Numerická simulace chování kompozitních konstrukcí při nízkorychlostním rázu

Abstract

Práce je zaměřena na problematiku simulace chování kompozitních materiálů při nízkorychlostním rázu. V práci je popsáno sestavení dvou vlastních materiálových modelů tkaninového kompozitu. Nelineární elastický materiálový model tkaninového kompozitu s poškozením uvažuje nelineární chování v materiálových směrech 1 a 2 a v napěťové rovině 12 v případě smyku. Hyperplastický materiálový model tkaninového kompozitu s poškozením je navržen v souladu s termodynamickými principy vycházejícími z prvního a druhého termodynamického zákona. Daný model uvažuje plastické tečení materiálu v případě smyku v napěťové rovině 12 a využívá aditivního rozkladu logaritmické deformace. Poškození materiálu je realizováno pomocí navržených degradačních funkcí závislých na velikostech příslušných elastických deformací. Oba autorem navržené modely byly implementovány do komerčního MKP softwaru Abaqus 6.14 za využití subroutin UMAT a VUMAT. Pro identifikace materiálových parametrů jednotlivých materiálových modelů bylo využito matematické optimalizace řízené programem OptiSLang. Elastického materiálového modelu tkaninového kompozitu bylo využito jako modelu potahu při sestavení nelineárního modelu sendvičové struktury. Pěnové jádro sendvičové struktury bylo modelováno za využití nelineárního izotropního modelu polymerních pěn o nízké hustotě z knihoven MKP softwaru. Sestavený model sendvičové struktury byl následně verifikován experimentem v podobě tříbodové ohybové zkoušky a příčného nízkorychlostního rázu na sendvičový nosník a sendvičovou desku. Hyperplastický materiálový model byl verifikován za pomocí nízkorychlostního rázu na tkaninovou kompozitní desku. Nízkorychlostní rázy byly realizovány za využití padostroje. Bylo provedeno porovnání výsledků numerických simulací a experimentů v podobě průhybů ve zvolených bodech na testovaném tělese a průběhů kontaktních sil mezi impaktorem a testovaným tělesem. Výsledky vzniklého poškození byly kvalitativně porovnány.