Kompozit rudak törésmechanikai kísérleteinek kiértékelése a J-integrál és magasabb rendű elméletek alapján
A szálerősített, hőre keményedő mátrixú kompozitok elterjedésével egyre jobban előtérbe kerül mechanikájuk megismerésének igénye. Irányfüggő tulajdonságaik következtében nagyfokú szabadságot biztosítanak a tervezőnek, ugyanakkor komplexebb viselkedésük hátrányt is takar. Az acélokhoz és más, gyakran alkalmazott homogén mérnöki anyagokhoz képest, jelentősen eltérő tönkrementeti formák jelennek vagy jelenhetnek meg. Ezen anyagok tönkremenetelének egyik legtipikusabb és legsajátságosabb formája a rétegközi törés vagy más néven delamináció, amely során az egymásra laminált rétegek elválnak egymástól. Ezen folyamat megismerése és feltárása a mai napig egy fontos kutatási téma anyagtechnológiai és törésmechanikai szempontból is.
Dolgozatomban delaminációt tartalmazó kompozit rudak leírására alkalmas mechanikai modellek fejlesztésével és összehasonlításával foglalkozom. Az elmozdulásmezőt magasabb rendű polinomokkal közelítem és írom le a rúd keresztmetszete mentén [1]. A rendszer egyensúlyi egyenleteit a virtuális munka elvének felhasználásával vezetem le. A kapott leíró differenciálegyenletek megoldásával, pontosabb képet kapva a repedéscsúcsban megjelenő elmozdulásmezőről és feszültségi állapotról, lehetőségem nyílik a J-integrál alkalmazására. Ennek segítségével számszerűsíteni tudom a lineáris törésmechanika egyik alapvető fogalmát, az úgynevezett „repedés feszítő erőt” vagy más néven „fajlagos energiafelszabadulási rátát” [2]. Ennek kritikus értékét elérve egy adott anyagban a repedésfront megindul, a delamináció a rétegek között tovább terjed. A J-integrál alkalmazásával továbbá lehetőségem nyílik az egyes repedési kinyílási módusok (rúdszerű próbatestek esetén I-es és II-es módusok) pontosabb szeparálására, amely így az eddigi módszerekhez képest jóval egzaktabb megoldásnak tekinthető [3].
A dolgozatom legvégén modelljeimet saját gyártású üvegszálas és szénszálas próbatesteken alkalmazom, és segítségükkel meghatározom azok alapvető törésmechanikai jellemzőit.
Irodalom:
[1] A.Szekrényes: Nonsingular crack modelling in orthotropic plates by four equivalent single layers, Europan journal of Mechanics A/Solids 55 73-99, 2015.
[2] T.L.Anderson: Fracture Mechanics - Fundamentals and Applications, Third Edition, London, 2005.
[3] Meinhard Kuna: Finite Elements in Fracture Mechanics - Theory-Numerics-Applications, Springer, 2013
szerző
-
Kiss Balázs
Gépészeti modellezés mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Szekrényes András
egytemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék -
Dr. Czél Gergely
Egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék