Описание

Введение

Цель данного исследования состоит в том, чтобы представить и протестировать дискретную модель для анализа остаточных напряжений в однонаправленных намоточных цилиндрах из армированного пластика в процессе охлаждения. В статье рассматривается важная проблема, связанная с возникновением радиальных трещин в толстостенных цилиндрах, что может существенно повлиять на их эксплуатационные характеристики. Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки надежных конструкций для использования в экстремальных условиях, например, в космосе или на морских глубинах.

Методология

Для выполнения исследования использовались две основные модели: дискретная модель и модель сплошной анизотропной среды. Дискретная модель предполагает представление материала как слоистой структуры, в то время как модель сплошной среды описывает его как однородное средство. Автором проведен расчет радиальных напряжений для цилиндров с различной толщиной, охватывающей от 5% до 50% внутреннего радиуса, с учетом изменений свойств материала в процессе охлаждения.

Основные результаты

Ключевые находки работы заключаются в том, что расчеты по дискретной модели показывают значительно более высокие радиальные напряжения по сравнению с моделью сплошной среды, что свидетельствует о ее недостаточной точности для описания поведения композитов. В частности, радиальные напряжения по дискретной модели более чем в два раза превышают величины, полученные по модели сплошной среды. Это подтверждает наличие растягивающих радиальных напряжений, возникших из-за термической анизотропии и охлаждения.

Обсуждение и интерпретация

Авторы интерпретируют результаты, акцентируя внимание на том, что модель сплошной среды не учитывает особенности анизотропного поведения волокон в композите, что ведет к неадекватной оценке механического состояния цилиндров. Кроме того, сравнение с предыдущими исследованиями подчеркивает существующие проблемы в понимании трансверсальной прочности анизотропных материалов и необходимость учитывать временные параметры при их анализе.

Заключение

Основные выводы статьи заключаются в том, что дискретная модель более точно отражает реальное состояние напряжений в толстостенных цилиндрах из армированных полимеров по сравнению с моделью сплошной среды. Практическая значимость результатов заключается в возможности оптимизации проектирования конструкций, что может снизить риск возникновения трещин. Однако важно отметить, что исследование имеет свои ограничения, связанные с выбором моделей и способов анализа, и требует дальнейшего изучения, особенно в области гранулярности модели и временных эффектов.

Ключевые слова и термины

монолитность, анизотропия, дискретная модель, намотка, толстостенная оболочка, радиальная трещина, остаточное напряжение.

Библиография

Екельчик В.С., Клюнин О.С. Новый подход к созданию облегченных металло-пластиковых баллонов высокого давления для сжатых газов. 2. Турусов Р.А., Куперман А.М. Экспериментальные исследования влияния масштабного фактора на упруго-прочностные характеристики однонаправленных колец из стеклопластика. 3. Плеспы А.Р., Фаррис Р.Ж. Evolution of residual stresses in three-dimensionally constrained epoxy resins.