Численное моделирование деформирования физически нелинейного композита с короткими волокнами

Цель: моделирование нелинейного деформирования композита с короткими волокнами. Рассмотрены аналитический и численный подходы к определению эффективных упругих характеристик композиционного материала с короткими армирующими волокнами. Аналитический подход основан на ряде предположений относительно геометрической структуры представительного элемента объема композита и решении Эшелби. Выражения получены для двух случаев, когда волокна предполагались бесконечно длинными и имеющими конечный размер. Численный подход заключается в моделировании структуры композита с помощью метода конечных элементов. С помощью сравнительного анализа указанных подходов на основе экспериментальных измерений обосновано использование численного подхода к построению нелинейной модели механического поведения композиционного материала. Построена механическая модель для описания деформирования физически нелинейного композиционного материала с короткими армирующими волокнами под действием статических нагрузок, которая учитывает неупругие свойства материала матрицы, наличие армирующих волокон и неидеальный контакт на их границе. Исследовано влияние концентрации волокон, нелинейных соотношений связи между материалом матрицы и волокнами и вида необратимых деформаций в матрице на деформирование композиционного материала. Проведена численная реализация предложенной модели, и предложен набор компьютерных программ для анализа элементов инженерных конструкций. С его помощью выполнено численное моделирование основных типов задач, используемых на практике для исследования механических свойств фибробетона.