Расчет композитного материала созданого методом намотки

[Fedor 1 632]

Я думаю пропорции тут не принципиальны, важнее выявить общие подходы к подобным конструкциям. Я занимался армогрунтами, там сетки кладут для обеспечения устойчивости склонов. Принцип тот же. В идеале класть по направлению главных напряжений, ну и все к ним и привязывать. Даже собирался сконструировать общую теорию армирования да все времени и настроения не находится. Валяются разные наброски. Поэтому и интересно обсуждать эти подходы. Но по моему убеждению они должны быть едиными и основываться на нормальной механике :) 

[JAR 28]

Непрерывность нити учитывается гипотезой о линейности деформаций

Не понял Вашего замечания. Например, стекломаты из рубленого волокна прекрасно себя ведут, как линейно деформируемые тела, хотя никакой непрерывности там и в помине нет.

Тут-то речь зашла о том, что весь баллон, состоящий из единой нитки, якобы должен вести себя как-то иначе, чем склеенный из слоев той же нитки. Или, может, я неправильно понял, и фраза "вся суть в том, что деталь изготавливается из одной непрерывной нити" подразумевает то, что в нецилиндрических частях углы укладки будут меняться в зависимости от текущего радиуса.

[_Fedor 0]

Ну в них возникает что-то вроде перехлеста который используют при соединении арматуры. 30-40 диаметров есть перехлест и можно считать, что арматура непрерывна. А вот если смесь шариков, то это другое дело. Вообще полезно оценивать вилку Хилла для оценки этого влияния. Понятно, что это крайние случаи, могут быть и промежуточные. Мы тут где-то обсуждали интегральные свойства смесей...

В строительстве используется фибробетон, там маленькие стальные элементы небольшой протяженности и при одинаковом проценте  армирования это не то же самое по свойствам, что и нормальная арматура

[FSA-FSA 249]

Там процентов львиную долю объема занимает волокно, я думаю процентов 80.. (Цифру взял из головы на взгляд, так что поправьте если не прав, буду благодарен).

Процентов 60 получается выдавить при автоклавном формовании из препрегов, Больше можно еще процентов 5...

[_Fedor 0]

Так ясное дело, нить круглая. Я когда бревна в вагоны грузил то пропорция плотного против складского кубометра около 0.5 всегда была. Можно кружки плотно нарисовать да посчитать с пустотами, это предел :)

[Closius 8]

Добрый день.

 

Перелопатил много литературы. На сколько мне хватало знание английского на столько ее понял)

 

Из выбранного мной по методам расчета мотанных конструкций (filament winding) собрал небольшую подборку. Прошу ознакомиться. Всю литературу могу дать, только книги весят по 30 Мб.

 

Fedor:

 

Все-таки армированный бетон и мотанная конструкция - довольно разные вещи. Например при использовании органических волокон (и вроде борных) возможна некоторая диффузия (молекулярное взаимодействие) матрицы с волокном. Далее при перегибах волокон их свойства существенно падают. Было бы очень интересно узнать как учитывать эти эффекты. В теории композитов есть предположение, что адгезия матрицы и волокна не хуже свойств самой матрицы (то есть идеально связано). На самом деле углеродные волокна например смачиваются не очень..   Далее преднапряжение (натяжение нити при намотке) частично или совсем снимается при последующей обработке в автоклаве например.

При воздействии вдоль одного направления это влияет на другое направление. Как?  Хотя мне кажется это учитывается в критерии прочности композитов например Цай-Ву.

 

И это только механика без учета температуры...

 

В общем факторов очень много... Задача определения свойств конечного композита по его составляющим оочень сложна и требует множества экспериментов.

Doc1.pdf

[JAR 28]

@Closius, у меня есть третья и четвертая книги из Вашего списка, там мотаные оболочки считаются именно как СЛОИСТЫЕ. Подозреваю, зная область работы Тарнопольского, что и во второй рассматриваются тоже слоистые материалы. По адгезии есть целая наука, на что только не идут производители, чтобы выполнялось предположение о том, что "адгезия матрицы и волокна не хуже свойств самой матрицы"... например, я не так давно был в лаборатории, в которой для этого в замасливатели волокна вводят нано-трубки.

При воздействии вдоль одного направления это влияет на другое направление. Как?

а вот про это и у Васильева, и у Морозова, и у Лехницкого очень хорошо написано. В любом металле это влияние очевидно и описывается коэффициентом Пуассона. В композитах это влияние неочевидно, и сдвиг может приводить к изгибу, а растяжение - к закручиванию, что описывается матрицами B,C и D. Любой современный CAE-пакет учитывает это влияние.

Я бы все-таки решал Ваш баллон, как слоистый, только ориентацию в нецилиндрической части пришлось бы задавать полем, в котором углы зависят от радиуса. Мне, как самолетчику, с этим проще - у нас только цилиндрические конструкции (нецилиндрические композитные куски почти всегда не являются силовыми).

[Closius 8]

Интересно.

 

про это и у Васильева, и у Морозова, и у Лехницкого очень хорошо написано

 

А если в книге Васильева, то где именно? Ну и в какой его книге конкретно?

 

Любой современный CAE-пакет учитывает это влияние

 

А каким образом? Если я задам ортотропный материал, задам коэффициенты пуансона по направлениям, то учет будет автоматически?

Или там надо специальный материал?

[Fedor 1 632]

Надо же на чем-то новизну с актуальностью выискивать, вот и упражняются в изобретении специальной механики, чтобы удочки не делать. С китайцами все равно не утягаться. Не говоря уж о других. В строительстве тоже любят таким развлекаться, трещинками, агдезиями и прочим в железобетоне. Вы же хотели инженерных подходов, без всяких там молекул и прочей физики. Поэтому надо сводить к нормальной механике континуума а все мутотень сводить в коэффициенты с помощью которых и осуществляется связь математики с физикой в механике. Модули упругости, да коэффициент Пуассона. Ну и в критериях прочности несколько констант. Связующее в основном, чтобы не было потери устойчивости при сжатии. Намазали ткань эпоксидкой, да приклеили. Ну Вы еще и ткете одновременно из ниток. Лучше всего нитки направлять по линиям главных напряжений. Надеюсь хоть это то не оспаривается. Нагельный эффект конечно есть, но это уже вторичное. Правда очень трудно бывает уговорить экспертов, что он защитит от продавливания, хотя и описан в еврокодах и британских стандартах :)   

 

Глупостей всяких навыдумывают каких-то своих механик наизобретают разные чайники, разгребай потом это дерьмо инженерам :)

[Closius 8]

Поэтому надо сводить к нормальной механике континуума а все мутотень сводить в коэффициенты с помощью которых и осуществляется связь математики с физикой в механике. Модули упругости, да коэффициент Пуассона.

 

Я с Вами согласен на счет упрощений!

Только вот не все так просто. Коэффициент Пуассона я полагаю тут зависит от напряжений. Вот в чем соль.

 

На счет адгезий и всего прочего я спросил с целью узнать может быть уже есть возможность это учитывать. Ведь вещи там реально важные могут быть.

 

Глупостей всяких навыдумывают каких-то своих механик наизобретают разные чайники, разгребай потом это дерьмо инженерам

 

Я понимаю, что это сарказм) Такие методики (одна из 10 например) могу двигать прогресс. Только давайте не будет уходить от темы, а то сейчас тут можно много оффтопа написать по этому поводу.

[Fedor 1 632]

"Коэффициент Пуассона я полагаю тут зависит от напряжений" - от 0.2 до 0.4 что практически не скажется на расчетах, а весь сопромат вообще при 0 написан. Из-за такой ерунды откажетесь от него ?    :)

В жб гладкая арматура отличается от рифленой с помощью коэффициентов слегка отлчающихся. Эпоксидка обычно гарантирует прилипание. Как-то считал тонкие ее слои для автотракторных двигателей. Точнее из ремонта для заделки трещин в картере. Да никуда такие мелочи прогресс не двигают, только голову морочит уход с нормальной механики, то есть регресс они обеспечивают. Грунтокопатели обожают пылинки- песчинки- капельки учитывать, а осадки по любому считаются по нормальному модулю упругости, который почему-то называют модулем деформаций для оригинальности видно и потому, что не знают что этим в механике обычно величина обратная, а учет свякой ползучести через эффективный модуль упругости осуществляется. Не обижайтесь, просто механическая и математическая неграмотность любителей новизны с актуальностью надоела, лучше бы прикупили себе немного статусов для визиток и успокоились не мусорили в информационном пространстве  http://consultation.info/    :)

 

Прибалты страсть любят всякой такой ерундой, типа химией механику пободяжить,  голову поморочить и вот чем такое заканчивается http://www.rg.ru/2013/11/22/versii-site.html  :(

[soklakov 1 485]

неграмотность любителей новизны с актуальностью надоела, лучше бы прикупили себе немного статусов для визиток и успокоились

На сегодняшний день "любители" не только ради визиток этим занимаются. Во вполне себе инженерной, прагматичной среде все увеличивается стремление учесть каждую песчинку, частицу, атом, нитку и т.д. Решаются сложные и красивые(с точки зрения анимации) задачи, иногда это действительно актуально, но чаще бесцельно и неэффективно. Словно работа - это время, проведенное на рабочем месте. Вы их, возможно, не видите, в строительство они пока не проникли.

Им не поможет купить корочки, у многих они и так уже есть. Какие еще будут предложения?

[_Fedor 0]

Того не знают, что сохраняя простоту идей мы можем усложнять приложения - как писал Стренг. Один из теоретиков МКЭ.  Верно и обратное. Пускай развлекаются, мне частенько пытаются голову заморочить, когда что-нибудь продать хотят для строительства. Иногда такую чушь несут, что не выдерживаю, ухожу :)

 

Это от математической безграмотности стремятся все учесть. Формулу Тейлора плохо изучали. Раньше было время экспериментального фетишизма, теперь компьютерного. Это из-за того, что действительно стоящих задач не видят, а активность надо демонстрировать. Времена симулякров - считают постмодернисты :)

Изменено 22 ноября 2013 пользователем _Fedor

[Closius 8]

Fedor:

 

Давайте я поясню: мне интересно все это чисто лично. То есть на практике я бы ставил эксперимент. А если бы у меня было НИИ, то я бы ставил серии экспериментов и получал бы зависимости механических характеристик от кол-ва слоев, размеров нити, углов укладки и так далее. Вот это реально инженерный и четкий подход. А все эти теории они и сложны и много чего требуют...

 

Товарищ Harshad Kumar Dharamshi Hansraj Bhadeshia ( http://en.wikipedia.org/wiki/Harshad_Bhadeshia ) например применил нейронные сети для определения свойств металла на основе входящих компонентов. Вначале он их обучил на основе существующих материалов и технологий, а дальше они ему давали свойства в зависимости от входящих компонентов и технологии.

 

http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.28.1397&rep=rep1&type=pdf

[_Fedor 0]

Видал как коэффициент концентрации через усталостные эксперименты определяли. Несколько лет работы. Куча ресурсов, статистики. Я пересчитал за несколько минут, нормально определили. Всего несколько процентов расхождение было. Большая советская наука была :)

Английские ученые и не такое могут. Нейронных сетей точно не достает, чтобы Терминатора 2 сконструировать. Слышал, что они железобетонный принтер изобретают, чтобы дома печатать   :)

Изменено 22 ноября 2013 пользователем _Fedor

[JAR 28]

Коэффициент Пуассона я полагаю тут зависит от напряжений" - от 0.2 до 0.4 что практически не скажется на расчетах

Чтобы пуассон от напряжений зависел, слышу впервые. Что он меняется для композитов от 0.2 до 0.4, слышу уже в сотый раз, поэтому меня давно это не удивляет.

Связующее в основном, чтобы не было потери устойчивости при сжатии.

 

Если посмотреть с точки зрения баллона высокого давления, это верно только в случае геодезической намотки. В других случаях смола все равно заработает на касательные напряжения - их, собственно, и пытаются отловить в КМ. Поэтому изначальная идея "смоделировать намотанный кокон линией, задать ей свойства нити и создать связи с определенными свойствами жесткости" может привести к правильным результатам, только если связующее заведомо возьмет все сдвиги (например, металлическая или керамическая матрица). Но мне эта идея все больше нравится...

[_Fedor 0]

Так при наступлении пластичности, коэффициент Пуассона приближается снизу к 0.5 у стали, например. Поэтому и используют теорию пластического течения... Об этом много где написано... Так связующее для того и применяют, чтобы не превращалось в рессору при растяжении и не теряло устойчивости при сжатии как канат.  Иначе и смысла нет... Я и писал, что оптимальная намотка по главным напряжениям. Все остальные хуже. Вопрос только насколько...

Изменено 24 ноября 2013 пользователем _Fedor

[jtok 857]

Я применяю при расчете изделий из стеклопластика SW. C 2012 версии в нем появились составные композитные оболочки. Сложность была в определении характеристик элементарного слоя, но мы их худо-бедно получили, правда, я не уверен, насколько точно.

Машина намоточная у нас такая - проблемы с выделением одного слоя в ней нет.

Мотаем емкости больших диаметров.

[Closius 8]

Машина намоточная у нас такая - проблемы с выделением одного слоя в ней нет.

Дело не в машине а в схеме намотки.

И даже если выделить слой, то при мотании поверхностей разной кривизны сложно определить углы намотки. Точнее надо както учитывать свойства материала от углов намотки

[jtok 857]

Точнее надо както учитывать свойства материала от углов намотки

Свойства материала от углов намотки учитываются при расчете составных оболочек. Я ссылку выше немного давал. Если точнее, то вот.

В нашем случае углов немного, всего два - "кольцевая намотка", когда шпуля движется медленно и мотается кольцевой слой, угол намотки близок к 90 и "перекрестный" - угол намотки близок к 60 градусам.