ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 691.7
DOI: 10.18503/1995-2732-2023-21-4-132-139
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). В настоящее время усиливается тенденция замены традиционных конструкционных материалов на композиционные. Высокие удельные механические свойства композитов позволяют проектировать легкие и надежные конструкции. Перспективным научным направлением является разработка композиционных материалов, повышающих механические характеристики за счет совершенствования внешней структуры и технологии изготовления. Технология изготовления композитов Al-Steel с волнообразными контактными поверхностями между алюминием и сталью позволяет обеспечить повышенную прочность соединения слоев. Для проектирования конструкций из композиционных материалов широкое распространение получили интегрированные пакеты конечно-элементных расчетов, позволяющие моделировать влияние различных нагрузок, геометрических размеров и материалов элементов в каждом слое на жесткость композитов. Цель работы. Целью работы является исследование влияния волнового профиля на деформирование слоистого композиционного образца. Используемые методы. С использованием программного комплекса SIMULIA/Abaqus получены кривые прогиба, а также распределения деформации и напряжений вдоль оси Z деформированной сетки по длине образца композита при различных схемах деформирования. Новизна. Впервые проведено моделирование процесса изгиба слоистого композита АМг3-08сп с плоской и волнообразной границами раздела. Результат. Установлено, что создание волнообразной границы раздела сталеалюминиевого композита позволяет обеспечить повышение жесткости изделия. На основании расчетных данных о распределении деформации и напряжений Мизеса в различных слоях композита показано, что причиной снижения величины деформации в композите с волнообразной границей раздела является перераспределение напряжений. Практическая значимость. Результаты исследования позволяют проектировать композиционные материалы с повышенной жесткостью.
Ключевые слова
слоистые композиты, изгиб, деформация, моделирование, метод конечных элементов, жесткость, прочность, сталь, алюминий, напряжения Мизеса, волновой профиль
Для цитирования
Моделирование процесса изгиба сталеалюминиевого композита с волнообразной границей раздела / Пивоварова К.Г., Матвеев С.В., Песина С.А., Могильных А.Е., Пустовойтова О.В., Федосеев С.А. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2023. Т. 21. №4. С. 132-139. https://doi.org/ 10.18503/1995-2732-2023-21-4-132-139
1. Нестеров В.А., Суханов А.С. Моделирование композитного ферменного стержня базового модуля разгонного блока // Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред: материалы XXI Международного симпозиума им. А.Г. Горшкова. М.: ООО «ТРП», 2015. С. 148-149.
2. Волков-Богородский Д.Б., Власов А.Н. Моделирование гиперупругих композитов с малыми добавками дисперсных наполнителей. Масштабные эффекты в нанокомпозитах. URL: https://tesis.com.ru/ infocenter/downloads/abaqus/abaqus_es15_7.pdf
3. Задачи моделирования и оптимизации панелей переменной жесткости и конструкций из слоистых композитов / А.И. Боровков, Д.В. Мамчиц, А.С. Немов, А.Д. Новокшенов // Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 2018. №1. С. 113-122.
4. Development of an ABAQUS™ plug-in for predicting composite plates stiffness with in-plane periodicity / Wu D.J., Mei Z., Zhu Y., Hu H. // SoftwareX. 2023, vol. 21, no. 6, 101281. DOI: 10.1016/j.softx.2022.101281
5. Применение самозаклинивающихся структур: демонстрация концепции на основе КЭ-моделиро-вания / Д.В. Константинов, С.В. Матвеев, А.М. Пе-син, А.Г. Корчунов, К.Г. Пивоварова // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2023. Т. 21. №1. С. 93-99. DOI: 10.18503/19952732-2023-21-1-93-99
6. FEM simulation of fabrication of Al-steel layered composites with mechanical bonding through the interfacial concavo-convex lock effect / Pesin A., Pustovoitov D., Biryukova O., Ilyina N. // Procedia Manufacturing. 2020, vol. 50, no. 1, pp. 579-583. DOI: 10.1016/j.promfg.2020.08.104
7. Асимметричная прокатка листов и лент: история и перспективы развития / А.М. Песин, Д.О. Пустовойтов, О.Д. Бирюкова, А.Е. Кожемякина // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2020. Т. 20. №3. С. 81-96.
8. Особенности процесса аккумулирующей прокатки многослойных металлических материалов / А.М. Пе-син, Д.О. Пустовойтов, К.Г. Пивоварова, П. Тандон, А.Е. Кожемякина // Теория и технология металлургического производства. 2020. №3(34). С. 31-36.
9. Assessment of layerwise user-elements in Abaqus for static and free vibration analysis of variable stiffness composite laminates / Moreira J.A., Moleiro F., Araújo A.L., Pagani A. // Composite Structures. 2023, vol. 303, 116291. DOI: 10.1016/j.compstruct.2022.116291
10. Cho H., Kim D.N. Controlling the stiffness of bistable kirigami surfaces via spatially varying hinges // Materials & Design. 2023, vol. 231, 112053. DOI: 10.1016/ j.matdes.2023.112053
11. Ojo S.O., Zucco G., Weaver P.M. Efficient three-dimensional geometrically nonlinear analysis of variable stiffness composite beams using strong Unified Formulation // Thin-Walled Structures. 2021, vol. 163, 107672. DOI: 10.1016/j.tws.2021.107672
12. Моделирование процессов деформирования слоистых титано-алюминиевых композитов в процессе изгиба / Л.М. Гуревич, Ю.П. Трыков, В.М. Волчков, О.С. Кисилев, В.Ф. Даненко, С.П. Писарев // Известия ВолгГТУ. 2012. №9. С. 11-15.
13. Гуревич Л.М., Даненко В.Ф., Писарев С.П. Влияние параметров волнового профиля границы соединения слоев титано-алюминиевого композита на поведение при растяжении // Известия ВолгГТУ. 2021. №4. С. 48-54. DOI: 10.35211/1990-5297-2021-4-251-48-54
14. Комаров В.А. Повышение жесткости конструкций топологическими средствами // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2003. №1. С. 24-37.
15. Третьяков А.В., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1973. 224 с.