Istraživači iz Skoltech Petroleum Centra predstavili su nove rezultate koji će poboljšati predviđanja preraspodele napona koji se koriste u modelima čvrstoće kompozitnih materijala, što će rezultirati manjim brojem testova i troškova potrebnih za njihovu proizvodnju.
Autori su unapredili prethodno kreirani model uzimajući u obzir činjenicu da vlakna u kompozitnim materijalima mogu biti pogrešno poravnata, što značajno utiče na predviđanja modeliranja. Novi rad je objavljen u časopisu Kompoziti, deo A: primenjena nauka i proizvodnja.
„Kompozitni materijali su proučavani mnogo decenija, ali uprkos napretku, još uvek postoji veliki jaz između numeričkih simulacija i eksperimentalnih podataka. Naš cilj je bio da smanjimo ovaj jaz.
„Kompozitni materijali se sastoje od dva sastojka: vlakana i matrice. Dok vlakna u kompozitnom sloju pokazuju neusklađenost u stvarnosti, oni se obično idealizuju kao savršeno usklađeni u modeliranju kompozita snopova vlakana radi pojednostavljenja.
„U našem modelu smo dizajnirali vlakna sa stepenom neusklađenosti, jer nisu savršeno usklađena sa svojim pravcem. Ovo utiče na tačnost proračuna i procenu modela čvrstoće u kompozitnim materijalima“, rekao je Milad Jafaripouria, vodeći autor studije i student smera matematika i mehanika na Školtehu.
Novi pristup modeliranju će pomoći da se poboljšaju predviđanja modela snopova vlakana kreiranog u Belgiji i primenjenog u zajedničkom istraživanju objavljenom 2021. za analizu mehanizama kvara u polimernim kompozitima. Ovi materijali nalaze široku primenu u industrijama kao što je vazduhoplovstvo, gde je povećanje tačnosti simulacije radi usklađivanja sa eksperimentalnim podacima ključno za smanjenje potrebnog broja testova i, posledično, smanjenje troškova povezanih sa proizvodnjom kompozitnih struktura.
„Inženjering je naučio kako da se nosi sa pojedinačnim prelomima — ova oblast je poznata kao mehanika loma. Tokom redovnih inspekcija, defekti se otkrivaju i izrezuju iz kože aviona, što dovodi do postavljanja flastera u tu oblast“, rekao je koautor Sergej Abaimov, naučnik istraživač u Skoltech Petroleum Centru.
„Ali postoje opasniji slučajevi — takozvana mehanika oštećenja, kada se u materijalu pojavljuje ogroman broj mikrodefekta koji se ne mogu videti golim okom, a ne možemo da pošaljemo ogromne letelice na rendgenske snimke.
„Pošto materijal može biti prezasićen takvim pukotinama, to može dovesti do katastrofe: niko ne može da primeti pukotinu, avion nastavlja da leti, a onda se iz vedra neba jedan od konstruktivnih elemenata sruši. Preduzimaju se i mere bezbednosti. protiv ovakvih situacija da se dupliraju funkcije koje obavljaju strukturni elementi, ali ostaje otvoreno pitanje predviđanja takvih vrsta razaranja“.
Prema istraživačima, u početku model nije uzeo u obzir niz aspekata, uključujući i činjenicu da sva vlakna nisu savršeno ravna.
„Novo i naknadno istraživanje će pomoći da ovaj model bude realističniji“, nastavio je Abaimov. „Naše dostignuće je da smo po prvi put bili u mogućnosti da simuliramo oštećenje u snopu vlakana sa realnom orijentacijom vlakana. Sa modelom možemo poboljšati predviđanja oštećenja u kompozitnim materijalima kako bismo smanjili jaz između simulacija i eksperimentalnih podataka.“
