Αριθμητική μελέτη της επίδρασης του ρυθμού παραμόρφωσης σε σύνθετα υλικά που υπόκεινται σε κρουστικά φορτία με τη χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων

• Κύριος συγγραφέας: Τσιακτάνης, Κωνσταντίνος
• Άλλοι συγγραφείς: Tsiaktanis, Konstantinos
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Ρυθμός παραμόρφωσης; Μικρομηχανική; Υψηλής ταχύτητας κρούση; Σύνθετα υλικά; Βαλλιστικό όριο; Μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων; Strain rate; Micromechanics; High velocity impact; Baliistic limit; Composite materials; Finite element model

Ο στόχος της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη μεθόδου πολλαπλών κλιμάκων, η οποία συνδυάζει μοντέλα μικρομηχανικής και πεπερασμένων στοιχείων για την προσομοίωση υψηλής ταχύτητας κρούσεων σε πλάκες από IMS-65/RTM-6 , που θα λαμβάνει υπόψιν και την επίδραση του ρυθμού παραμόρφωσης. Η μικρομηχανική ανάλυση είναι βασισμένη στο μικρομηχανικό μοντέλο του Chamis για τα σύνθετα υλικά. Η χρήση της μικρομηχανικής επιτρέπει την σύνθεση των ιδιοτήτων του συνθέτου χρησιμοποιώντας μοντέλα για τα συστατικά του συνθέτου και εισαγωγή ιδιοτήτων στο μοντέλο σε επίπεδο ίνα-μήτρας. Ο ρυθμός παραμόρφωσης της μήτρας, ενσωματώνεται στο μικρομηχανικό μοντέλο, σύμφωνα με τον Gerlach, χρησιμοποιώντας μία απλή παραλλαγή της κατανομής Weibull για το μέτρο ελαστικότητας και μία γραμμική προσέγγιση για την αντοχή της μήτρας σε εφελκυσμό και θλίψη. Για την εκκίνηση της βλάβης χρησιμοποιήθηκε το κριτήριο μέγιστης τάσης. Παράλληλα, χρησιμοποιήθηκαν προκαθορισμένοι συντελεστές υποβάθμισης των ιδιοτήτων της ίνας και της μήτρας, και η υποβάθμιση των ιδιοτήτων του συνθέτου υπολογίσθηκε από το μοντέλο μικρομηχανικής. Για την διαστρωματική αποκόλληση, η επαφή μεταξύ των στρώσεων μοντελοποιήθηκε να υπακούει σε νόμους mixed-mode damage. Το μικρομηχανικό μοντέλο ενσωματώθηκε στον κώδικα πεπερασμένων στοιχείων (ABAQUS/Explicit) με την χρήση υπορουτίνας υλικού (VUMAT). Για την αξιολόγηση του μοντέλου εξετάζεται μία σειρά από πλάκες σύνθετου υλικού πλεκτών ινών άνθρακα/εποξικής ρητίνης, που υπόκεινται σε κρούσεις υψηλής ταχύτητας και υψηλής ενέργειας από χαλύβδινα σφαιρίδια (m=110 g, v=60-100 m/s, E=200-500 J). Πραγματοποιούνται αναλύσεις με βάση το μοντέλο πολλαπλής κλίμακας που αναπτύχθηκε με στόχο την αξιολόγηση της κρουστικής απόκρισης της πλάκας, την πρόβλεψη της αστοχίας ίνας-μήτρας μέσα στην στρώση και την διάδοση αστοχίας στην σύνδεση μεταξύ των στρώσεων. Τέλος, πραγματοποιούνται συσχετίσεις με τα αποτελέσματα πειραμάτων κρούσης υψηλής ταχύτητας και μηκαταστροφικών ελέγχων του μοντέλου μετά το πέρας του φαινομένου, που επιβεβαιώνουν την ικανότητα του μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων πολλαπλών κλιμάκων να προσδιορίζει την δομική ακεραιότητα του δοκιμίου κρούσης από σύνθετο υλικό ως προς (1) τον τύπο της αστοχίας, (2) το αποτύπωμα της βλάβης και (3) την απαραίτητη ενέργεια για διάτρηση του δοκιμίου από τον κρουστήρα.