Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




19.11.2018


17.11.2018


17.11.2018


11.11.2018


11.11.2018


11.11.2018


09.11.2018


05.11.2018


02.11.2018


26.10.2018





Яндекс.Метрика
         » » Моделирование напряженно-деформированного состояния каркасных композитов при нагружении

Моделирование напряженно-деформированного состояния каркасных композитов при нагружении

31.03.2016

Поведение композиционных материалов при воздействии внешней нагрузки во многом определяется напряженно-деформированным состоянием (НДС) в его структурных элементах. Так как компоненты KCM имеют различные упругопрочностные свойства, нагрузка, приложенная к композиту, распределяется по объему неравномерно. В структуре материала при значительной неоднородности возникают области с концентрацией напряжений, и в них зарождаются микротрещины. Изучив влияние структурообразующих факторов на НДС, можно установить, при каких характеристиках компонентов концентрация напряжений в структуре будет минимальной. Используя эти данные при проектировании состава композитов, можно полнее использовать работу всех его компонентов и улучшить эксплуатационные свойства.
С целью выяснения влияния структурных факторов на напряженно-деформированное состояние KCM при действии внешней нагрузки целесообразно использовать методы конечных элементов. В них рассматриваются плоские и объемные расчетные модели. Бетоны обычно моделируются плоской расчетной моделью с одним включением. При проведении расчетов модель разбивается на определенное число элементов конечных размеров чаще всего треугольной или четырехугольной формы. В пределах этих элементов сначала определяют деформации, а затем по закону Гука и напряжения, которые представляются в виде коэффициентов концентрации напряжений, выражающих отношение максимальных напряжений к интенсивности внешней сжимающей условной нагрузки, определяемой как отношение суммарной внешней узловой силы к длине модели.
Моделирование напряженно-деформированного состояния каркасных композитов при нагружении

Расчетная модель, составленная для изучения НДС каркасных композитов, показана на рис. 2.11. Она разбивалась на 172 элемента треугольной формы. Ее загружение производилось сжимающей нагрузкой по верхней грани в узлах. Для каркасных композитов важным является выяснение влияния на НДС соотношения жесткостей заполнителя, клея каркаса и матрицы, формы заполнителя и толщины клея на его зернах.
При оптимизации структурных показателей клея каркаса отношение толщины пленки связующего к диаметру заполнителя варьировалось в пределах от 0,05 до 0,1, а соотношение модулей упругости клея каркаса и заполнителя изменялось от 0 до 0,75.
Для изучения напряженного состояния композита каркасной структуры возьмем 7 уровней отношений модулей упругости клея к заполнителю: 0; 0,01; 0,05; 0,1; 0,25, 0,5; 0,75. Нулевому уровню соответствуют напряжения в композите обычной структуры без клеевой пленки на заполнителе.
Моделирование напряженно-деформированного состояния каркасных композитов при нагружении

Установлено, что изменение концентрации растягивающих напряжений происходит в больших пределах В матрице, например, коэффициент концентрации растягивающих напряжений изменяется от 0,01 при Е3/Е1 = 0,1 до 0,25 при Е3/Е1 = 0,01. Сжимающие напряжения при этом изменяются незначительно. В заполнителе растягивающие напряжения уменьшаются с увеличением Е3/Е1 до величины 0,05. При соотношении модулей упругости более 0,05 напряжения в заполнителе возрастают (рис. 2.12).
На рис. 2.13 показано изменение концентрации напряжений от соотношения модулей упругости заполнителя и матрицы при значении модуля упругости клея, равном 0,1E1. С увеличением значения E1 существенно возрастает концентрация напряжений в матрице, клее и особенно в заполнителе.
Графики полученных зависимостей коэффициентов концентрации напряжений от величины t/g при соотношении модулей упругости клея и заполнителя 0,01 и 0,1 представлены на рис. 2.14. Анализируя изменение этих коэффициентов, приходим к выводу, что с увеличением t/d растягивающие напряжения в клее и матрице несколько увеличиваются, а в заполнителе — уменьшаются.
Моделирование напряженно-деформированного состояния каркасных композитов при нагружении

Форма зерен реального заполнителя может отличаться от сферы, поэтому были исследованы модели с различной формой включений. Отношение их объемов к общему объему модели принималось равным 0,24. Отклонение от круговой формы заполнителя приводит к увеличению концентрации напряжений (табл. 2.3). Наиболее значительный ее рост по отношению к круговой форме наблюдается в моделях с включением ромбических структур, ориентированных большой осью в сторону направления действия внешней нагрузки.
Моделирование напряженно-деформированного состояния каркасных композитов при нагружении

Анализ напряженного состояния каркасного композита позволил определить его оптимальную структуру, в которой структурные напряжения существенно снижаются клеевым слоем. С данной точки зрения наиболее рационально следующее соотношение модулей упругости заполнителя, матрицы и клея: 1:0,3 — 0,5:0,05 — 0,1, причем желательно иметь клей каркаса с повышенными значениями прочности на растяжение. Это достигается, например, путем дисперсного армирования клея каркаса.