Progressive Failure Analysis of Glass/Epoxy Composites at Low Temperatures

Abstract

Применение композитов в космической и криогенной технике обусловливает необходимость определения механических характеристик армированных волокнами стеклоэпоксидных композитов. Однако в настоящее время отсутствуют результаты экспериментальных и расчетных исследований процесса разрушения стеклоэпоксидного ламината (с концентратором напряжений или без такового) в условияхтермомеханического статического нагружения при низких температурах. Предложена модель, позволяющая рассчитать процесс разрушения в квазиизотропных пластинах композита при низких температурах. Исходное значение предельной нагрузки определяется в упругой постановке. Нагрузка повышается пошагово, для каждого уровня рассчитываются напряжения и оценивается возможное разрушение с помощью соответствующего критеря прочности. Свойства материала в разрушенной части ламината варьируют согласно типу разрушения с использованием ненулевого коэффициента деградациижесткости. Далее выполняется модифицированная итерация Ньютона–Рафсона до момента сходимости. Расчет повторяется для каждого прироста нагрузки вплоть до полного разрушения с оценкой предела прочности. Предложенный метод обеспечивает хорошее согласование между расчетными и экпериментальными результатами при комнатной температуре и -60°С. Оценивается влияние низкой температуры на механизм разрушения пластин из композита.

Використання композитів у космічній і криогенній техніці зумовлює необхідність визначення механічних характеристик армованих волокнами склоепоксидних композитів. Однак до сьогодні відсутні дані експериментальних і розрахункових досліджень процесу руйнування склоепоксидного ломіната (із концентратором напружень або без) в умовах статичного навантаження за низьких температур. Запропоновано модель, що дозволяє розрахувати процес руйнування в квазіізотропних пластинах за низьких температур. Початкова величина граничного навантаження визначається у пружній постановці. Навантаження збільшується ступенево, для кожного рівня розраховуються напруження й оцінюється можливе руйнування за допомогою критерію міцності. Властивості матеріалу в частині ламіната, де мало місце руйнування, варіюють згідно з типом руйнування з використанням ненульового коєфіцієнта деградації жорсткості. Далі виконується модифікована ітерація Ньютона–Рафсона до моменту збіжності. Розрахунок повторюється для кожного приросту навантаження аж до повного руйнування з оцінкою границі міцності. Запропонований метод забезпечує хорошу відповідність між розрахунковими й експериментальними результатами за температури -60°С та кімнатної. Оцінюється вплив низької температури на механізм руйнування пластин із композита.