Determination of elastic characteristics for a package of monolayers thin-walled plates from composite fibrous materials
Saved in:
| Title: | Determination of elastic characteristics for a package of monolayers thin-walled plates from composite fibrous materials |
|---|---|
| Source: | Mechanics and Advanced Technologies; Vol. 7 No. 2 (98) (2023); 155-159 Mechanics and Advanced Technologies; Том 7 № 2 (98) (2023); 155-159 |
| Publisher Information: | "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", 2023. |
| Publication Year: | 2023 |
| Subject Terms: | розрахункові моделі, модулі пружності, Poisson's ratios, carbon tape, композиційні матеріали, composite materials, elastic modulus, закон Гука, вуглетканина, plane stress state, коефіцієнти Пуассона, multilayer thin-walled plates, computational models, Hooke's law, плоский напружений стан, carbon fabric, вуглестрічка, багатошарові тонкостінні пластини |
| Description: | An analytical method for calculating the equivalent elastic characteristics of anisotropic multilayer plates made of composite fibrous materials is laid out. The main assumptions taken into consideration when calculating elastic moduli and Pousson's coefficients are that fibers are elastic materials with orthotropic mechanical characteristics that deform together when multilayer plates are loaded. Analytical methods for calculating effective modulus of elasticity most common in practical applications of applied mechanics are laid out in the list of cited publications. These include the rules of the mixture, the model proposed by Hill and Khashin, the model of Kilchinsky, the methods of Vanin and L.P. Khoroshun. Numerical methods for determining the elastic mechanical properties of reinforced unidirectional and layered composite materials are based on information technologies of finite-element modeling of representative volumes of composite materials and solving a number of boundary value problems for them. For the constructions of thin-walled plates with composite fibrous materials, traditional calculation schemes are used, for which the plane stress state is typical. The stress-strain relationship for a monolayer of plates loaded at an arbitrary angle is presented in the form of Hooke's law for aniotropic materials. Deformations of a package of monolayers with composite fibrous materials in a plane elastic-deformed state are determined, as for a monolayer, by four independent elastic constants. With the use of a universal calculation model based on the equations of applied mechanics, the results of the calculations of elastic moduli and Poisson's coefficients were obtained for a package of monolayers of thin-walled plates with composite fibrous materials made of carbon fiber and carbon fiber. Research results are presented in an analytical and graphic form. The influence of the construction structure of composite fibrous materials of thin-walled plates on its mechanical properties and their dependence on the angle of the force load vector is presented. The research results can be used to determine the rational mechanical properties of multilayer composite plates, taking into account their structural and technological purpose in various industries. Наведено аналітичний метод розрахунку еквівалентних пружних характеристик анізотропних багатошарових пластин з композиційних волокнистих матеріалів. Основні припущення, прийняті під час розрахунку модулів пружності та коефіцієнтів Пуссона, зводяться до того щo волокна – пружні матеріали з ортотропними механічними характеристиками, які при силовому навантаженні багатошарових пластин деформуються разом. Найбільш поширені в практичних додатках прикладної механіки аналітичні методи розрахунку ефективних модулів пружності наведені в переліку цитованих публікацій. До них віднесено правила суміші, модель запропонована Хіллом та Хашином, модель Кільчинського, методи Ваніна та Л.П.Хорошуна. Чисельні методи визначення пружних механічних властивостей армованих односпрямованих та шаруватих композитних матеріалів засновані на інформаційних технологіях скінченно-елементного моделювання представницьких обсягів композитних матеріалів та вирішення ряду крайових завдань для них. Для конструкцій тонкостінних пластин з волокнистими композиційними матеріалами застосовані традиційні розрахункові схеми, для яких типовим є плоский напружений стан. Співвідношення напруження-деформації для моношару пластин, навантаженого під довільним кутом представлені у вигляді закону Гука для аніотропних матеріалів. Деформації пакета моношарів з композиційними волокнистими матеріалами при плоскому пружно-деформованому стані визначаються, як і для моношару, чотирма незалежними постійними пружними. З використанням універсальної розрахункової моделі на основі рівнянь прикладної механіки отримано результати обчислень еквівалентних модулів пружності та коефіцієнтів Пуассона для пакету моношарів тонкостінних пластин з композиційними волокнистими матеріалами з вуглетканини та вуглецю. Результати досліджень представлені в аналітичній та графічній формі. Показано вплив структури побудови композиційних волокнистих матеріалів тонкостінних пластин на механічні властивості та їх залежність від кута силового навантаження вектора. Результати досліджень можуть використовуватися для визначення раціональних механічних властивостей багатошарових композиційних пластин з урахуванням їхнього конструктивно-технологічного призначення в різних галузях промисловості. |
| Document Type: | Article |
| File Description: | application/pdf |
| Language: | Ukrainian |
| ISSN: | 2521-1943 2522-4255 |
| Access URL: | https://journal.mmi.kpi.ua/article/view/287711 |
| Rights: | CC BY |
| Accession Number: | edsair.scientific.p..29d68480ab3c40fefb75b5f268675b5e |
| Database: | OpenAIRE |
Nájsť tento článok vo Web of Science | Abstract: | An analytical method for calculating the equivalent elastic characteristics of anisotropic multilayer plates made of composite fibrous materials is laid out. The main assumptions taken into consideration when calculating elastic moduli and Pousson's coefficients are that fibers are elastic materials with orthotropic mechanical characteristics that deform together when multilayer plates are loaded. Analytical methods for calculating effective modulus of elasticity most common in practical applications of applied mechanics are laid out in the list of cited publications. These include the rules of the mixture, the model proposed by Hill and Khashin, the model of Kilchinsky, the methods of Vanin and L.P. Khoroshun. Numerical methods for determining the elastic mechanical properties of reinforced unidirectional and layered composite materials are based on information technologies of finite-element modeling of representative volumes of composite materials and solving a number of boundary value problems for them. For the constructions of thin-walled plates with composite fibrous materials, traditional calculation schemes are used, for which the plane stress state is typical. The stress-strain relationship for a monolayer of plates loaded at an arbitrary angle is presented in the form of Hooke's law for aniotropic materials. Deformations of a package of monolayers with composite fibrous materials in a plane elastic-deformed state are determined, as for a monolayer, by four independent elastic constants. With the use of a universal calculation model based on the equations of applied mechanics, the results of the calculations of elastic moduli and Poisson's coefficients were obtained for a package of monolayers of thin-walled plates with composite fibrous materials made of carbon fiber and carbon fiber. Research results are presented in an analytical and graphic form. The influence of the construction structure of composite fibrous materials of thin-walled plates on its mechanical properties and their dependence on the angle of the force load vector is presented. The research results can be used to determine the rational mechanical properties of multilayer composite plates, taking into account their structural and technological purpose in various industries.<br />Наведено аналітичний метод розрахунку еквівалентних пружних характеристик анізотропних багатошарових пластин з композиційних волокнистих матеріалів. Основні припущення, прийняті під час розрахунку модулів пружності та коефіцієнтів Пуссона, зводяться до того щo волокна – пружні матеріали з ортотропними механічними характеристиками, які при силовому навантаженні багатошарових пластин деформуються разом. Найбільш поширені в практичних додатках прикладної механіки аналітичні методи розрахунку ефективних модулів пружності наведені в переліку цитованих публікацій. До них віднесено правила суміші, модель запропонована Хіллом та Хашином, модель Кільчинського, методи Ваніна та Л.П.Хорошуна. Чисельні методи визначення пружних механічних властивостей армованих односпрямованих та шаруватих композитних матеріалів засновані на інформаційних технологіях скінченно-елементного моделювання представницьких обсягів композитних матеріалів та вирішення ряду крайових завдань для них. Для конструкцій тонкостінних пластин з волокнистими композиційними матеріалами застосовані традиційні розрахункові схеми, для яких типовим є плоский напружений стан. Співвідношення напруження-деформації для моношару пластин, навантаженого під довільним кутом представлені у вигляді закону Гука для аніотропних матеріалів. Деформації пакета моношарів з композиційними волокнистими матеріалами при плоскому пружно-деформованому стані визначаються, як і для моношару, чотирма незалежними постійними пружними. З використанням універсальної розрахункової моделі на основі рівнянь прикладної механіки отримано результати обчислень еквівалентних модулів пружності та коефіцієнтів Пуассона для пакету моношарів тонкостінних пластин з композиційними волокнистими матеріалами з вуглетканини та вуглецю. Результати досліджень представлені в аналітичній та графічній формі. Показано вплив структури побудови композиційних волокнистих матеріалів тонкостінних пластин на механічні властивості та їх залежність від кута силового навантаження вектора. Результати досліджень можуть використовуватися для визначення раціональних механічних властивостей багатошарових композиційних пластин з урахуванням їхнього конструктивно-технологічного призначення в різних галузях промисловості. |
|---|---|
| ISSN: | 25211943 25224255 |