Численное прогнозирование вязкоупругих характеристик однонаправленных волокнистых полимерных композитов

Е.В. Кандакова, О.Ю. Сметанников (Пермь)

Проводится исследование вычислительных аспектов решения прямых и обратных задач механики композитных материалов при использовании для этого конечно-элементного пакета ANSYS 5.5.

Формулируется и численно реализуется задача вычисления продольных и трансверсальных эффективных упругих параметров композита. Исследуется зависимость решения от числа степеней свободы модели и количества ячеек периодичности. Проводится сравнительный анализ упругих эффективных характеристик боро-, стекло-, угле- и органопластиков с тетрагональной и гексагональной укладкой и с различным объемным содержанием волокна в композите.

Рассматривается задача определения продольных и трансверсальных упругих параметров волокон, входящих в состав композиционного материала по известным свойствам композита и связующего. Разрабатывается методика решения обратной задачи механики композитов, проводится численная оценка ее корректности. Проблема сводится к минимизации функционала без ограничений. Приводится сравнение двух различных методов для вычисления упругих характеристик волокна.

Предлагается решение задачи прогнозирования вязкоупругих характеристик пластиков. По имеющимся в литературе функциям ползучести эпоксидного связующего и волокон различных типов с использованием метода переменных параметров упругости определяются функции релаксации пластиков в продольном и трансверсальном направлениях. Проводится сравнительный анализ аналогичных результатов из нескольких источников.

Разработана методика решения задач термовязкоупругости на ячейке периодичности. На базе языка APDL выстраивается многошаговый алгоритм, в основе которого лежит суперпозиция решений термоупругих краевых задач. В качестве примера приводится анализ влияния скорости изменения температуры и объемного содержания волокон на температурную деформацию ячейки периодичности.