Дарья Александровна Бондарчук
◽
Борис Никитович Федулов
◽
Евгений Викторович Ломакин
В настоящей работе изучено влияние наличия остаточных напряжений в образце углерод-эпоксидного композита, сформировавшихся в процессе его производства, на такие возможные дефекты как межслоевое расслоение. Исследование посвящено анализу НДС в регулярных образцах вблизи зоны дефекта в течение цикла отверждения, а также при образовании свободного края в материале после разреза в зависимости от длины трещины. Для моделирования процесса отверждения решалась связанная тепловая и прочностная задача в условиях плоской деформации. Для описания поведения композитного материала в процессе производства, включая процессы формования, полимеризации, развития остаточных напряжений и деформаций, была разработана и реализована специальная пользовательская подпрограмма для ПО ABAQUS. В частности, в данной работе была проанализирована история величин скоростей энерговыделения в режимах раскрытия трещины по механизму нормального отрыва и поперечного сдвига в процессе полимеризации и последующего разрезания с образованием свободного края. Обнаружен незначительный рост значений GI , GII в вершине трещины в процессе полимеризации и многократное превышение этих значений после механического среза. В результате численного моделирования выявлено, что остаточные напряжения не оказывают существенного влияния на рост дефекта в композите на этапе его изготовления, но при приложении дальнейшей нагрузки на образец могут способствовать интенсивному росту расслоения.
In the present study, the effect of presence of residual stresses inherited during manufacturing on delamination defect in carbon-epoxy composite specimen is investigated. The research is devoted to understanding of strain-stress state in regular specimens near defect zone during cure cycle and after free edge cut depending on crack length. To describe the behavior of the composite material during manufacturing process- including processes of formation, polymerization, development of residual stresses and strains, the special user subroutine was developed and implemented in ABAQUS FEM software. The history of energy release rates under mode I, II ( GIc , GIIc) where analyzed over time during process of polymerization and free edge cut. A slight increase in the GI and GII values at the crack tip during polymerization and a multiple excess of these values after a mechanical cut is shown. Obtained by modelling values for stress components are essential and cannot be ignored in consequent structural analysis. The results of the study can be applied for prediction of residual stresses in composite structure by means of simulation and further understanding the nature of fracture of composites.