Uploaded byYury Novozhilov
КЭ анализ пространственного напряженного состояния прошитой стекловолокнистой структуры на мезоуровне
Документ описывает результаты анализа пространственного напряженного состояния стекловолокнистой структуры с использованием КЭ метода Aсnys/LS-DYNA. В нем представлены характеристики материалов, размеры модели, процесс гомогенизации, а также результаты расчетов, включая поведение конструкции под нагрузками и проверки достоверности полученных данных. В заключении приведены значения эффективного модуля Юнга и максимальных напряжений в пучках волокон.
КЭ анализ пространственного напряженного состояния прошитой стекловолокнистой структуры на мезоуровне
- 1. St.Petersburg State PolytechnicalUniversity Computational Mechanics Laboratory ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence www.fea.ru 1 КЭ анализ пространственного напряженного состояния прошитой стекловолокнистой структуры на мезоуровне
- 2. St.Petersburg State PolytechnicalUniversity Computational Mechanics Laboratory ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence www.fea.ru 2 Структура и свойства материалов Материал Модуль Юнга (E) Коэффициен т Пуассона (υ) Стекло 76 GPa 0.3 Эпоксидная смола 3.5 GPa 0.3 Z Y X 2D эскиз 2D фотография композитной структуры 3D фотография композитной структуры Пучок стеклянных волок Эпоксидное связующее
- 3. St.Petersburg State PolytechnicalUniversity Computational Mechanics Laboratory ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence www.fea.ru 3 Размеры модели 15.09 3.75 0.60.08 0.08 8.25 0.25 3.44 1.51 R= 0.3 Z = 8.25 X Y 0 Все размеры даны в мм
- 4. St.Petersburg State PolytechnicalUniversity Computational Mechanics Laboratory ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence www.fea.ru 4 Гомогенизация для пуска волокон Результаты EX = 10.33 GPa GXY = 3.81GPa υxy = 0.2852 EY = 10.33 GPa GYZ = 4.10 GPa υxz = 0.0702 EZ = 44.13 GPa GXZ = 4.10 GPa υxz = 0.0702 ¼ ячейки периодичности 2D фотография композитной структцры 2D эскиз гексагональной укладки NE 12 144 NN 36 861 NDF 73 772 Vf = 56 %
- 5. St.Petersburg State PolytechnicalUniversity Computational Mechanics Laboratory ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence www.fea.ru 5 2D фотография композитной структуры 3D КЭ модель КЭ модель и граничные условия Квадратичные 20-узловые КЭ NE 391 400 NN 1 617 262 NDF 4 851 786 Линейная упругая модель материала UZ(Z=0) = 0 UZ(Z=8.25 mm) = 0.05% * 8.25 mm = 4.125 μm Z=8.25 X Y 0
- 6. St.Petersburg State PolytechnicalUniversity Computational Mechanics Laboratory ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence www.fea.ru 6 Поворот тензора жесткости ~ 40 слоев КЭ 1 1 2 3 2 Ориентация локальных системы координат (LCS) для каждого слоя элементов
- 7. St.Petersburg State PolytechnicalUniversity Computational Mechanics Laboratory ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence www.fea.ru 7 КЭ результаты σz в пучках волокон, Па Без учета поворота LCS C учетом поворота LCS Z X Y Z X Y Z X Y Z X Y
- 8. St.Petersburg State PolytechnicalUniversity Computational Mechanics Laboratory ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence www.fea.ru 8 Проверка достоверности результатов Средние σz (для слоя КЭ), MPa Без учета поворота LCS Аналитическое решение (прямые пучки) 22.1 КЭ решение (учет волнистости) 21.6 C учетом поворота LCS Аналитическое решение (прямые пучки) 20.9 КЭ решение (учет волнистости) 18.9 σz в пучках волокон, Па Z X Y Рассматриваемы слой Z X Y
- 9. St.Petersburg State PolytechnicalUniversity Computational Mechanics Laboratory ANSYS/LS-DYNA Center of Excellence www.fea.ru 9 Эффективный модуль Юнга (EZ) для модели и максимальные σz в пучке стеклянных волокон Особенности геометрии EZ FE, GPa σz max FE, MPa Прямые пучки волокон 38.1 22.2 Волнистые пучки волокон 37.8 25.2 Волнистые пучки волокон и учет поворота LCS 33.2 21.6 Эффективныймодульюнга(EZ),ГПа σzmaxFE,MPa