Рис. 2. Схема силового воздействия
индентора на многослойный пакет
полимерно-волокнистого материала
а также нити, лежащие в нижних
слоях оболочки около оправ-
ки. При этом образуется так
называемая “стрелка раскола”
слоя, протяженностью в не-
сколько диаметров стержня (см.
рис. 1).
Процесс прокалывания не
может быть мгновенным и для
формования отверстия требует-
ся некоторое время. В конце
процесса, при установившемся
равновесии, определяются гео-
метрия и границы зоны изменения исходной структуры материала,
коэффициент армирования волокон в зоне уплотнения, а также на-
пряженное состояние крайних нитей по стрелке раскола и вблизи от-
верстия. В предельном состоянии крайние нити, соприкасающиеся со
стержнем, разрываются при разрушающей нагрузке для данного типа
нитей в состоянии их переработки.
По мере продвижения конической части стержня до цилиндриче-
ского участка зона уплотнения материала возрастает с одновременным
повышением внутрислойного давления
q
и
, приводящего к передавли-
ванию или течению вязкой жидкости через пористую волокнистую
арматуру материала. При достаточно медленном процессе прокалы-
вания через некоторое время наступает уравновешенное состояние
измененной структуры материала с внедренным в него индентором.
Поэтому первый шаг при рассмотрении процесса формования отвер-
стия сводится к определению геометрии линии раскола, образованной
в первоначально однородной структуре исходного ортотропного мате-
риала.
Математическое моделирование процесса прокалывания отверстий
в податливом слоистом полимерно-волокнистом материале — препреге
— должно базироваться на физических принципах, обусловливающих
формирование сил сопротивления неотвержденного композита (среды)
внедрению в него металлического стержня — индентора. При этом в
моделях необходимо использовать константы, размерные или безраз-
мерные параметры, легко определяемые экспериментально в зависи-
мости от структурных характеристик полимерно-волокнистого мате-
риала.
Будем считать, что исходный композитный материал изделия пред-
ставляет собой однородную среду с коэффициентом армирования во-
локон, равным
ϑ
в
(рис. 3). Полимерно-волокнистый материал при вне-
дрении индентора деформируется по схеме местного уплотнения, при-
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2007. № 3 35
