Технологии / Техническое руководство
Критерии разрушения композитных лопастей: объяснение
Композит может быть жёстким в одном направлении и иметь иной предел прочности в другом. Критерий разрушения объединяет определённое напряжённое состояние с данными о прочности материала; одной упругой жёсткости недостаточно для определения этой границы.
Индекс разрушения отвечает на конкретный вопрос модели материала.
Смысл зависит от критерия, координат, прочностей и описываемого механизма разрушения. Число ниже единицы не является вероятностью или результатом сертификации.
01 / Оси материала
Направление силы в глобальных координатах не является направлением волокна.
Локальное описание монослоя задаёт направления относительно армирования.
Локальное описание монослоя задаёт направления относительно армирования. Компоненты напряжения необходимо выразить в тех же осях материала до сравнения с направленными данными прочности. Глобальная ось лопасти и направление волокна отдельного слоя не обязательно совпадают.
Поворот системы координат меняет компоненты того же физического тензора напряжений. Он не создаёт новую приложенную нагрузку. Расчёт, объединяющий глобальное нормальное напряжение с локальной прочностью волокна, незаметно сравнивает разные направления, даже если единицы совпадают.
02 / Исходные данные о прочности
Жёсткость и прочность выполняют разные задачи.
Упругие константы описывают связь напряжений и деформаций до моделируемого повреждения.
Упругие константы описывают связь напряжений и деформаций до моделируемого повреждения. Прочности описывают пределы для заданных направлений и знаков нагрузки. Модуль при растяжении не заменяет прочность при растяжении: оба имеют единицы давления, но отвечают на разные вопросы.
Растяжение, сжатие и сдвиг могут требовать разных исходных значений прочности. Если одна формулировка использует положительные модули прочности при сжатии, а другая — отрицательные предельные значения со знаком, их выражения нужно интерпретировать согласованно. Указание семейства материала само по себе не даёт этих направленных значений.
03 / Индекс разрушения
Простое отношение иллюстрирует различие.
В иллюстрации максимального напряжения для одной компоненты положим I = σ/X для растягивающего напряжения σ и предела при растяжении X, оба положительны.
В иллюстрации максимального напряжения для одной компоненты положим I = σ/X для растягивающего напряжения σ и предела при растяжении X, оба положительны. Предполагаемые напряжение 10 MPa и предел 20 MPa дают I = 0.5. Это гипотетическое нормированное сравнение, а не результат для лопасти MARSTON.
Для этого конкретного линейного отношения удвоение того же растягивающего напряжения даёт I = 1. Такой вывод нельзя автоматически переносить на другой критерий с квадратичными членами или меняющимися соотношениями напряжений. I = 0.5 также не означает вероятность разрушения 50% или расход половины ресурса.
04 / Взаимодействие
Сочетание напряжений меняет вопрос.
Критерий максимальной компоненты сравнивает нормальные и касательные компоненты по отдельности.
Критерий максимальной компоненты сравнивает нормальные и касательные компоненты по отдельности. Критерии взаимодействия объединяют компоненты в заданной функции, поэтому напряжения, каждое из которых выглядит ниже своего предела, могут дать иную совместную оценку. Критерий является частью модели, а не лишь оформлением выходных данных.
Описания типа Tsai-Wu включают коэффициент взаимодействия двух нормальных напряжений. Прочности при одноосном нагружении не определяют этот коэффициент однозначно без дополнительного допущения или подходящих данных о взаимодействии. Поэтому знакомое название критерия не устраняет проблему недостающих исходных данных.
05 / Стадии повреждения
Начало повреждения не является всей последовательностью разрушения.
Модель для определённого механизма разрушения может различать отклик волокна и матрицы, растяжение и сжатие.
Модель для определённого механизма разрушения может различать отклик волокна и матрицы, растяжение и сжатие. Эти категории помогают определить, что представляет результат начала повреждения. Они не доказывают, что реальная лопасть имеет однонаправленную структуру, принятую в конкретной математической модели.
Начало определяет условие возникновения повреждения в данной формулировке. Развитие описывает последующее снижение несущего отклика и перераспределение. Упругий индекс постобработки без закона развития не моделирует эту последовательность лишь потому, что его значение пересекает порог. Распространение трещины добавляет другие физические вопросы.
06 / Конструкционный предел
Критерии материала не заменяют другие механизмы.
Панель может потерять устойчивость вследствие выпучивания, даже когда выбранный локальный индекс материала ниже границы начала повреждения.
Панель может потерять устойчивость вследствие выпучивания даже когда выбранный локальный индекс материала ниже границы начала повреждения. При этом клеевая граница раздела также может требовать описания, отличного от описания соседнего монослоя. Нет единого индекса, автоматически охватывающего все эти границы.
Все пять моделей турбин MARSTON используют лопасти из GFRP, но этот факт не определяет структуру их слоёв, данные о направленной прочности или проверенную модель разрушения. Здесь объясняется, как читать критерий и его условия, без указания реальных конструкционных пределов, усталостного ресурса или надёжности.
Связанные технические руководства: Механика отрыва и сдвига клеевых соединений · Поправка на среднее напряжение при усталости ветротурбин · Циклическое нагружение болтов и усталость фланцев.
Общие сведения: Abaqus — Показатели разрушения ортотропного материала при плоском напряжённом состоянии · Abaqus — Начало повреждения волокнистых композитов. Эти источники объясняют отраслевые принципы и отличаются от применимых документов продукции и проектов MARSTON.
Ключевые понятия и условия.
Рассматривайте каждую величину с её отсчётом, единицами и условиями. Общая зависимость не устанавливает значение для конкретной модели.
| Понятие / величина | Смысл / связь | Условия / пределы |
|---|---|---|
| Координаты материала | Направления, связанные с армированием | Определения напряжения и прочности должны совпадать |
| Модуль упругости | Отклик «напряжение–деформация» | Не прочность при разрушении |
| Направленная прочность | Направление нагрузки и знак растяжения или сжатия | Необходимый входной параметр критерия |
| Индекс разрушения | Безразмерная функция модели | Не вероятность разрушения |
| Развитие повреждения | Отклик после начала повреждения | Отдельно от упругого индекса |
Инженерные вопросы.
Обязательно ли более жёсткий композит имеет более высокую прочность?
Нет. Жёсткость и прочность — разные свойства, требующие отдельных описаний.
Почему важны направления материала?
Направленную прочность нужно сравнивать с компонентой напряжения, выраженной в соответствующем локальном направлении.
Доказывает ли индекс ниже единицы безопасность лопасти во всех отношениях?
Нет. Он относится к выбранному критерию и исходным данным, а не ко всем механизмам конструкции или границ раздела.
Является ли индекс разрушения вероятностью?
Нет. Это нормированная величина модели, а не статистический результат оценки надёжности.
Моделирует ли начало повреждения весь процесс роста трещины?
Нет. Последующее развитие и распространение требуют дополнительных описаний.
Определяет ли GFRP реальные значения прочности этих турбин?
Нет. GFRP подтверждает семейство материала, а не набор прочностей конкретного ламината или проверенный критерий.
Технический запрос
Обсудите технический вопрос.
Композит может быть жёстким в одном направлении и иметь иной предел прочности в другом. Для инженерного обсуждения предоставьте модель и соответствующие эксплуатационные или проектные данные.