ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДИК ПРОГНОЗУВАННЯ ПРУЖНИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИТНОГО МАТЕРІАЛУ В СКІНЧЕННОЕЛЕМЕНТНІЙ МОДЕЛІ ОБОЛОНКИ НЕОДНОРІДНОЇ СТРУКТУРИ
Заголовок (російською):
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИК ПРОГНОЗИРОВАНИЯ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА В КОНЕЧНОЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ ОБОЛОЧКИ НЕОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРЫ
Заголовок (англійською):
APPLICATION OF TECHNIQUES FOR PREDICTING ELASTIC PROPERTIES OF THE COMPOSITE MATERIAL IN THE FINITE ELEMENT MODEL OF THE SHELL WITH INHOMOGENEOUS STRUCTURE
Автор(и):
В.А. Баженов
О.П. Кривенко
Автор(и) (англ):
Bazhenov V.A.
Krivenko O.P.
Ключові слова (укр):
тонка пружна оболонка, багатошаровий скінченний елемент, композитний матеріал, мікромеханічні параметри
Ключові слова (рус):
тонкая упругая оболочка, многослойный конечный элемент, композитный материал, микромеханические параметры
Ключові слова (англ):
thin elastic shell, multilayer finite element, composite material, micromechanical parameters
Анотація (укр):
Розглянуто методику врахування у скінченноелементній моделі оболонки неоднорідної структури мікромеханічних параметрів складових композитного матеріалу, що армований односпрямованими волокнами. Визначення ефективних характеристик матеріалу реалізується за структурними параметрами його компонентів на основі відомих методик прогнозування пружних сталих для даної моделі композитного матеріалу. Наведено результати чисельних досліджень багатошарової композитної панелі з використанням різних мікромеханічних методик.
Анотація (рус):
Рассмотрена методика учета в конечноэлементной модели оболочки неоднородной структуры микромеханических параметров компонентов композитного материала, армированного однонаправленными волокнами. Определение эффективных характеристик материала реализуется по структурным параметрам его составляющих на основе известных методик прогнозирования упругих постоянных для данной модели композитного материала. Приведены результаты численных исследований многослойной композитной панели с использованием различных микромеханических методик.
Анотація (англ):
The method of accounting of the finite element model of the shell inhomogeneous structure of the micromechanical component parameters of a composite material is considered. By the inhomogeneity of a shell is meant that (i) its thickness is continuously or stepwise variable and (ii) it consists of combinations of multilayer stacks along the thickness and in plan. The casing of the shell and the ribs reinforcing it can consist of an arbitrary number of layers of varying thickness bonded into a single piece. Each layer can be anisotropic and different from the others. Thus, thin multilayer shells of variable thickness and complex geometry are considered as three-dimensional bodies that can be reinforced with ribs and cover plates, weakened by cavities, channels, and holes, and have sharp bends in the mid-surface.
To simulate the elastic properties of a non-uniform shell material, an approach is used that is based on structuring the material inhomogeneities in thickness and in the shell plane using a multilayer spatial finite element. Materials of the shell layers are presented as homogeneous anisotropic materials with specified elastic properties. It is accepted that any layer materials whose elastic properties are set directly as known technical constants are classified as traditional materials. Those materials whose properties are determined through the micromechanical characteristics of their components belong to the class of composite materials.
Determination of the effective characteristics of a composite material reinforced with unidirectional fibers is realized by the structural parameters of its components on the basis of known methods for predicting elastic constants for a given material model. The results of numerical studies of a multilayer composite panel using various micromechanical techniques are presented.
Публікатор:
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр):
Опір матеріалів і теорія споруд, 2017, номер 98
Назва журналу, номер, рік випуску (рус):
Сопротивление материалов и теория сооружений, 2017, номер 98
Назва журналу, номер, рік випуску (англ):
Strength of Materials and Theory of Structures, 2017, number 98
Мова статті:
Українська
Формат документа:
application/pdf
Документ:
Дата публікації:
03 January 2018
Номер збірника:
Університет автора:
Київський національний університет будівництва і архітектури
Литература:
1. Новые материалы / Колл. авторов. Под научной редакцией Ю.С. Карабасова. – М.: МИСИС, 2002. – 736 с.2. Юскаєв В.Б. Композиційні матеріали: Навчальний посібник. – Суми: Видавництво СумДУ, 2006. – 199 с.3. Марголін Г.Г. Механіки вивчають композити. – К.: Т-во «Знання» УРСР, 1985. – 48 с.4. Мелешко А.И., Половников С.П. Углерод. Углеродные волокна. Углеродные композиты. – М.: Сайнс-пресс, 2007. – 192 с.5. Углеродные волокна и углекомпозиты: Пер. с англ. / Под ред. Э.Фитцера. – М.: Мир, 1988. – 336 с.6. Алфутов Н.А., Зиновьев П.А., Попов Б.Г. Расчет многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов. - М.: Машиностроение, 1984. - 264 с.7. Кучер М.К. Оцінка мікромеханічних моделей прогнозування ефективних констант пружності волокнистих композитів / М.М. Заразовський, Кучер М.К. // Вісник Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут». Серія Машинобудування. – 2010. – №58. – С.24 – 29.8. Бондарь В.Г., Бычков С.А., Король В.Н. Решение проблемы создания авиаконструкций из полимерных композиционных материалов на АНТК "Антонов" // Авиационно-космическая техника и технология: научно-техн. журнал. Вип. 8(43). Нац. аэрокосмич. ун-т им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". – Харьков: ХАИ, 2003. – С. 5-13.9. Кондратенко А.Н. Полимерные композиционные материалы в изделиях зарубежной ракетно-космической техники (Обзор) / А.Н. Кондратенко, Т.А. Голубкова // Конструкции из композиционных материалов. – 2009. – № 2. – С. 24-35.10. Мэттьюз Ф., Ролингс Р. Композитные материалы. Механика и технология – М.: Техносфера, 2004. – 407 c.11. Нарусберг В.Л., Тетерс Г.А. Устойчивость и оптимизация оболочек из композитов. – Рига: Зинатне, 1988. – 297 с.12. Баженов В.А., Кривенко О.П., Соловей М.О. Нелінійне деформування та стійкість пружних оболонок неоднорідної структури. – К.: ЗАТ «Віпол», 2010. – 316 с.13. Баженов В.А., Кривенко О.П., Соловей Н.А. Нелинейное деформирование и устойчивость упругих оболочек неоднородной структуры: Модели, методы, алгоритмы, малоизученные и новые задачи. – М.: Книжный дом «ЛИБРИКОМ», 2013. – 336 с.14. Соловей М.О., Кривенко О.П., Міщенко О.О., Калашніков О.Б. Врахування характеристик композитного матеріалу в скінченноелементній моделі неоднорідної оболонки // Опір матеріалів і теорія споруд. – К.: КНУБА, 2012. – Вип. 89. ‑ C. 172-180.15. Соловей М.О., Кривенко О.П., Міщенко О.О. Визначення ефективних фізико-механічних характеристик односпрямованого волокнистого композитного матеріалу // Опір матеріалів і теорія споруд. – К.: КНУБА, 2013. – Вип. 92. ‑ C. 30-49.16. Болотин В.В., Новичков Ю.И. Механика многослойных конструкций. – М.: Машиностроение, 1980. – 375 с.17. Болотин В.В., Новичков Ю.И. Механика многослойных конструкций. – М.: Машиностроение, 1980. – 375 с.18. Композиционные материалы. В 8-ми т./Под ред. Л.Браутмана и Р.Крока. / Т. 2. Механика композиционных материалов / Под ред. Дж.Сендецки. – М.: Мир, 1978. – 568 с.19. Кристенсен Р. Введение в механику композитов. – М.: Мир. – 1982. – 334 с.20. Аболиньш Д.С. Тензор податливости однонаправлено армированного упругого материала / Д.С.Аболиньш // Механика полимеров, 1965. – №4. – С. 52-59.21. Ванин Г.А. Микромеханика композиционных материалов. – К.: Наукова думка, 1971 – 304 с.22. Кильчинский А.А. Об одной модели для определения термоупругих характеристик материалов, армированных волокнами // Прикл. механика, 1965. – Т.12, №1 – С. 65-75.23. Гоменюк С.И. Применение различных теорий определения упругих характеристик композиционного материала при расчете конструкций / С.И. Гоменюк, С.Н. Гребенюк, В.Е. Ольшанецкий, А.С. Лавренко // Вестн. двигателестроения. — 2009. — № 2. — С. 139-142.
References:
1. Novyie materialyi / Koll. avtorov. Pod nauchnoy redaktsiey Yu.S. Karabasova. – M.: MISIS, 2002. – 736 p.2. Yuskayev V.B. Kompozytsiini materialy: Navchalnyi posibnyk. – Sumy: Vydavnytstvo SumDU, 2006. – 199 p/3. Margolin G.G. Mehaniki vivchayut kompoziti. – K.: T-vo «Znannya» URSR, 1985. – 48 p.4. Meleshko A.I., Polovnikov S.P. Uglerod. Uglerodnyie volokna. Uglerodnyie kompozityi. – M.: Sayns-press, 2007. – 192 p.5. Uglerodnyie volokna i uglekompozityi: Per. s angl. / Pod red. E.Fittsera. – M.: Mir, 1988. – 336 p.6. Alfutov N.A., Zinovev P.A., Popov B.G. Raschet mnogosloynyih plastin i obolochek iz kompozitsionnyih materialov. - M.: Mashinostroenie, 1984. - 264 p.7. Kucher M.K. Otsinka mikromekhanichnykh modelei prohnozuvannia efektyvnykh konstant pruzhnosti voloknystykh kompozytiv / M.M. Zarazovskyi, M.K. Kucher // Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu Ukrainy «Kyivskyi politekhnichnyi instytut». Seriia Mashynobuduvannia. – 2010. – №58. – P. 24 – 29.8. Bondar V.G., Byichkov S.A., Korol V.N. Reshenie problemyi sozdaniya aviakonstruktsiy iz polimernyih kompozitsionnyih materialov na ANTK "Antonov" // Aviatsionno-kosmicheskaya tehnika i tehnologiya: nauchno-tehn. zhurnal. Vip. 8(43). Nats. aerokosmich. un-t im. N.E. Zhukovskogo "HAI". – Harkov: HAI, 2003. – P. 5-13.9. Kondratenko A.N. Polimernyie kompozitsionnyie materialyi v izdeliyah zarubezhnoy raketno-kosmicheskoy tehniki (Obzor) / A.N. Kondratenko, T.A. Golubkova // Konstruktsii iz kompozitsionnyih materialov. – 2009. – N 2. – P. 24-35.10. Mettyuz F., Rolings R. Kompozitnyie materialyi. Mehanika i tehnologiya – M.: Tehnosfera, 2004. – 407 p.11. Narusberg V.L., Teters G.A. Ustoychivost i optimizatsiya obolochek iz kompozitov. – Riga: Zinatne, 1988. – 297 p.12. Bazhenov V. A., Krivenko O. P., Solovei N. A. Nonlinear Deformation and Buckling of Elastic Shells with Inhomogeneous Structure [in Ukraine] – ZAT «Vipol», (Kyiv), 2010. – 316 p.13. Bazhenov V. A., Krivenko O. P., Solovei N. A. Nonlinear Deformation and Buckling of Elastic Shells with Inhomogeneous Structure: Models, Methods, Algorithms, Poorly Studied and New Problems [in Russian]. – Book House "LIBRIKOM" (Moscow), 2013. – 336 p.14. Solovei N. A., Krivenko O. P., Mishchenko O.A., Kalashnikov A.B. Vrakhuvannia kharakterystyk kompozytnoho materialu v skinchennoelementnii modeli neodnoridnoi obolonky // Strength of materials and theory of structures. - K.: KNUBA, 2012. - Vol. 89. – P. 172-180.15. Solovey M.O., Krivenko O.P., Mischenko O.O. Viznachennya efektivnih fiziko-mehanichnih harakteristik odnospryamovanogo voloknistogo kompozitnogo materialu // Strength of materials and theory of structures. – K.: KNUBA, 2013. – Vol. 92. – P. 30-49.16. Bolotin V.V., Novichkov Yu.I. Mehanika mnogosloynyih konstruktsiy. – M.: Mashinostroenie, 1980. – 375 p.17. Kompozitsionnyie materialyi. V 8-mi t./Pod red. L.Brautmana i R.Kroka. / T. 2. Mehanika kompozitsionnyih materialov / Pod red. Dzh.Sendetski. – M.: Mir, 1978. – 568 p.18. Kristensen R. Vvedenie v mehaniku kompozitov. – M.: Mir. – 1982. – 334 p.19. Abolinsh D.S. Tenzor podatlivosti odnonapravleno armirovannogo uprugogo materiala / D.S.Abolinsh // Mehanika polimerov, 1965. – N4. – P. 52-59.20. Vanin G.A. Mikromehanika kompozitsionnyih materialov. – K.: Naukova dumka, 1971. – 304 p.21. Kilchinskiy A.A. Ob odnoy modeli dlya opredeleniya termouprugih harakteristik materialov, armirovannyih voloknami // Prikl. mehanika, 1965. – T.12, N1. – P. 65-75.22. Homenyuk S.I. Primenenie razlichnyih teoriy opredeleniya uprugih harakteristik kompozitsionnogo materiala pri raschete konstruktsiy / S.I. Gomenyuk, S.N. Grebenyuk, V.E. Olshanetskiy, A.S. Lavrenko // Vestn. dvigatelestroeniya. — 2009. — N 2. — P. 139-142.23. Rychkov S.P. MSC. Visual NASTRAN for Windows – M.: NT Press, 2004. – 552 p.24. Vol'mir A.S. Ustojchivost' deformiruemyh sistem. – M.: Nauka, 1967. – 984 p.