Критерии разрушения волокон и матрицы при статическом нагружении однонаправленных полимерных композитов

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

При анализе прочности конструкций из слоистых волокнистых полимерных композиционных материалов используются критерии разрушения монослоя – однонаправленно армированного композита. Формулируется критерий прочности по условиям разрушения матрицы, соответствующий коническим предельным поверхностям и наименьшим разрушающим нагрузкам. Приводится критерий прочности по условию разрушения волокон, не допускающего парадокса увеличения прочности в области перехода от разрушения волокон к разрушению матрицы. Проводится экспериментальная проверка критериев при объемном, плоском и одномерном нагружениях. Показывается их лучшее соответствие опытным данным и отмечаются их преимущества. Небольшое число легко определяемых параметров данных критериев способствует их надежности и устойчивости в расчетах на прочность элементов композитных конструкций.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. И. Олейников

Центральный аэрогидродинамический институт им. Н. Е. Жуковского (ЦАГИ); Московский физико-технический институт

Автор, ответственный за переписку.
Email: alexander.oleinikov@tsagi.ru
Россия, Жуковский; Долгопрудный

Список литературы

  1. Hashin Z., Rotem A. A. Fatigue failure criterion for fiber reinforced materials // J. Compos. Mater. 1973. V. 7. P. 448–464.
  2. Rabotnov Yu.N., Polilov A. N. Strength criteria for fibre-reinforced plastics // Fracture. 1977. Vol. 3, Pp. 1059–1065.
  3. Полилов А. Н. Критерии разрушения поверхности раздела в однонаправленных композитах // Изв. АН СССР. МТТ. 1978. № 2. С. 115–119.
  4. Hashin Z. Failure criteria for unidirectional fiber composites // J. Appl. Mech. 1980. V. 47. P. 329–334.
  5. Puck A. Festigkeitsanalyse von Faser-Matrix-Laminaten: Modelle für die Praxis. München; Wien: Hanser, 1996. 212 s.
  6. Puck A., Schürmann H. Failure analysis of FRP laminates by means of physically based phenomenological models // Compos. Sci.&Technol. 1998. V. 58. P. 1045–1067.
  7. Puck A., Schürmann H. Failure analysis of FRP laminates by means of physically based phenomenological models // Compos. Sci.&Technol. 2002. V. 62. P. 1633–1662.
  8. Soden P.D., Hinton M. J., Kaddour A. S. A comparison of the predictive capabilities of current failure theories for composite laminates // Compos. Sci.&Technol. 1998. V. 58. P. 1225–1254.
  9. Kaddour A.S., Hinton, M.J., Soden P. D. A comparison of the predictive capabilities of current failure theories for composite laminates: additional contributions // Compos. Sci.&Technol. 2004. V. 64. P. 449–476.
  10. Полилов А.Н., Татусь Н. А. Экспериментальное обоснование критериев прочности волокнистых композитов, проявляющих направленный характер разрушения // Вестн. ПНИПУ. Механика. 2012. № 2. С. 140–166.
  11. Олейников А. И. Варианты критерия прочности однонаправленных полимерных композитов по условию разрушения связующего при наличии сжатия перпендикулярно волокнам // ПММ. 2022. T. 86. № 2. C. 223–234.
  12. Thomson D.M., Cui H., Erice B., Hoffmann J., Wiegand J., Petrinic N. Experimental and numerical study of strain-rate effects on the IFF fracture angle using a new efficient implementation of Puck’s criterion // Compos. Struct. 2017. V. 181. P. 325–335.
  13. Gong Y., Huang T., Zhang X., Jia P., Suo Y., Zhao S. A reliable fracture angle determination algorithm for extended Puck’s 3D inter-fiber failure criterion for unidirectional composites // Mater. 2021. V. 14/6325. P. 1–14.
  14. Олейников А. И. Критерий прочности элементов моделей ЛА из однонаправленных композитов // Матер. XXXIII научно-технич. Конф. по аэродин. ЦАГИ. 2022. С. 84–85.
  15. Cuntze R., Deska R., Szelinski B., et al. Neue Bruchkriterien und Festigkeitsnachweise für unidirektionalen Faserkunststoffverbundunter mehrachsiger Beanspruchung – Modellbildung und Experimente. Düsseldorf: VDI Verlag, 1997. 262 s.
  16. Kaiser C., Kuhnel E., Obst A. Failure criteria for FRP and CMC: theory, experiments and guidelines // Europ. Conf. on Spacecr. Struct. Mater. Mech. Testing. Noordwijk, ESA, 2005. 12 p.
  17. Dávila C.G., Camanho P. P. Failure Criteria for FRP Laminates in Plane Stress. Hampton: NASA Langley Res. Center. NASA/TM-2003–212663, 2003. 28 p.
  18. Полилов А. Н. Определение прочности при изгибе криволинейных образцов // Машиновед. 1984. № 1. С. 54–60.
  19. Олейников А. И. Оценка статической прочности слоистых композитов // Уч. зап. ЦАГИ. 2019. Т. L. № 4. С. 53–66.
  20. Kawai M., Itoh N. A failure-mode based anisomorphic constant life diagram for a unidirectional carbon/epoxy laminate under off-axis fatigue loading at room temperature // J. Compos. Mater. 2014. V. 48(5). P. 571–592.
  21. Shin E.S., Pae K. D. Effects of hydrostatic pressure on the torsional shear behaviour of graphite/epoxy composites // J. Compos. Mater. 1992. V. 26. P. 462–485.
  22. Shin E.S., Pae K. D. Effects of hydrostatic pressure on in-plane shear properties of graphite/epoxy composites // J. Compos. Mater. 1992. V. 26. P. 828–868.
  23. Hinton M.J., Kaddour A. S. Benchmark data triaxial test results for fibre-reinforced composites: the second world-wide failure exercise // J. Compos. Mater. 2012. V. 47. P. 633–678.
  24. Cuntze R. The predictive capability of failure mode concept-based strength conditions for laminates composed of unidirectional laminae under static triaxial stress states // J. Compos. Mater. 2012. V. 46. P. 2563–2594.
  25. Deuschle H. M., Puck A. Application of the Puck failure theory for fibre reinforced composites under 3D-Stress: comparison with experimental results // J. Compos. Mater. 2013. V. 47. P. 827–846.
  26. Carrere N., Laurin F., Maire J-F. Micromechanical based hybrid mesoscopic 3D approach for non-linear progressive failure analysis of composite structures // J. Compos. Mater. 2012. V. 46. P. 2389–2415.
  27. Pinho S.T., Darvizeh R., Robinson P., et al. Material and structural response of polymer-matrix fibre-reinforced composites // J. Compos. Mater. 2012. V. 46. P. 2313–2341.
  28. Hütter U., Schelling H., Krauss H. An experimental study to determine the failure envelope of composite materials with tubular specimens under combined loads and comparison between several classical criteria // in: Failure Modes of Composite Materials with Organic Matrices and Other Consequences on Design. Munich: NATO. AGRAD. Conf. Proc. № 163. 1974. P. 13–19.
  29. Soden P.D., Hinton M. J., Kaddour A. S. Biaxial test results for strength and deformation of a range of E-glass and carbon fibre reinforced composite laminates: failure exercise benchmark data // Compos. Sci.&Technol. 2002. V. 62. P. 1489–1514.
  30. Tsai S.W., Wu E. M. A general theory of strength for anisotropic materials // J. Compos. Mater. 1971. V. 5. P. 58–80.
  31. Liu K.-S., Tsai S. W. A progressive quadratic failure criterion for a laminate // Compos. Sci. Technol. 1998. V. 58. P. 1023–1032.
  32. Rotem A. The Rotem failure criterion: theory and practice // Compos. Sci. Technol. 2002. V. 62. P. 1663–1671.
  33. Davila C.G, Camanho P. P., Rose C. A. Failure criteria for FRP laminates // J. Compos. Mater. 2005. V. 39. P. 323–345.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1

Скачать (92KB)
Метаданные
3. Рис. 2

Скачать (83KB)
Метаданные
4. Рис. 3

Скачать (93KB)
Метаданные
5. Рис. 4

Скачать (97KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024