Моделирование процесса изготовления оболочек методом непрерывной мокрой намотки

Аннотация


В статье представлены основные положения разработанной комплексной расчетно-экспериментальной методики описания поведения и исследование на ее основе напряженно-деформированного состояния системы «оправка – композиционная оболочка» в процессе изготовления оболочки с учетом термовязкоупругого поведения материалов.Использованы результаты экспериментального исследования релаксации материалов оправки и оболочки при нормальных и повышенных температурах и аппарат механики деформированного твердого тела. Численное моделирование осуществлено методом конечных элементов, реализованным в среде ANSYS Mechanical средствами параметрического языка программирования APDL. Стандартные механические испытания образцов материала оправки, связующего и образцов однонаправленного ПКМ проводились в Центре экспериментальной механики ПНИПУ на сертифицированной универсальной электромеханической системе Instron 5882. Расчетно-экспериментальная методика включает в себя: численную процедуру идентификации термомеханических параметров для описания поведения изотропного материала оправки с учетом реологии при нормальной и повышенных температурах; модель термовязкоупругого поведения композиционного материала в процессе намотки и термообработки, сочетающую анизотропию упругого поведения среды с одним независимым вязкоупругим оператором, реализованная в среде Ansys Mechanical APDL; алгоритм построения трехмерного конечно-элементного аналога системы «оправка – оболочка» с технологической оснасткой, который учитывает распределение начальных усилий в оболочке и фрикционный контакт со смазкой на границе сопряжения оправки со сборочным валом; алгоритм определения термовязкоупругого поведения системы «оправка – оболочка», реализованный путем последовательного решения задачи нестационарной теплопроводности и квазистатической краевой задачи механики деформируемого твердого тела. В результате проведенных исследований получены новые данные о пространственно-временном распределении интенсивностей напряжений и нормального давления на внешней поверхности оправки, установленные в результате комплексного исследования на основе вычислительных экспериментов, в том числе при отклонениях от проектных параметров технологического процесса.

Полный текст

3

Об авторах

Л. Р Сахабутдинова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

О. Ю Сметанников

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

  1. Ильюшин, А.А. Основы математической теории термовязкоупругости / А.А. Ильюшин, Б.Е. Победря. – Изд-во «Наука», 1970. – 280 с.
  2. Плумэ, Э.З. Длительная ползучесть органостеклопластика / Э.З. Плумэ, Р.Д. Максимов // Механика композитных материалов. – 2001. – Т. 37, № 4. – С. 435–450.
  3. Васильев, В.В. Механика конструкций из композиционных материалов / В.В. Васильев. – М.: Машиностроение, 1988. – 272 с.
  4. Куимова, Е.В. Численное прогнозирование эффективных термовязкоупругих характеристик однонаправленного волокнистого композита с вязкоупругими компонентами / Е.В. Куимова, Н.А. Труфанов // Вестник СамГУ. Естественнонаучная серия. – 2009. – № 4 (70). – С. 129–148.
  5. Сметанников, О.Ю. Модель вязкоупругого термомеханического поведения волокнистого композита и ее экспериментальная идентификация / О.Ю. Сметанников, Г.В. Ильиных // Прикладная математика и вопросы управления. – 2017. – № 4. – С. 51–72.
  6. Янковский, А.П. Определение термоупругих характеристик пространственно армированных волокнистых сред при общей анизотропии материалов компонент композиции. 1. Структурная модель / А.П. Янковский // Механика композитных материалов. – 2010. – Т. 46, № 5. – С. 663–678.
  7. Янковский, А.П. Моделирование линейно-термовязкоупругого поведения композитов с пространственной структурой армирования / А.П. Янковский // Конструкции из композиционных материалов. – 2016. – № 2. – С. 3–14.
  8. Аношкин, А.Н. Теория и технология намотки конструкций из полимерных композиционных материалов / А.Н. Аношкин. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2003. – 118 с.
  9. Представительный объем и эффективные материальные характеристики периодических и статистически однородно армированных волоконных композитов / В.М. Пестренин, И.В. Пестренина, Л.В. Ландик [и др.] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2023. – № 1. – С. 103–110. doi: 10.15593/perm.mech/2023.1.10
  10. Арутюнян, Н.Х. Контактные задачи теории ползучести / Н.Х. Арутюнян, А.В. Манжиров. – Ереван: Институт механики НАН Армении, 1999. – 320 с.
  11. Манжиров, А.В. Математическая теория растущих тел: уравнения, задачи, приложения / А.В. Манжиров // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. – 2011. – № 4-4. – С. 1603–1605.
  12. Кузнецов, С.И. Задача теплопроводности для растущего шара / С.И. Кузнецов, А.В. Манжиров, И. Федотов // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. – 2011. – № 6. – С. 139–148.
  13. Манжиров, А.В. Моделирование процессов наращивания цилиндрических тел на вращающейся оправке с учетом действия центробежных сил / А.В. Манжиров, Д.А. Паршин // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. – 2006. – № 6. – С. 149–166.
  14. Манжиров, А.В. Моделирование процесса деформирования наращиваемых конических тел / А.В. Манжиров, Д.А. Паршин // Вестник Самарского государственного университета. Естественнонаучная серия. – 2007. – № 4(54). – С. 290–303.
  15. Kordkheili, S.H. On the geometrically nonlinear analysis of sandwich shells with viscoelastic core: A layerwise dynamic finite element formulation / S.H. Kordkheili, R. Khorasani // Compos. Struct. – 2019. – Vol. 230. – A. 111388.
  16. Mechanical behavior of polymer stabilized sand under different temperatures / Yuxia Bai, Jin Liu, Yujun Cui, Xiao Shi, Zezhuo Song, Changqing Qi // Construction and Building Materials. – 2021. – Vol. 290. – A.123237.
  17. Русаков, И.Ю. Основы конструирования и расчета элементов оборудования отрасли: учебное пособие / И.Ю. Русаков, В.Л. Софронов. – Северск: Изд-во СТИ НИЯУ МИФИ, 2018. – 271 с.
  18. Температурные напряжения в упругопластической трубе в зависимости от выбора условия пластичности / Е.П. Дац, Е.В. Мурашкин, А.В. Ткачева, Г.А. Щербатюк // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. – 2018. – № 1. – С. 32–43.
  19. Голуб, В.П. Нестационарная ползучесть линейных вязкоупругих материалов при одноосном растяжении и сжатии / В.П. Голуб, Я.В. Павлюк, П.В. Фернати // Теоретическая и прикладная механика. – 2007. – Вып. 43. – С. 40–49.
  20. Экспериментальные исследования компенсационного способа снижения напряжений в намоточных конструкциях из полимерных композиционных материалов / Р.С. Зиновьев, Ю.А. Мережко, С.Б. Сапожников, Ю.М. Хищенко // Композитный мир. – 2020. – № 4(91). – С. 54–57.
  21. Зиновьев, Р.С. Использование температурного поля в качестве управляющего фактора для снижения остаточных напряжений в намоточной конструкции из армированного реактопласта / Р.С. Зиновьев // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2012. – № 4 (24). – С. 127–134.
  22. Харинова, Ю.Ю. Методика прогнозирования качества изготовления стеклопластиковых оболочек методом намотки: дис. …канд. тех. наук / Ю.Ю. Харинова. – Ижевск, 2017.
  23. The role of mandrel rotation speed on morphology and mechanical properties of polyethylene pipes produced by rotational shear / H. Yang, X. Luo, K. Shen, Y. Yuan, Q. Fu, X. Gao, L. Jiang // Polymer. – 2019. – Vol. 184. – A.121915.
  24. Суходоева, А.А. Совместное деформирование оправки и композиционной оболочки при силовой намотке / А.А. Суходоева // Вестник ПГТУ. Вычислительная математика и механика. – 2000. – С. 52–55.
  25. Суходоева, А.А. Численный анализ напряженно-деформированного состояния и оценка прочности оправок для намотки композиционных оболочек: дис. …канд тех. наук / А.А. Суходоева. – Пермь, 2000.
  26. Kugler, D. The effects of Mandrel material and tow tension on defects and compressive strength of hoop-wound, on-line consolidated, composite rings / D. Kugler, T.J. Moon// Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. – 2002. – Vol. 33. – P. 861–876.
  27. Li, S. Numerical simulation and experimental studies of mandrel effect on flow-compaction behavior of CFRP hat-shaped structure during curing process / S. Li, L. Zhan, T. Chang // Arch. Civ. Mech. Eng. – 2018. – Vol.18. – P. 1386–1400.
  28. Поведение образцов песчано-полимерной композиции в условиях нормальной и повышенных температур при релаксации в области сжатия / А.А. Слетова, С.А. Сафронов, Д.С. Лобанов, О.Ю. Сметанников // Математическое моделирование в естественных науках. – 2018. – Т. 1. – С. 273–277.
  29. Лехницкий, С.Г. Теория упругости анизотропного тела / С.Г. Лехницкий. – М.: Наука, 1977.
  30. Endo, V.T. Linear orthotropic viscoelasticity model for fiber reinforced thermoplastic material based on Prony series / V.T. Endo, J.C.D.C. Pereira // Mech. Time-Dependent Mater. – 2017. – Vol. 21. – P. 199–221.
  31. Asymptotic and numerical homogenization methods applied to fibrous viscoelastic composites using Prony’s series / J.A. Otero, R. Rodríguez-Ramos, R. Guinovart-Díaz, O.L. Cruz-González, F.J. Sabina, H. Berger, T. Böhlke // Acta Mech. – 2020. – Vol. 231. – P. 2761–2771.
  32. Mauro, J.C. On the Prony series representation of stretched exponential relaxation / J.C. Mauro, Y.Z. Mauro // Phys. A Stat. Mech. Its Appl. – 2018. – Vol. 506. – P. 75–87.
  33. Luo, R. Development of Prony series models based on continuous relaxation spectrums for relaxation moduli determined using creep tests / R. Luo, H. Lv, H. Liu // Constr. Build. Mater. – 2018. – Vol. 168. – P. 758–770.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 92

PDF (Russian) - 30

Ссылки

  • Ссылки не определены.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах