{Матричные материалы} - Роль матрицы в армированном композите заключается в придании изделию необходимой формы и создании монолитного материала. Объединяя в одно целое армирующий наполнитель, матрица позволяет композиции воспринимать различного @@ -123,8 +119,6 @@ $500~\text{г}/\text{м}^2$. каркаса и обеспечивать требуемые свойства конечного изделия \cite{bib:sidorenko}. -\subsection{Уплотнение каркаса поликристаллической матрицей} - Вид уплотнения тканого композита с поликристаллической матрицей определяется исходным материалом. Выделяют методы пропитки жидкостью и осаждение из газовой фазы. @@ -180,9 +174,6 @@ $6\dots100$~МПа при температуре $550\dots 650^\circ\mathrm{C}$. В некоторых случаях методы пропитки жидкостью и осаждение из газовой фазы используются по очереди в рамках единого технологического цикла. -\subsection{Контроль качества конструкций из тканых композитов с -поликристаллической матрицей} - Конструкции из тканых композиционных материалов с поликристаллической матрицей в процессе эксплуатации подвергаются различным воздействиям, связанным с видом нагрузки (растяжение, сжатие, изгиб), характером нагружения (статический, @@ -299,9 +290,6 @@ $6\dots100$~МПа при температуре $550\dots 650^\circ\mathrm{C}$. \section{Виды локальных технологических дефектов, типичных для тканых композиционных материалов, и способы их устранения} -\subsection{Структурные дефекты тканых композитов с поликристаллической -матрицей} - Особенностью тканых композитов с поликристаллической матрицей является то, что наряду с дефектами, присущими традиционным материалам, такими как трещины, поры, посторонние включения, могут образовываться дефекты, характерные только для @@ -358,19 +346,19 @@ $6\dots100$~МПа при температуре $550\dots 650^\circ\mathrm{C}$. а влияние матрицы на формирование жесткости указанного направления весьма значительно. -\section*{Выводы к первой главе} +\section*{Выводы по первой главе} \addcontentsline{toc}{section}{Выводы к первой главе} \begin{enumerate} - \item Рассмотрены технологические процессы производства конструкций из тканых + \item Описаны технологические процессы производства конструкций из тканых композиционных материалов с поликристаллической матрицей, включающие в себя такие этапы как производство волокна, производство ткани, получение матрицы и способы совмещения матрицы с тканым каркасом для получения конструкции. - \item Описаны методы контроля качества тканых композиционных материалов с -поликристаллической матрицей и типы дефектов, которые могут быть выявлены с их -помощью. - \item Определены типы дефектов, возникающие на каждой из стадий -технологического процесса производства тканых композиционных материалов с -поликристаллической матрицей и их влияние на физико-механические свойства -конструкций из этих материалов. + \item Проанализированы методы контроля качества тканых композиционных +материалов с поликристаллической матрицей и типы дефектов, которые могут быть +выявлены с их помощью. + \item Классифицированы типы локальных технологических дефектов, возникающие на +каждой из стадий процесса производства тканых композиционных материалов с +поликристаллической матрицей, влияние которых на концентрацию напряжений будут +проанализированы в дальнейших главах. \end{enumerate} diff --git a/c2.tex b/c2.tex index 553dd54..00f1ee6 100644 --- a/c2.tex +++ b/c2.tex @@ -641,21 +641,22 @@ SALOME-MECA (fillFromFile), метод для получения значени СУБД, высокой скоростью выполнения запросов, а также доступностью для большинства операционных систем. -\section*{Выводы ко второй главе} +\section*{Выводы по второй главе} \addcontentsline{toc}{section}{Выводы ко второй главе} \begin{enumerate} - \item Построены геометрическая и математическа модели фрагмента слоя тканого + \item Построены геометрическая и математическая модели фрагмента слоя тканого композита с искривленными волокнами и поликристаллической 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 На основе численного решения задачи двухосного равнокомпонентного -растяжения в плоскости слоя тканого композита проведено тестирование полученной -модели. - \item Приведены параметры конечно-элементной сетки, удовлетворяющие условиям -условиям сходимости задачи. - \item Приведены диаграмма классов и инфологическая модель разработанной базы -данных для расчета безразмерного параметра $\Theta$ описывающее исследуемое -свойство слоя тканого композита. + \item На основе численного решения задачи макрооднородной двухосной +равнокомпонентной деформации растяжения в плоскости слоя тканого композита +проведено тестирование разработанной модели, показавшее, что при выбранной +степени дискретизации полученные результаты ни качественно ни количественно не +изменяются при дальнейшем увеличени количества конечных элементов. Доказана +сходимость задачи. + \item Разработан модуль расширений для платформы численного моделирования +SALOME-MECA для вычисления параметров напряженно-деформированного состояния +слоя тканого композита полотняного плетения. \end{enumerate} diff --git a/c3.tex b/c3.tex index e8df918..3c4d654 100644 --- a/c3.tex +++ b/c3.tex @@ -1011,7 +1011,7 @@ $\sigma_{12}$, тогда как для остальных видов дефек \clearpage -\section*{Выводы к третьей главе} +\section*{Выводы по третьей главе} \addcontentsline{toc}{section}{Выводы к третьей главе} \begin{enumerate} @@ -1021,12 +1021,11 @@ $\sigma_{12}$, тогда как для остальных видов дефек концентрации напряжений в слое тканого композита, вызванные наличием локальных технологических дефектов в виде пропуска волокна основы, разрыва волокна основы, одновременного разрыва волокон основы и утка, а также внутренней технологической -поры. Рассмотрены модели тканого композита при наличием контакта с трением между -влокнами основы и утка, а также с гарантированной прослойкой матрицы между -волокнами. +поры при наличии/отсутствии контакта с трением между армирующими нитями и +гарантированной прослойки матрицы. \item Определены механизмы, инициирующие разрушение матрицы в слое тканого -композита с искривленными волокнами. Показаны зависимости этих механизмов от -типа дефекта, вида нагружения, а также наличия в технологическом процессе -дополнительных операций, обеспечивающих проникновение связующего в полости, -образованные локальными технологическими дефектами. +композита с искривленными волокнами. Установлены зависимости реализации этих +механизмов от типа дефекта, схемы макродеформирования, а также наличия в +технологическом процессе дополнительных операций, обеспечивающих проникновение +связующего в полости, образованные локальными технологическими дефектами. \end{enumerate} \ No newline at end of file diff --git a/common.tex b/common.tex index 312d034..cf01521 100644 --- a/common.tex +++ b/common.tex @@ -73,9 +73,17 @@ повреждений при циклическом нагружении посвящены статьи \cite{bib:shokrieh, bib:nishikawa}. В работе \cite{bib:hufenbach} проведено сравнение вычислительных и натурных экспериментов с элементами конструкций из тканых композитов при -многоосном нагружении. Однако изучению влияния локальных технологических -дефектов на механическое поведение, прочностные и деформационные свойства тканых -композитов уделяется недостаточное внимание. +многоосном нагружении. В работах +\cite{bib:overview1,bib:overview2,bib:overview3,bib:overview4,bib:overview5, +bib:overview6, bib:overview7, bib:overview8, bib:overview9, bib:overview10, +bib:overview11, bib:overview12, bib:overview13, bib:overview14, +bib:overview15, bib:overview16, bib:overview17, bib:overview18, +bib:overview19, bib:overview20, bib:overview21, bib:overview22} описывается +применение численных методов конечно-элементного моделирования к задачам +микроразрушения композитов. Одним из наиболее перспективных Однако изучению +влияния локальных технологических дефектов на механическое поведение, +прочностные и деформационные свойства тканых композитов уделяется недостаточное +внимание. } \mkcommonsect{objective}{Цель диссертационной работы.}{% @@ -141,36 +149,33 @@ SALOME-MECA для определения безразмерного парам Результаты работы докладывались на $10$ всероссийских и $5$ международных конференциях: \begin{enumerate} - \item Всероссийская конференция <<Механика наноструктурированных материалов и -систем>>, Москва, 13--15 декабря 2011 г. - \item Международная молодежная научная конференция <>, Москва, 10--14 апреля 2012 г. - \item VI Евразийская научно-практическая конференция <<Прочность неоднородных -структур>>, Москва, 17--19 апреля 2012 г. - \item VII Российская конференция <<Механика микронеоднородных -материалов и разрушение>>, Екатеринбург, 23--27 апреля 2012 г. - \item XL Int. Summer School <>, С.Петербург, -28 мая -- 01 июня 2012 г. - \item Международный молодежный научный форум <<Ломоносов-2012>>, Москва, -10--14 апреля 2012 г. - \item XXI Всероссиская школа-конференция молодых ученых и студентов <<Мат. -моделирование в естественных науках>>, Пермь, 03--06 октября 2012 г. + \item XL, XLI Int. Summer School <>, +С.Петербург, 28 мая -- 01 июня 2012 г., 01--08 июля 2013 г. \item Международная конференция <<Актуальные проблемы механики сплошных сред>>, Цахкадзор, Армения, 08--12 октября 2012 г. - \item IV Всероссийский симпозиум <<Механика наноструктурированных материалов и -систем>>, Москва, 04--06 декабря 2012 г. \item Международная конференция <<Иерархически организованные системы живой и неживой природы>>, Томск, 9--13 сентября 2013 г. \item VII Всероссийская (с международным участием) конференция по механике деформируемого твердого тела, Ростов-на-Дону, 15--18 октября 2013 г. - \item XLI Int. Summer School-Conference <>, -С.Петербург, 01--08 июля 2013 г. + \item VI Евразийская научно-практическая конференция <<Прочность неоднородных +структур>>, Москва, 17--19 апреля 2012 г. \item XVIII Зимняя школа по механике сплошных сред, Пермь-Екатеринбург, 18--22 февраля 2013 г. - \item XXI Всероссиская школа-конференция молодых ученых и студентов <<Мат. -моделирование в естественных науках>>, Пермь, 02--05 октября 2013 г. + \item Всероссийская конференция <<Механика наноструктурированных материалов и +систем>>, Москва, 13--15 декабря 2011 г. + \item VII Российская конференция <<Механика микронеоднородных +материалов и разрушение>>, Екатеринбург, 23--27 апреля 2012 г. + \item IV Всероссийский симпозиум <<Механика наноструктурированных материалов и +систем>>, Москва, 04--06 декабря 2012 г. \item VIII Российская НТК <<Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций>>, Екатеринбург, 26--30 мая 2014 г. + \item Международная молодежная научная конференция <>, Москва, 10--14 апреля 2012 г. + \item Международный молодежный научный форум <<Ломоносов-2012>>, Москва, +10--14 апреля 2012 г. + \item XXI, XXII Всероссийская школа-конференция молодых ученых и студентов +<<Мат. моделирование в естественных науках>>, Пермь, 03--06 октября 2012 г., +02--05 октября 2013 г. \end{enumerate} } @@ -203,8 +208,8 @@ A:bib:dedkov23, A:bib:dedkov24, A:bib:dedkov25, A:bib:dedkov26, A:bib:dedkov27}. \mkcommonsect{struct}{Структура и объем диссертации.}{% Диссертационная работа состоит из введения, $3$-х глав, заключения, выводов и -списка литературы. Полный объем составляет $95$ страниц. Библиография -включает $39$ наименований. +списка литературы. Полный объем составляет $97$ страниц. Библиография +включает $61$ наименование. } \mkcommonsect{inintro}{Во введении}{ @@ -225,29 +230,32 @@ A:bib:dedkov23, A:bib:dedkov24, A:bib:dedkov25, A:bib:dedkov26, A:bib:dedkov27}. } \mkcommonsect{insecond}{Во второй главе}{ -рассматривается построение геометрической модели тканого композита с -искривленными волокнами идеальной периодической структуры, а также с наличием -локальных технологических дефектов. Описывается программное обеспечение, -используемое для построения геометрической модели. Принимаются гипотезы для -решения задачи деформирования слоя тканого композита. На примере задачи о -равнокомпонентном макродеформировании проводится тестирование разработанной -модели. Приводятся блок-схемы алгоритмов и спроектированная модель базы -данных для поиска значений безразмерного параметра $\Theta$, описывающего -исследуемое свойство в произвольной точке слоя тканого композита. +рассматривается разработка математической модели тканого композита полотняного +плетения идеальной периодической структуры, а также с наличием локальных +технологических дефектов. Описывается программное обеспечение, используемое для +построения геометрической модели. Принимаются гипотезы для решения задачи +деформирования слоя тканого композита. На примере задачи о равнокомпонентном +макродеформировании проводится тестирование разработанной модели. Приводятся +блок-схемы алгоритмов и спроектированная модель базы данных расширений +платформы численного моделирования SALOME-MECA для определения значений +безразмерного параметра $\Theta$, описывающего исследуемое свойство в +произвольной точке слоя тканого композита. } \mkcommonsect{inthird}{В третьей главе}{ -рассматривается математическая модель упруго-хрупкого поведения слоя такного -композита с искривленными волокнами и поликристаллической матрицей при -воздействии различных видов деформирования, с учетом наличия -гарантированной прослойки матрицы между волокнами основы и утка, а также -при наличии контакта с трением между ними. Приведены значения безразмерных -коэффициентов концентрации напряжений, вызванных наличием таких локальных -дефектов как пропуск волокна основы, разрыв волокна основы и разрыв волокон -основы и утка, учитывая внутренние технологические поры, образовавшиеся в -результате недостаточной пропитки ткани материалом матрицы в местах наибольшей -кривизны волокон. Определены механизмы, приводящие к разрушению -поликристалллической матрицы. +на основе численного решения задач комбинированного многоосного +нагружения, с помощью разработанного модуля расширений платформы численного +моделирования SALOME-MECA, определяются значения безразмерных коэффициентов +концентрации напряжений в слое тканого композита, вызванные наличием локальных +технологических дефектов в виде пропуска волокна основы, разрыва волокна +основы, одновременного разрыва волокон основы и утка, а также внутренней +технологической поры. Рассматриваются модели тканого композита при наличием +контакта с трением между влокнами основы и утка, а также с гарантированной +прослойкой матрицы между волокнами. Определяются механизмы, приводящие к +разрушению поликристалллической матрицы. Показываются зависимости этих +механизмов от типа дефекта, вида нагружения, а также наличия в технологическом +процессе дополнительных операций, обеспечивающих проникновение связующего в +полости, образованные локальными технологическими дефектами. } \mkcommonsect{inend}{В заключении}{ diff --git a/end.tex b/end.tex index eda1d86..376516a 100644 --- a/end.tex +++ b/end.tex @@ -13,14 +13,15 @@ искривленными волокнами и поликристаллической матрицей с гарантированной прослойкой матрицы между волокнами, а также с наличием контакта с трением между волокнами. - \item Разработан модуль расширения для программного комплекса SALOME-MECA, -позволяющий найти параметр поля напряжения $\Theta$, слоя тканого композита. + \item Разработан модуль расширения для программного комплекса SALOME-MECA для +вычисления параметров напряженно-деформированного состояния слоя тканого +композита полотняного плетения. \item На основе численного решения задач комбинированного многоосного нагружения слоя, определены концентраторы напряжений в слое тканого композита с искривленными волокнами и поликристаллической матрицей, вызванные наличием таких локальных дефектов как пропуск волокна основы, разрыв волокна основы, разрыв волокон основы и утка, наличие внутренней технологической поры. - \item Определены механизмы, инициирующие разрушение матрицы в слое тканого + \item Установлены механизмы, инициирующие разрушение матрицы в слое тканого композита при наличии гарантированной прослойки матрицы между волокнами, а также при наличии контакта с трением между волокнами. \end{enumerate}