Исследование характеристик изгиба композитных пластин, армированных углеродным волокном, с использованием стереоскопического сканера и метода конечно-элементного анализа

Fatemi Masoud, Emam Sayyed Mohammad, Rastegari Habibollah, Rahnama S., Lakhi M.

Ссылка для цитирования:

Fatemi M., Emam S.M., Rastegari H., Rahnama S., Lakhi M. Buckling behaviors of carbon fiber reinforced composite plates using a stereo vision scanner and finite element analysis (Исследование характеристик изгиба композитных пластин, армированных углеродным волокном, с использованием стереоскопического сканера и метода конечно-элементного анализа) [на англ. яз.] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 7. P. 46–57. DOI: 10.17586/1023-5086-2026-93-07-46-57

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Эффективность использования стереоскопического сканера предложенной структуры для измерения прогиба композитных пластин, армированных углеродным волокном. Цель работы. Определение параметров элементов стереоскопического сканера с малым количеством структурных элементов, позволяющего повысить достоверность оценки стабильности и прогнозирования критических нагрузок композитных конструктивных элементов, используемых в машиностроении при снижении рисков растрескивания и расслоения матрицы. Метод. Экспериментальное исследование возможности применения предложенного сканера посредством контроля устойчивости пластин из композитного материала по горизонтальному прогибу при возрастающей осевой нагрузке с последующей оценкой результатов эксперимента при использовании разработанных конечно-разностных моделей. Испытания проводились на пластинах шириной 15, 20 и 25 мм в трех конечных режимах: обе пластины закреплены, обе закреплены шпильками, одна пластина закреплена одной шпилькой. Основные результаты. Доказано, что при использовании стереосканера предлагаемой структуры с последующей обработкой данных разработанных конечно-разностных моделей среднее квадратическое отклонение при измерении прогиба пластин из композитного материала не превышает 3,4%, что соответствует погрешности используемых сложных измерительных комплексов. Практическая значимость. Простые по структуре стереоскопические измерительные системы, основанные на методе машинного зрения, позволяют эффективно оценивать изгиб композитных плит из углеродного волокна, что делает возможным в процессе проектирования нагруженных конструкций прогнозировать пределы их критических нагрузок.

Ключевые слова:

деформация, композит, машинное зрение, метод конечных элементов

Коды OCIS: 150.0150, 150.3045, 120.012

Список источников:

1. Waddar S., Pitchaimani J., Doddamani M., et al. Buckling and vibration behaviour of syntactic foam core sandwich beam with natural fiber composite facings under axial compressive loads // Composites Part B: Engineering. 2019. V. 175. P. 107133. DOI: 10.1016/j.compositesb.2019.107133

2. Akbari T., Khalili S.M. Numerical simulation of buckling behavior of thin walled composite shells with embedded shape memory alloy wires // Thin-Walled Structures. 2019. V. 143. P. 106193. v10.1016/j.tws.2019.106193

3. Jin F., Xu P., Xia F., et al. Buckling of composite laminates with multiple delaminations: Part I. Theoretical and numerical analysis // Composite Structures. 2020. V. 250. P. 112491. DOI: 10.1016/j.compstruct.2020.112491

4. Zhu Z., Yang P., Xia F., et al. Buckling of composite laminates with multiple delaminations: Part II. Experiments // Composite Structures. 2020. V. 247. P. 112498. DOI: 10.1016/j.compstruct.2020.112498

5. Franzoni F., Odermann F., Lanbans E., et al. Experimental validation of the vibration correlation technique robustness to predict buckling of unstiffened composite cylindrical shells // Composite Structures. 2019. V. 224. P. 111107. DOI: 10.1016/j.compstruct.2019.111107 6. Sobhani A., Saeedifar M., Najafabadi M.A., et al. The study of buckling and post-buckling behavior of laminated composites consisting multiple delaminations using

acoustic emission // Thin-Walled Structures. 2018. V. 127. P. 145‒156. DOI: 10.1016/j.tws.2018.02.011

7. Dávila C.G., Bisagni C. Fatigue life and damage tolerance of postbuckled composite stiffened structures with initial delamination // Composite Structures. 2017. V. 161. P. 73‒84.DOI: 10.1016/j.compstruct.2016.11.033

8. Less H., Abramovich H. Dynamic buckling of a laminated composite stringer-stiffened cylindrical panel // Composites Part B: Engineering. 2012. V. 43. № 5. P. 2348‒2358. DOI: 10.1016/j.compositesb.2011.11.070

9. Díaz-Maroto P.F., Fernández-López A., García-Alonso J., et al. Buckling detection of an omega-stiffened aircraft composite panel using distributed fibre optic sensors // Thin-Walled Structures. 2018. V. 132. P. 375‒384. DOI: 10.1016/j.tws.2018.08.024

10. Mottaghian F., Yaghoobi H., Taheri F. Numerical and experimental investigations into post-buckling responses of stainless steel-and magnesium-based 3D-fiber metal laminates reinforced by basalt and glass fabrics // Composites Part B: Engineering. 2020. V. 200. P. 108300. DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.108300

11. Kolanu N.R., Raju G., Ramji M. Experimental and numerical studies on the buckling and post-buckling behavior of single blade-stiffened CFRP panels // Composite Structures. 2018. V. 196. P. 135‒154. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.05.015

12. Shah S.H., Megat-Yusoff P.S., Karuppanan S., et al. Compression and buckling after impact response of resin-infused thermoplastic and thermoset 3D woven composites // Composites Part B: Engineering. 2021. V. 207. P. 108592. DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.108592

13. Tuo H., Wu T., Lu Z., et al. Study of impact damage on composite laminates induced by strip impactor using DIC and infrared thermography // Thin-Walled Structures. 2022. V. 176. P. 109288. DOI: 10.1016/j.tws.2022.109288

14. Mania R.J., Kolakowski Z., Bienias J., et al. Comparative study of FML profiles buckling and postbuckling behaviour under axial loading // Composite Structures. 2015. V. 134. P. 216‒225. DOI: 10.1016/j.compstruct.2015.08.093

15. Civalek Ö. Buckling analysis of composite panels and shells with different material properties by discrete singular convolution (DSC) method // Composite Structures. 2017. V. 161. P. 93‒110. DOI: 10.1016/j.compstruct.2016.10.077

16. Almazán-Lázaro J.A., López-Alba E., Díaz-Garrido F.A. Improving composite tensile properties during resin infusion based on a computer vision flow-control approach // Materials. 2018. V. 11. № 12. P. 2469. DOI: 10.3390/ma11122469

17. Andraju L.B., Ramji M., Raju G. Snap-buckling and failure studies on CFRP laminate with an embedded circular delamination under flexural loading // Composites Part B: Engineering. 2021. V. 214. P. 108739. DOI: 10.1016/j.compositesb.2021.108739

18. Ghasemnejad H., Occhineri L., Swift-Hook D.T. Post-buckling failure in multi-delaminated composite wind turbine blade materials // Materials & Design. 2011. V. 32. № 10. P. 5106‒5112. DOI: 10.1016/j.matdes.2011.06.012

19. Mekonnen A.A., Woo K., Kang M., et al. Effects of size and location of initial delamination on post-buckling and delamination propagation behavior of laminated composites // Intern. J. Aeronautical and Space Sci. 2020. V. 21. P. 80‒94. DOI: 10.1007/s42405-019-00195-0

20. Emam S.M., Sayyedbarzani S.A. Dimensional deviation measurement of ceramic tiles according to ISO 10545-2 using the machine vision // Intern. J. Advanced Manufacturing Technol. 2019. V. 100. P. 1405‒1418. DOI: 10.1007/s00170-018-2781-4