Details

В работе представлен подход к многоуровневому моделированию механических свойств волокнистого полимерного композиционного материала (ВПКМ) с учетом воздействия температурного фактора. В рамках подхода применена технология цифровых двойников (ЦД): разработана трехуровневая модель материала, методика моделирования свойств и виртуальные испытательные стенды (ВИС) для проведения процедур верификации и валидации. Трехуровневая модель определяет свойства материала на следующих уровнях описания и моделирования свойств: микро-, мезо-, макро-. На микроуровне рассматривается нелинейное поведение материала матрицы в зависимости от температуры среды. Переход на мезо-уровень, представляющий собой однонаправленный монослой ВПКМ, осуществляется с применением мостиковой модели микромеханики. Переход на макроуровень осуществляется путем задания слоистой структуры ВПКМ, каждый слой которой обладает эффективными свойствами мезо-уровня. Проведены процедуры верификации и валидации разработанной модели посредством виртуальных испытаний. Максимальная погрешность валидации составляет 2,727, верификации 9,45E-16. Разработанная модель корректно описывает механическое поведение материала ВПКМ и может предсказывать термомеханическое поведение слоистого ВПКМ при действии температурного фактора.

The paper presents a polymer fiber composite material (PFCM) multilevel modeling approach taking into account the influence of the temperature factor. As part of the approach, digital twin technology (TT) was applied: a three-level material model, a property modeling technique, and virtual test benches (VTB) for verification and validation procedures were developed. The three-level model defines the properties of a material at the following levels of description and modeling of properties: micro-, meso-, macro-. At the microlevel, the viscoelastic behavior of the matrix material is considered as a function of the medium temperature. The transition to the meso-level, which is a unidirectional monolayer of PFCM, is carried out using a bridge model of micromechanics. The transition to the macro-level is carried out by defining the layered structure of the PFCM, each layer of which has effective properties of the meso-level. Procedures for verification and validation of the developed model through virtual tests have been carried out. The maximum validation error is 2.727, and verification error is 9.45E-16. The developed model correctly describes the mechanical behavior of the PFCM material and can predict the thermomechanical behavior of layered PFCM under the influence of a temperature factor.