О влиянии ориентации волокон на механизм разрушения волокнистых полимерных композиционных материалов

Abstract

Розроблена мікромеханічна модель різання однонаправлених волокнистих полімерних композиційних матеріалів (ВПКМ) з різними кутами направленості волокон. В пакеті LS-DYNA виконані модельні експерименти з визначення силі різання і величини поверхневих ушкоджень обробленої поверхні. Встановлений взаємозв’язок між кутами направленості волокон, середньою величиною різання, амплітудою її коливання, глибиною дії леза на зрізуваний шар у напрямку головного руху різання і глибиною пошкоджень поверхні різання.З’ясовано, що найменша дія у напрямку головного руху різання виникає при куті направленості волокон 135°, а найменша глибина пошкоджень обробленої поверхні – при куті направленості волокон 45°. З’ясовано, що створення ВПКМ з кутом направленості волокон 135° на виході інструменту з поверхневого шару ВПКМ може підвищити якість виробу.

Разработана микромеханическая модель резания однонаправленных волокнистых полимерных компо- зиционных материалов (ВПКМ) с различными углами направленности волокон. В пакете LS-DYNA проведены модельные эксперименты по определению силы резания и величины поверхностных повреждений обработанной поверхности. Выявлена взаимосвязь между углами направленности волокон, средней величиной сил резания, амплитудой ее колебаний, глубиной воздействия лезвия на срезаемый слой в направлении главного движения и глубиной повреждений поверхности резания. Выявлено, что наименьшее воздействие в направлении главного движения резания возникает при угле направленности волокон 135°, а наименьшая глубина повреждения обработанной поверхности – при угле направленности волокон 45°. Установлено, что создание ВПКМ с углом направленности волокон 135° на выходе инструмента из поверхностного слоя ВПКМ может повысить качество изделия.

The micro-mechanical cutting model of unidirectional carbon fiber reinforced plastic (CFRP) with different fiber orientation was developed. Simulation in LS-DYNE in order to define cutting force and damage of machined surface was made. The interrelation between fiber orientation, cutting force, amplitude of oscillation, depth of cutting layer in main motion direction and damage surface were defined. Minimal interoperation in main motion direction was noticed when 135° fiber orientation CFRP was machined. Minimal surface damage was noticed when 45° fiber orientation CFRP was machined. It was established that production of 135° fiber orientation CFRP in surface layer can elevate product quality.