Обзор композитных оболочек

Композитный материал является комбинацией двух или более материалов, имеющих различные макроскопические свойства. Обычно композитный материал имеет две, не сливающиеся друг с другом, фазы. Композит состоит из армирующей фазы (например: технический алмаз или стекловолокно и частицы кварца) и матрицы или связующей фазы (например: эпоксидная смола или виниловый эфир), в которой распределена армирующая фаза. Композитные материалы классифицируются на: непрерывно-волоконные композиты, коротко-волоконные композиты и композиты с порошковым наполнителем.

Существуют три типа параметров определяющие расположение слоев, толщину, свойства материала и ориентацию.

  • В несимметричном слоистом материале слои несимметрично расположены вокруг серединной поверхности. Настоящий вариант является наиболее распространенной формой композитного материала. Приведено схематическое изображение несимметричного слоистого материала из пяти слоев. Различные свойства и ориентации волокон материала, представлены различными цветами. Сетка оболочки создана в средней плоскости.

  • В симметричном слоистом материале слои (материал, ориентация волокон в слое и толщина) расположены симметрично вокруг серединной поверхности. Симметричность слоев влияет на толщину, свойства материала и ориентацию материала вокруг средней плоскости.

  • Трёхслойный композиционный материал является частным случаем симметричного композиционного материала с тремя слоями. Такой композитный материал используется, когда требуется наибольшее сопротивление изгибающим нагрузкам. Два внешних слоя должны быть жестче, мощнее и тоньше среднего слоя.

    Сердцевина обычно легче, чтобы уменьшить общую массу, и обладает высокой упругостью к сдвигу для сопротивления скольжению внешних слоев.

Можно использовать обшивки из композиционного материала для элементов конструкции на которых требуется экономный вес. Композитные оболочки характеризуются улучшенной прочностью на износ, противостоянием коррозии и теплопроводностью.

Можно производить следующие операции с моделями композитных оболочек:

Определение оболочки Используйте PropertyManager Определение оболочки, чтобы определить симметричный слоистый материал, несимметричный слоистый материал или слоистый композиционный материал. Можно определить от 2 до 50 слоев для композитной оболочки. PropertyManager позволяет установить толщину и ориентацию материала, повторяющиеся или различные свойства материалов для каждого слоя.
Последовательность укладки слоев Слои располагаются, начиная с нижней и заканчивая верхней поверхностью оболочки. Первый слой расположен на нижней поверхности оболочки и последний слой расположен на верхней поверхности оболочки.
Переворачивание сетки реверсирует наложение слоев, таким образом первый слой располагается на нижней поверхности.
Угол ориентации волокон слоя композита Ориентация волокон в слое, для каждого слоя, может быть задана в столбцеУгол в таблицеСлои составной оболочки окна PropertyManager Определение оболочки. Ориентация материала, с углом волокон слоя в 0 градусов для каждого слоя, наглядно представлена в виде полос на рабочей модели. Также возможно отрегулировать ориентацию волокон в слое посредством параметра Составная ориентация.
Результаты Кроме результатов для оболочек, можно отобразить следующие эпюры:
  • Максимальное напряжение сквозь все слои.
  • Напряжение на верхнюю или нижнюю поверхность каждого слоя.
  • Напряжение вдоль направления ориентации волокон в слое или в поперечном направлении к углу ориентации волокон слоя композита.
  • Напряжений сдвига между слоями в месте соединения слоев.

См. раздел «Анализ напряжения для композитных оболочек» для объяснения результатов. См. раздел PropertyManager Эпюра напряжений и PropertyManager Эпюра коэффициента запаса прочности.

Смещения и деформации непрерывны среди слоев и не поддаются контролю на уровне слоя. Напряжение сквозь разные слои проектируются для индивидуальных слоев, так как они обычно не сплошные (свойства материала и ориентация волокон меняется по толщине).