Вторник, 17.09.2019, 14:34
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск
Большая распродажа
Меню сайта
поиск по УДК
Форма входа
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0


Яндекс.Метрика
Кнопки от друзей

СБОРНИК СТАТЕЙ

Главная » Статьи » Всего статей

Расчёт механических характеристик трикотажного армирующего наполнителя композиционных материалов

Текстильные конструкционные композиты представляют собой ма­териалы на основе армирующих каркасов (волокнистого слоя, ткани, не­тканого полотна, трикотажа) и матриц из связующего материала. Уникаль­ное сочетание легкости, гибкости, высокой прочности и внутренней вязко- 84 сти, характерное для текстильных армирующих структур, определило пре­имущества применения композитов для широкого спектра изделий: в ав­томобиле- и судостроении, для изготовления судовых корпусов и ненесу­щих деталей авто; в строительстве, в том числе для армирования бетонных конструкций; а также в средствах индивидуальной защиты от механиче­ских и тепловых воздействий.

Трикотажные структуры, позволяют реализовать значительно более широкий диапазон форм и свойств, чем тканые. К примеру, простые осно-вовязаные и уточно-вязанные (кулирные) структуры обеспечивают дефор­мируемость полотна во всех направлениях и, следовательно, пригодны для изготовления композитных изделий глубоким формованием. Кулирному и основовязаному трикотажу можно придать определенную деформируе­мость в определенных направлениях, придать стабильность размеров в од­ном направлении и способность к формованию в других. При разрушении композиты не образуют осколков, что снижает опасность травматизма при различных авариях. В настоящее время текстильные конструкционные композиты представляют собой небольшую, но технически важную часть быстро развивающейся области текстильных композитов. 4 б в а Структура ячейки основовязаного трикотажа (трико) и ее шарнирно-стержневой эквивалент

В данной работе предлагается методика матричного расчета механи­ческих свойств основовязаного трикотажа на основе метода конечных эле­ментов. Основовязаные полотна имеют одинаковую растяжимость в обоих направлениях, поэтому они предпочтительны при формовании объемных композитных деталей. В качестве конечного элемента принята петля, как элементарная ячейка трикотажной структуры (рисунок). Также разработана динамическая имитационная модель поведения трикотажной структуры при воздействии нагрузок.

структура ячейки

Структура ячейки основовязаного трикотажа (трико) и ее шарнирно-стержневой эквивалент

При использовании трикотажных полотен в качестве текстильной основы для композитных материалов важно знать, как поведет себя полот­но при объемном формовании композитного изделия, а также при даль­нейшей эксплуатации под действием многоцикловых или разрушающих нагрузок. Для полного описания физико-механических свойств модели применим способ разбиения на элементарные шестизвенные элементы, со­стоящие из стержней (имитирующих нити) и шарниров (имитирующих ме­сто перегиба нити в петле), обладающих упруго-гибкими свойствами. Три­котажные полотна по сравнению с тканью имеют большую растяжимость, поскольку в трикотажной петле при общей деформации происходит не только растяжение нити, но и ее изгиб, с перемещением точек фиксации между нитями соседних петель и увеличением размеров самой петли. По­этому перед рассмотрением деформации всего полотна необходимо про­анализировать упругие свойства элементарной ячейки, которые не могут быть изотропными. Как и многие текстильные полотна, трикотаж можно представить в виде плоской сетки или в виде ячеистой структуры. Меха­нические свойства ячейки основовязаной структуры в соответствии с ме­тодом конечных элементов были представлены в виде матрицы жесткости, при продольном и поперечном растяжении.

формула

Продольная сила Р, приложенная к стержню, будет определяться вы­ражением:

формула 5,2

где s - площадь поперечного сечения стержня (нити), к - модуль упругости нити, k - коэффициент трения между нитями в узлах ячейки, f - площадь поверхности трения, a - коэффициент, учитывающий увеличение трения между нитями в узлах, по мере их натяжения при деформации ячейки, а = а (Sxt, Syi). В матричном виде выражение (2) запишется следующим образом:

формула 5,3

или

формула 5,4

Если матрица в выражении (4) симметрична, то можно записать матричное выражение для элемента е1

формула 5,5

Результирующая система уравнений в матричном виде может быть записа­на следующим образом:

формула 5,6

Матричные операции и наглядное представление данной модели как стержневой системы было реализовано в программной среде MatLab 6.5. (пакет Simulink 4.0)

Конечно-элементное, моделирование текстильных структур - компо­зитов, армированных текстильными материалами. В настоящее время это интенсивно развивающееся направление механики композитов и текстиля. С целью облегчения матричного расчета элементарной ячейки трикотаж­ного полотна и подтверждения адекватности, разрабатываемых конечно-элементных моделей был создан программный продукт на основе языка программирования Visual Basic, позволяющий получить итоговые данные расчетов результирующих нагрузок и деформаций при растяжении трико­тажного полотна. Для ускорения поиска и ввода в программу исходных данных была создана база данных. Данная база была сформирована на ос­нове средства разработки Microsoft Access 2003 в виде авторского про­граммного продукта, для дальнейшего использования в программной среде Visual Basic 6.0. База включает в себя такие исходные параметры тек­стильных материалов, как s - площадь поперечного сечения стержня (ни­ти), к - модуль упругости нити, k - коэффициент трения между нитями в узлах ячейки, j - площадь поверхности трения, а - коэффициент, учиты­вающий увеличение трения между нитями в узлах в результате продольно-поперечных деформаций. База включает в себя итоговые данные расчетов результирующих нагрузок и деформаций при растяжении трикотажного полотна.  

Результаты моделирования на уровне ячейки периодической струк­туры трикотажного полотна и макрорасчеты упругих свойств трикотажа дают возможность проектирования армирующего волокнистого наполни­теля композиционных материалов с прогнозированием его механических характеристик.



Категория: Всего статей | Добавил: art (20.07.2010)
Просмотров: 1812 | Комментарии: 1 | Теги: методика матричного расчета, волокнистый слой, Трикотажные полотна, применения композитов, ткани, ткань, трикотаж, нетканые полотна | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]