Динамика удара - Зукас Дж. А.
Скачать (прямая ссылка):
1 ] Представленный здесь метод определения зон разрушения неточен, его можно применять только для определения точек или поверхностей (в плоской задаче линий), в которых впервые достигается критерий разрушения. Решение задачи с определением зон разрушения должно строиться с использованием в области разрушения иных, чем в неразрушенной области, определяющих уравнений, характеризующих механическое поведение разрушенного материала В результате граница, разделяющая разрушенную и неразрушенную зоны, будет существенно отличаться от границы, определяемой по методу данной работы условием ае = = \.-Прим ред. зо
Г. і а всі 1
нел» 300/эпоксидный заполнитель (изготовленный из высокопрочных графитовых волокон с умеренным модулем упругости).
Для сокращения до минимума числа переменных было принято, что мишень плоская, укладка волокон псевдоизотропная, а толщина мишени в направлении удара велика в сравнении с радиусом ударника, так что нужно рассматривать лишь локальные напряжения и деформации. Ударник представлял собой стальную сферу диаметром 3,81 см. Свойства использованных для анализа композитных мишеней приведены в табл. 1.2. Свойства стального ударника были следующими: E1 = = 200 ГПа; V1 =0,33; р = 7,97- IO3 кг/м3. Результаты, иллюстрирующие влияние свойств волокон на зоны разрушения в графито-эпоксидных композитах, приведены в табл. 1.3. Используя объем зоны разрушения в качестве критерия для распределения материалов по сопротивлению удару, можно видеть, что материал «Торнел» 300/эпоксид обладает большей сопротивляемостью удару, чем остальные два материала.
Таблица 1.2. Свойства использованных для анализа композитных материалов
Свойство Материал
GY 70 E H MS; E T 300/Е GL/E
Модуль Юнга Er, ГПа 102,1 76,6 55,2 30,5
Модуль Юнга Ez, ГПа 6,96 9,66 12,2 20
Модуль сдвига Gr, ГПа 4,14 5,86 5,86 5,9
Коэффициент Пуассона Vr 0,318 0,305 0,30 0,32
Коэффициент Пуассона V2 0,005 0,009 0,0202 0,091
Предел прочности на растяжение arf, M Па 230,5 343 525,8 631,3
Предел прочности на растяжение Gzn МПа 20,7 52,4 46,9 75,9
Предел прочности на сжатие Grc, МПа 230,5 327 545,8 522 *
Предел прочности на сжатие Gzc, МПа 186 225 227,7 200
Предел прочности на сдвиг Gzr, MПа 59,3 94,5 121,4 62,1
Чтобы выяснить, можно ли улучшить сопротивляемость удару материала с волокнами «Торнел» 300, были проведены дальнейшие исследования по определению изменений размеров зоны разрушения в зависимости от свойств заполнителя. При этом опять было принято, что мишень полубесконечна, распределение волокон псевдоизотропное, а ударник-стальной шарик диаметром 3,81 см. В качестве заполнителей были выбраны три резиноподобных материала: высокомодульная резина (Er = 6,9 ГПа), резина с умеренным модулем (Er = 3,45 ГПа) и низкомодульная резина (Er= 1,725 ГПа). С помощью имеющихся аналитических методов (например, [13]) были рассчитаны упругие и прочностные параметры композитов с однонаправленной ориентацией волокон и псевдоизотропных слоистых пластиков, изготовленных из волокон «Торнел» 300 и разных резиноподобных заполнителей. По определенным таким образом параметрам материалов мишеней были рассчитаны зоны ударного разрушения. На рис. 1.16 показаны зоны Разрушение композитных материалов
31
Таблица 1.3. Влияние свойств волокон на характеристики зон разрушения при постоянной скорости удара 2,54 м/с
Материал q0, МПа а, мм Yg, мм мм X11 мм
GY 70/эпоксид 676,2 2,23 4,72 4,95 4,82
«Модмор» И/эпок-
сид 855,6 2,1 4,34 4,09 4,21
T 300/эпоксид 924,6 2,06 4,57 3,58 4,03
п Эквивалентный радиус зоны разрушения определяется Y= j/y^Yr
разрушения в композитах, изготовленных с применением указанных выше трех заполнителей, а также в композите с гипотетическим заполнителем (обозначенным ULE-ME), имеющим сверхнизкий модуль упругости и умеренную прочность. Видно, что свойства матрицы (заполнителя) оказывают значительное влияние на размеры области разрушения. Для уменьшения эффекта ударного разрушения нужно использовать заполнитель с низким значением упругого модуля и высокой прочностью.
,||!!;, Ном позит
Зона
разрушения
«Торнел» /эпоксид
Wpi
' ная укладка в плоскостях)
Pii «ж
V J /(псевдоизо/Проп
I
n4
Зоны
разрушения
Т300/ЬЛ 1(7,677)
тзоо/тши?
<T3Q0/IU20,968)* TMO/ULE-WO/ME (3,677)*
Рис. 1.16. Разрушение, возникающее при ударе со скоростью 2,54 м/с стальной сферы диаметром 38,1 мм по полубесконечным композитны'м мишеням, изготовленным из волокон «Торнел» 300 и различных заполнителей.
Тип Обозна- Модуль Юнга, Прочность, МПа Модуль Коэффи-заполнителя чение ГПа сдвига, циент
--ГПа Пуассона
растя- сжатие растя- сжатие жение жение
Низкий E LE 1,724
Средний E ME 3,448
Высокий E HE 6,895
ULE-
ME 0,689
1,517 37,92 62,05 0,579 0,4
3,792 93,08 144,79 1,331 0,36
5,930 91,01 310,27 2,503 0,28
0,689 93,08 144,79 0,241 0,43
*] Площадь поперечного сечения зоны разрушения, мм2. 32
Г лава 2
1.2.2. ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ МИШЕНИ
Как было показано в разд. 1.1.1 и 1.1.2, толщина и (или) гибкость мишени оказывают заметное влияние на величину и характер распределения поверхностных давлений, размеры площадки контакта и продолжительность контакта. Толщина мишени влияет на положение места возникновения ударного разрушения (рис. 1.17). Здесь представлена за-
