Modelování textilních kompozitů s uhlíkovou a čedičovou vazbou

Abstract

Tato práce se zabývá modelováním čedičových a uhlíkových textilních kompozitů s plátnovou vazbou z pohledu mechanické odezvy se zaměřením na reologické chování příslušného pojiva. Zvláštní pozornost je věnována epoxidové pryskyřici L285 Havel, jejíž chování je porovnáno s několika zástupci běžných pryskyřic užívaných jako matrice pro kompozity. Numerické modely jsou navrženy tak, aby dokázaly postihnout vliv geometrie výztuže a zároveň reflektovat časově závislou nelineární odezvu jednotlivých komponentů během zatěžování. Efektivita navrženého řešení v rámci víceúrovňového modelování je zajištěna vhodnou kombinací klasického mikromechanického modelu a metody konečných prvků (MKP). K numerickému popisu odezvy polymerních matric je použit zobecněný Leonovův model, který je nakalibrován a ověřen na základě experimentálních tahových zkoušek a zkoušek dotvarování. Dále je provedena série numerických testů jak na úrovni vlákenného svazku, tak na úrovni textilní vrstvy s využitím metody Mori-Tanaka a MKP. V práci je také nastíněn základ řešení pro modelování poškození daných kompozitů s polymerními matricemi, u kterých můžeme pozorovat přechod od viskoelastického chování ke kvazi-křehké, až křehké odezvě v závislosti na rychlosti zatížení. Nicméně toto téma již překračuje rámec předložené práce a bude dále zkoumáno.

This thesis is focused on the modeling of basalt and carbon plain weave textile composites with emphases on mechanical response while accounting for a rheological behavior of the matrix phase. Particular attention is paid to the L285 Havel epoxy resin and its comparison to several types of untreated ordinary epoxy based polymer matrices. Numerical models are designed such as to capture the influence of the reinforcement geometry as well as time and rate dependent nonlinear response of individual components. Efficiency of the proposed computational scheme developed in the framework of multi-scale homogenization is ensured by suitably combining a classical micromechanical model and finite element method (FEM). The generalized Leonov model is exploited in numerical simulations of examined polymer matrices and is calibrated and verified on the basis of tensile and creep laboratory measurements. Then, a series of numerical tests both at the level of yarn and the level of textile ply employing the Mori-Tanaka method and FEM was performed. Finally, a potential approach to the modeling of damage evolution in composites with polymer matrices undergoing transition from viscoelastic behavior to quasi-brittle or even brittle response is outlined. However, this topic is beyond the scope of the presented thesis and will be further investigated.