WiseTex - прогнозирование структуры и свойств текстильных полимерных композитов
Как достоверно описать архитектуру текстиля? Как преобразовать ее в конечно-элементное описание, избежав манипулирования с моделью вручную? Как описать не-линейное, неконсервативное, необратимое, с внутренним трением механическое пове-дение текстильных (и, шире, волокнистых) материалов? Как учесть наличие поврежден- ности при гомогенизации?
Эти вопросы являются объектом исследования департамента металлургии и ма-териаловедения (Department MTM) Католического университета Лёвена - Katholieke Universiteit Leuven (KUL), Бельгия, включая профессора Степана Ломова. Результатом явилось создание среды текстильного моделирования WiseTex.
Среда моделирования текстильных полотен и текстильных композитов WiseTex включает модели внутреннего строения ткани в свободном и деформированном состоянии, ее сопротивления сжатию, растяжению и сдвигу. Результаты моделирования текстильного армирования являются исходными данными для расчета течения связующего через ткань при пропитке и механических свойств готового композиционного материала.[1]
Рассматривая гомогенизацию на иерархическом уровне, мы сталкивается со следующими классами задач:
- описание внутренней геометрии текстильного материала. Это относится как к описанию переплетения нитей (с обобщенным кодированием переплетения и применением принципа минимума энергии для расчета пространственного положения нитей), так и к описанию геометрии волокон внутри нити. Варьирование структуры (топологии переплетения) ткани - эффективный путь оптимизации текстильного армирования. Математические модели ткани включают в свой состав алгоритмы кодирования структуры переплетения, а программы - пользовательский интерфейс для их редактирования.
-деформирование текстильного армирования при формовании композитной детали. Эта задача включает описание сложного, «странного» (нелинейного) поведения ткани при деформировании
-течение связующего через текстильное армирование при пропитке. Здесь мы сталкиваемся с двумя проблемами: чрезвычайная сложность геометрии и наличие пор двух масштабов (между нитями и между волокнами в нитях).
-гомогенизация механических свойств композита на мезо-уровне (ячейка периодичности). [2]
Ключ к успеху интегрированного моделирования лежит в объединении механики композитов и текстильного материаловедения.
WiseTex- вычислительный инструмент, позволяющий предсказывать свойства материала и его поведение при изготовлении и эксплуатации.
Внутреннее строение тканых и плетеных полотен. Рассматривая ячейку периодичности (раппорт) ткани. Исходными данными для моделирования являются: линейная плотность нитей, их поперечное сечение в свободном состоянии, диаграммы сжатия и изгиба; топология переплетения; плотность ткани (количество нитей на единицу длины/ширины). Результатом расчета геометрии нитей является форма средних линей нитей и изменение размеров сечения вдоль нитей.
Деформирование текстильных структур, используемых в WiseTex:
- Сжатие. Модель сжатия описывает два процесса: изменение изгиба нитей при сжатии полотна и сжатие их поперечных сечений. Результатом расчета являются диаграмма «давление - толщина» для ткани и внутреннее строение сжатой ткани, показанной на рисунке.
Рис. 1 -Диаграмма сжатия многослойной ткани из стекловолокна.
Врезка:рассчитанная форма нити при давлении 300 кПа в сравнении с микрограммой поперечного сечения ткани
- Двухосное растяжение. Натяжение нитей вызывает появление поперечных сил, которые сжимают нити, изменяя размеры их сечений. Поперечные силы изменяют условия равновесия изгиба основы и утка, изменяя высоты волн изгиба. Изменение длины нитей задает (через экспериментальные нелинейные диаграммы растяжения нитей) их натяжения, которые после суммирования дают натяжение ткани, приведшее к заданной деформации.
- Сдвиг. Внутреннее строение тканого полотна после сдвига (неортогональные направления основы и утка) схоже со строением плетеного полотна. Цель расчета - получить для угла сдвига усилие сдвига, при условии заданного (предварительного) натяжения ткани. При расчете сопротивления сдвигу учитываются следующие факторы: трение; изменение изгиба нитей; сжатие нитей по толщине и в плоскости ткани; кручение нитей; работа против поперечных сил при изменении положения нитей по толщине ткани. [3]
ЛИТЕРАТУРА:
1. Delerue J.-F., Lomov S.V., Parnas R.S., Verpoest I., Wevers M.. Pore network modelling of permeability for textile reinforcements // Polymer Composites.- Vol. 24. - N3. - 2003. - P.344-357.
2. Lomov, S.V. Gusakov, A.V. Huysmans, G. Prodromou, A. Verpoest, I. Textile geometry preprocessor for meso-mechanical models of woven composites // Composites Science and Technology. - Vol. 60 - 2000 - P.2083-2095.
3. Lomov S.V, Huysmans G., Luo Y., Parnas R.S., Prodromou A., Verpoest I., Phelan F.R. Textile composites: Modelling strategies // Composites A. - Vol. 32. - N 10. - P. 1379-1394, 2001.
УДК 677.024.1
О.Н.КОВАЛЕНКО, А.А.ТУВИН (Ивановский государственный политехнический университет)
внутренний строение тканый, изгиб нить сжатие, изменение изгиб нить, модель сжатие описывать, сжатие модель сжатие, использовать сжатие модель, сжатие описывать процесс, описывать процесс изменение, сжатие полотно сжатие, полотно сжатие поперечный, изменение изгиб нить сжатие, описывать процесс изменение изгиб, сжатие описывать процесс изменение, модель сжатие описывать процесс, сжатие модель сжатие описывать, процесс изменение изгиб нить, использовать сжатие модель сжатие, сжатие полотно сжатие поперечный, нить сжатие полотно сжатие, изгиб нить сжатие полотно,