Математическая модель для определения структурных параметров преформы криволинейного поперечного сечения

Прогнозирование структурных и технологических параметров преформы криволинейного поперечного сечения играет важную роль в определении физико-механических характеристик изделия и изготовлении цилиндрических деталей с высоким качеством укладки слоев. Предложена математическая модель, позволяющая определять угол армирования в каждой точке преформы криволинейного поперечного сечения. Модель основана на разбиении криволинейного сечения преформы на отрезки и определении угла армирования в интервале, равном длине одного из них. Предложенная математическая модель проверена на примере расчета угла армирования преформ различного поперечного сечения: круглого, прямоугольного, квадратного, в виде усеченного конуса и правильного шестигранника. По результатам теоретического расчета установлено, что разработанная математическая модель позволяет точно прогнозировать теоретический угол армирования относительно его эмпирического значения.
EDN: WHCEXC, https://elibrary/whcexc

Литература

[1] Scholz M.S., Blanchfield J.P., Bloom L.D. et al. The use of composite materials in modern orthopaedic medicine and prosthetic devices: a review. Compos. Sci. Technol., 2011, vol. 71, no. 16, pp. 1791–1803, doi: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2011.08.017

[2] Egbo M.K. A fundamental review on composite materials and some of their applications in biomedical engineering. J. King Saud Univ. Eng. Sci., 2021, vol. 33, no. 8, pp. 557–568, doi: https://doi.org/10.1016/j.jksues.2020.07.007

[3] Ganguly S., Margel S. Fabrication and applications of magnetic polymer composites for soft robotics. Micromachines, 2023, vol. 14, no. 12, art. 2173, doi: https://doi.org/10.3390/mi14122173

[4] Parmar H., Khan T., Tucci F. et al. Advanced robotics and additive manufacturing of composites: towards a new era in Industry 4.0. Mater. Manuf. Process., 2022, vol. 37, no. 5, pp. 483–517, doi: https://doi.org/10.1080/10426914.2020.1866195

[5] Parveez B., Kittur M.I., Badruddin I.A. et al. Scientific advancements in composite materials for aircraft applications: a review. Polymers, 2022, vol. 14, no. 22, art. 5007, doi: https://doi.org/10.3390/polym14225007

[6] Zimmermann N., Wang P.H. A review of failure modes and fracture analysis of aircraft composite materials. Eng. Fail. Anal., 2020, vol. 115, art. 104692, doi: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2020.104692

[7] Gibson R.F. A review of recent research on mechanics of multifunctional composite materials and structures. Compos. Struct., 2010, vol. 92, no. 12, pp. 2793–2810, doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2010.05.003

[8] Zhang L., Wang X., Pei J. et al. Review of automated fibre placement and its prospects for advanced composites. J. Mater. Sci., 2020, vol. 55, no. 17, pp. 7121–7155, doi: https://doi.org/10.1007/s10853-019-04090-7

[9] Munro M. Review of manufacturing of fiber composite components by filament winding. Polym. Compos., 1988, vol. 9, no. 5, pp. 352–359, doi: https://doi.org/10.1002/pc.750090508

[10] Centea T., Grunenfelder L.K., Nutt S.R. A review of out-of-autoclave prepregs – material properties, process phenomena, and manufacturing considerations. Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., 2015, vol. 70, pp. 132–154, doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2014.09.029

[11] Patti A., Acierno D. Materials, weaving parameters, and tensile responses of woven textiles. Macromol, 2023, vol. 3, no. 3, pp. 665–680, doi: https://doi.org/10.3390/macromol3030037

[12] Perera Y.S., Muwanwella R.M.H.W., Fernando P.R. et al. Evolution of 3D weaving and 3D woven fabric structures. Fash. Text., 2021, vol. 8, art. 11, doi: https://doi.org/10.1186/s40691-020-00240-7

[13] Melenka G.W., Ayranci C. Advanced measurement techniques for braided composite structures: a review of current and upcoming trends. J. Compos. Mater., 2020, vol. 54, no. 25, pp. 3895–3917, doi: https://doi.org/10.1177/0021998320903105

[14] Донецкий К.И., Караваев Р.Ю., Раскутин А.Е. и др. Свойства угле-и стеклопластиков на основе плетеных преформ. Авиационные материалы и технологии, 2016, № 4, с. 54–59, doi: https://doi.org/10.18577/2071-9140-2016-0-4-54-59

[15] Samipour S.A., Batrakov V.V., Khaliulin V.I. Calculation and experimental methodic for ensuring the accuracy of the reinforcement angle of the preform made by radial braiding. Russ. Engin. Res., 2018, vol. 38, no. 11, pp. 855–858, doi: https://doi.org/10.3103/S1068798X18110138

[16] Wu Z., Shu Z., Kyosev Y. et al. Numerical prediction methodology for tow orientation on irregular mandrels with constant cross-sections. J. Compos. Mater., 2019, vol. 53, no. 8, pp. 1067–1078, doi: https://doi.org/10.1177/0021998318795033

[17] Li Y., Yan S., Yan Ye t al. Highfidelity modeling of the braiding process for generating the realistic mesostructure of preforms in braided composites. Polym. Compos., 2023, vol. 44, no. 5, pp. 2898–2909, doi: https://doi.org/10.1002/pc.27289