FE model vláknového kompozitu na základě velkých přetvořeních Cosseratovy elasticity

FE model of fibre composite based on large strain Cosserat elasticity

kniha odborná

en

Composite materials can be found increasingly in many practical applications in various fields of technology. A sophisticated design of such materials or assessment of their stress-strain states are very important for their proper use in practice. For this purpose, computational models based on finite element method are commonly used. The book deals with computational simulations and experiments of composite materials which are made of elastomer matrix and steel reinforcing fibres. The simulations were performed using current advanced computational models, and the results were compared with real experiments. Mutual comparison showed that not even the best ones of current models were able to provide credible results in case of bending mode of the steel fibres. Hence a new computational model which is able to account for both tension and bending of fibres has been developed. This new computational model is based on Cosserat continuum where displacements and rotations can be considered as independent variables. A new finite element solver using so called C1 elements had to be written for hyperelastic anisotropic constraint Cosserat continuum since no available commercial software was capable to work with this continuum.

Kompozitní materiály se stale častěji vyskytují v mnoha aplikacích různých oborů. Návrh designu nebo hodnocení deformačně-napěťových stavů takových materiálů jsou velmi důležité pro jejich správné užití v praxi. K tomuto účelů se často používají výpočtové modely založené na metodě konečných prvků. Tato kniha se zabývá výpočtovými simulacemi a experimenty kompozitních materiálů, jež jsou vyrobeny z elastomerové matrice a ocelových výztužných vláken. Simulace byly provedeny s využitím současných pokročilých výpočtových modelů a výsledky byly porovnány s reálnými experimenty. Vzájemné srovnání ukázalo, že dokonce i nejlepší ze současných modelů nejsou schopny poskytnout věrohodné výsledky v případě ohybu ocelových vláken. Z tohoto důvodu byl navržen nový výpočtový model, který je schopen zahrnou jak tahovou tak i ohybovou tuhost vláken. Tento nový výpočtový model je založen na Cosseratově kontinuu, kde posuvy a rotace mohou být uvažovány jako nezávislé proměnné. Vzhledem k tomu, že žádný dostupný komerční software není schopen pracovat s Cosseratovým kontinuem, musel být vytvořen nový konečno-prvkový řešič pro hyperelastické anizotropní vázané Cosseratovo continuum.

Composite materials can be found increasingly in many practical applications in various fields of technology. A sophisticated design of such materials or assessment of their stress-strain states are very important for their proper use in practice. For this purpose, computational models based on finite element method are commonly used. The book deals with computational simulations and experiments of composite materials which are made of elastomer matrix and steel reinforcing fibres. The simulations were performed using current advanced computational models, and the results were compared with real experiments. Mutual comparison showed that not even the best ones of current models were able to provide credible results in case of bending mode of the steel fibres. Hence a new computational model which is able to account for both tension and bending of fibres has been developed. This new computational model is based on Cosserat continuum where displacements and rotations can be considered as independent variables. A new finite element solver using so called C1 elements had to be written for hyperelastic anisotropic constraint Cosserat continuum since no available commercial software was capable to work with this continuum.

hyperelasticita, anisotropie, Cosserat kontinuum, C1 prvky, Hermitovy polynomy, kompozitní material, metoda konečných prvků

hyperelasticity, anisotropy, Cosserat continuum, C1 elements, Hermite polynoms, composite material, finite element method

2014

07.10.2014

Scholar's Press

Saarbrucken,Německo

978-3-639-66175-0

1

150