Stanovení závislosti mechanických vlastností kompozitních materiálů s tkanou výztuží na úhlu křížení vláken
Loading...
Date
2025-06-12
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Tato diplomová práce se zabývá vyhodnocením mechanických vlastností kompozitního materiálu se dvěma různými skladbami jednotlivých vrstev, které se liší vzájemným úhlem orientace vláken výztuže. Oba typy skladeb sestávají ze šesti vrstev tvořených skelnými vlákny typu E a epoxidové matrice. Cílem práce je porovnat hodnoty materiálových vlastností získaných třemi různými přístupy: teoretickým výpočtem (pomocí klasické laminační teorie), experimentálním měřením (nedestruktivní a destruktivní tahovou zkouškou, čtyřbodovou ohybovou zkouškou) a numerickou simulací vazného bodu pomocí metody konečných prvků (MKP).
V teoretické části práce je popsán základní princip kompozitních materiálů, odvozena klasická laminační teorie a uvedena příslušná pevnostní kritéria. V praktické části je popsána výroba zkušebních vzorků, spolu s provedením a vyhodnocením daných zkoušek. V rámci numerické simulace je zde popsána tvorba modelu vazného bodu pro výpočet mechanických vlastností pomocí MKP.
Výsledky mechanických vlastností v závislosti na typu skladby a jednotlivých metodách jejich určení jsou uvedeny a porovnány v závěru. Bylo zjištěno, že klasická laminační teorie poskytuje poměrně přesné odhady modulů pružnosti, zatímco v případě analýzy mezních napětí a charakteru porušení je spolehlivější použít hodnoty získané simulací, přičemž zůstává faktem, že nejspolehlivějších výsledků lze dosáhnout experimentálně. Práce tak poukazuje na výhody a limity jednotlivých přístupů k hodnocení mechanických vlastností kompozitních materiálů.
This thesis focuses on the evaluation of the mechanical properties of a composite material with two different layer configurations, which differ in the mutual orientation angle of the reinforcement fibers. Both types of layups consist of six layers made of E-glass fibers and an epoxy matrix. The aim of this thesis is to compare the values of material properties obtained by three different approaches: theoretical calculation (using Classical Lamination Theory), experimental testing (non-destructive and destructive tensile tests, four-point bending test), and numerical simulation of representative volume element using the Finite Element Method (FEM). The theoretical part of the thesis describes the basic principles of composite materials, derives the Classical Lamination Theory, and presents the corresponding strength criteria. The practical part describes the fabrication of test samples, along with the execution and evaluation of the tests. In the scope of numerical simulation, the modeling of a representative volume element is described for the calculation of mechanical properties using FEM. The results of mechanical properties, depending on the layup type and the individual evaluation methods, are presented and compared in the final part of this thesis. It was found that the Classical Lamination Theory provides relatively accurate estimates of elastic moduli, whereas for the analysis of strength limits and failure modes, it is more reliable to use results obtained from simulation - although it remains a fact that the most accurate results are achieved experimentally. The thesis thus highlights the advantages and limitations of the individual approaches to evaluating the mechanical properties of composite materials.
This thesis focuses on the evaluation of the mechanical properties of a composite material with two different layer configurations, which differ in the mutual orientation angle of the reinforcement fibers. Both types of layups consist of six layers made of E-glass fibers and an epoxy matrix. The aim of this thesis is to compare the values of material properties obtained by three different approaches: theoretical calculation (using Classical Lamination Theory), experimental testing (non-destructive and destructive tensile tests, four-point bending test), and numerical simulation of representative volume element using the Finite Element Method (FEM). The theoretical part of the thesis describes the basic principles of composite materials, derives the Classical Lamination Theory, and presents the corresponding strength criteria. The practical part describes the fabrication of test samples, along with the execution and evaluation of the tests. In the scope of numerical simulation, the modeling of a representative volume element is described for the calculation of mechanical properties using FEM. The results of mechanical properties, depending on the layup type and the individual evaluation methods, are presented and compared in the final part of this thesis. It was found that the Classical Lamination Theory provides relatively accurate estimates of elastic moduli, whereas for the analysis of strength limits and failure modes, it is more reliable to use results obtained from simulation - although it remains a fact that the most accurate results are achieved experimentally. The thesis thus highlights the advantages and limitations of the individual approaches to evaluating the mechanical properties of composite materials.
Description
Subject(s)
kompozitní materiál, laminace, modul pružnosti, klasická laminační teorie, vazný bod, numerická simulace