Analiza statystyczna parametrów wytrzymałościowych w procesie zniszczenia kompozytów włóknistych z wykorzystaniem procesu Markowa (A statistical analysis of strength parameters of fibrous composites at failure using the Markov process)

Chatys, Rafał (2013) Analiza statystyczna parametrów wytrzymałościowych w procesie zniszczenia kompozytów włóknistych z wykorzystaniem procesu Markowa (A statistical analysis of strength parameters of fibrous composites at failure using the Markov process). Monografie, Studia, Rozprawy (M52). Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce.

Preview

Tekst M52.pdf Download (16MB) | Preview

Streszczenie

W monografii opracowano model matematyczny zmęczeniowych zmian właściwości kompozytu symetrycznego i niesymetrycznego, składającego się z tkaniny jednokierunkowej na osnowie żywicy poliestrowej i epoksydowej, wytworzonych odpowiednio metodą worka próżniowego i metodą kontaktową. Zdefiniowano podstawowe wielkości parametrów wytrzymałościowych materiałów kompozytowych (na przykładzie krzywej S-N i wytrzymałości resztkowej) z uwzględnieniem tendencji modyfikacji. Uwypuklono złożoność określenia modyfikowanych parametrów zmęczeniowych poprzez zwiększającą się liczbę stałych materiałowych, dla których w większości nie podano wskazań co do sposobu określenia oraz nie przeprowadzono też ich doświadczalnej weryfikacji dla obciążeń wielostopniowych. W monografii została podjęta próba analizy wpływu metod technologicznych formowania włóknistych materiałów kompozytowych na jakość otrzymanych laminatów, ich właściwości wytrzymałościowe. Podstawą opisu procesów zmęczeniowych (badań przygotowawczych - rozdz. 5, ze wstępną analizą parametrów technologicznych różnych metod wytwarzania WMK) była analiza statystyczna parametrów wytrzymałościowych, a w konsekwencji wypracowanie metodologii badań wytrzymałościowych uwzględniającej nie tylko wytwarzanie kompozytu, ale i dobór procesu kształtowania wymiarowego (cięcia). Analiza statystyczna określiła związek pomiędzy stanem obciążenia wiązek włókien oraz kompozytu, potwierdzając (kryterium hipotezy dla poziomu istotności α = 0,05) słuszność przyjętych hipotez o normalnym i logarytmiczno-normalnym rozkładzie wartości naprężeń normalnych dla wiązek włókien oraz próbek otrzymanych z WMK z różną bazą pomiarową (LBP) badanych kompozytów. Korzystając z zaproponowanej analizy statystycznej prześledzono zmiany wytrzymałości z uwzględnieniem zjawisk wynikających ze zmiany bazy pomiarowej próbek (efekt skali, destrukcję, rozwarstwienia). Rezultaty przeprowadzonych badań wskazują na wyższe wartości wytrzymałościowe kompozytów o osnowie polimerowej wytwarzanych metodami wtłaczania żywicy poprzez wytworzone podciśnienie w formach zamkniętych (tzw. „formowania infuzyjnego pod próżnią”, jak infuzji, L-RTM, worka próżniowego) niż metodami otwartymi (laminowanie ręczne), wskutek lepszego upakowania makrocząsteczek i utrzymania parametrów technologicznych. Powyższa weryfikacja aspektów technologicznych posłużyła do zaprezentowania nowego zestawu badań przy szacowaniu parametrów wytrzymałościowych, jak krzywej S-N i wytrzymałości resztkowej, w procesie zniszczenia kompozytu polimerowego, z wykorzystaniem procesu Markowa. Poprzez parametry rozkładu statystycznego otrzymano, na podstawie opracowanego modelu probabilistycznego, opis krzywej zmęczeniowej (trwałość) oraz kumulacji zmęczeniowych zniszczeń kompozytu. Analiza uzyskanych wyników obliczeń pokazuje, że rozważany model w miarę dobrze opisuje „niższą część” krzywej zmęczeniowej i średnią wartość wytrzymałości resztkowej (co przedstawiono dla kompozytów warstwowych wytwarzanych metodami próżniowymi). Model może być użyty do „prognozowania życia zmęczeniowego” na różnych poziomach obciążenia zmęczeniowego i do predykcji resztkowego życia zmęczeniowego po jakimś wstępnym obciążeniu zmęczeniowym. Model może być rozszerzony na przypadki asymetrii obciążeń cyklicznych, poprzez „zmiany” dowolnego cyklu, o współczynniku asymetrii R = σ min /σ max na „zastępczy”, pulsacyjny. Rzetelność modeli została sprawdzona za pomocą danych doświadczalnych. W wyniku uzyskano narzędzie do zunifikowanego i skoordynowanego opisu wytrzymałości statycznej, życia zmęczeniowego, do oceny wytrzymałości resztkowej i prognozy wytrzymałości zmęczeniowej po wstępnym obciążaniu zmęczeniowym. Nie można stwierdzić, że problem już rozwiązano, ale poprzez analizę konkretnych przykładów numerycznych pokazano, że model zasługuje na wnikliwe przestudiowanie, a rozwinięcie tego modelu może być celowe. Powyższe podejście, wykorzystując metodę statystyczną, wymaga dalszych prac weryfikacyjnych polegających na zróżnicowaniu i rozszerzeniu bazy danych (zwiększenia ilości danych eksperymentalnych) z uwzględnieniem jakości i architektury materiału i może być podstawą do budowy modelu według teorii łańcuchów Markowa dla kompozytu

Biblioteka Cyfrowa

Podgląd