Zastosowanie metody elementów skończonych do wyznaczania własności sprężystych kompozytów z włóknami węglowymi.

• Autorzy: Błażewicz S. , Błocki J. , Michałowski J. , Piekarczyk J. , Stodulski M. , Żychowski P.

Warianty tytułu

EN

Application of finite element method to assessment of elastic properties of composite materials with carbon fibers.

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zostały określone efektywne własności sprężyste materiałów kompozytowych metodami numerycznymi, wykorzystując do tego celu program ANSYS, który bazuje na metodzie elementów skończonych. Analizowano mikroskopowy model materiału kompozytowego o jednokierunkowym ułożeniu włókien, które w przekroju poprzecznym kompozytu mogą tworzyć tzw. układy regularne, heksagonalne lub innego typu, zachowując warunek periodyczności. Rozważono w trójwymiarowym cylindrycznym układzie współrzędnych reprezentatywną objętość kompozytu w postaci pierścienia, gdzie kierunek włókien pokrywa się z kierunkiem obwodowym, a pozostałe dwa kierunki, tj. promieniowy i osiowy są prostopadłe do kierunku ułożenia włókien. Obliczenia numeryczne przeprowadzono dla czterech przypadków obciążenia: jednokierunkowego rozciągania w kierunku prostopadłym do kierunku ułożenia włókien; dwukierunkowego rozciągania w kierunkach prostopadłym do kierunku ułożenia włókien; jednokierunkowego rozciągania w kierunku zgodnym z kierunkiem ułożenia włókien; ścinania wzdłuż włókien. Określone w ten sposób wartości stałych materiałowych porównano z wartościami obliczonymi z rozwiązań analitycznych dla różnych udziałów objętościowych włókien izotropowych.

EN

Numerical methods with the use of ANSYS program, based on finite element method, to determine effective elastic properties of composite materials, have been used. Microscopic composite model with undirectional array of fibers was analyzed. Regular, hexagonal and other systems of fibers arrangement in the cross section of composite under condition of periodicity were taken into account. Representative composite volume in the form of ring, in three dimensional cylindrical geometry was considered. In this geometry the fibers direction corresponded with the circumferential direction of ring, whereas two other directions, namely radial and axial were perpendicular to the fibers array. Numerical calculations for four types of loading were made: unidirectional stretching perpendicularly to the fibers direction, two- directional stretching perpendicularly to the fibers direction, unidirectional stretching along the fibers, and shearing along the fibers.

Słowa kluczowe

PL

metoda elementów skończonych; własności sprężyste; włókna węglowe; materiał kompozytowy; kierunek ułożenia włókien; metody numeryczne

EN

finite element method; elastic properties; carbon fibers; composite material; fibers direction; numerical method

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2001
• Tom: R. XXII, nr 6
• Strony: 1041--1045
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys.

Twórcy

autor

Błażewicz S.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

autor

Błocki J.

• Instytut Fizyki Jądrowej w Krakowie

autor

Michałowski J.

• Instytut Fizyki Jądrowej w Krakowie

autor

Piekarczyk J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

autor

Stodulski M.

• Instytut Fizyki Jądrowej w Krakowie

autor

Żychowski P.

• Instytut Fizyki Jądrowej w Krakowie

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Kraków

Bibliografia

• [1] Kang S. I., Rentzpis G. M.: On the Determination of Physical Properties of Composite Materials by a Three-Dimensional Finite-Element Procedure, Composite Materials: Testing and Design, Third Conference, American Society for Testing and Materials, Williamsburg, Va., 21-22 March 1973
• [2] Nedele M. R., Wisnom M. R.: Finite element micromechanical modelling of a unidirectional composite subjected to axial shear loading, Composites, Vol. 25, No. 4, 263- 272, 1994
• [3] Adams D. F., Crane D. A.: Finite element micromechanical analysis of a unidirectional composite including longitudinal shear loading, Composite and Structures, Vol. 18, 1984, No. 6, 1153- 1165
• [4] Eischen J. W., Torquato S.: Determining elastic behavior of composites by the boundary element method, J. Appl. Phys. Vol. 74, 1993, No. 1, 159-170
• [5] Hill R.: Elastic Properties of Reinforced Solids: Some Theoretical Principles, J. Mech. Phys. Solids, Vol. 11, 1963, 357-372
• [6] Christensen R. M.: Mechanics of Composite Materials, John Wiley, New York, 1979
• [7] Nowacki W.: Teoria sprężystości, PWN, Warszawa, 1970
• [8] Structural Materials Handbook, European Space Research and Technology Centre, Noordwijk, The Netherlands, 1994
• [9] Piekarczyk J.: Własności włókien węglowych i grafitowych, rozd. 6., Włókna węglowe, (red. Pampuch R.), Wydawnictwo AGH, Kraków, 1986
• [10] Dresselhaus M. S., Dresselhaus G., Sugihara K. , Spain I. L., Goldberg H. A.: Graphite Fibers and Filaments, Springer-Velag, Berlin, 1988