Strong Bending of a Beam from a Fibrous Composite, Differently Resistant to Tension and Compression

Abstract

For the analysis of bending of a thin rod made of fiber composite, the generalized Euler elastic equation is used, taking into account different resistance of the material to tension and compression, the influence of transverse shear, elongation of the axis and independent rotations of the reinforcing elements relative to the matrix. Based on Newton’s method, a computational algorithm has been developed for solving the static bending problem. A method for determining phenomenological parameters of the composite has been implemented, including photographing the bending state of the rod under the action of a system of forces and couple forces, digital processing of the photography and solving the inverse coefficient problem. The method was validated by comparing the results of computations with a laboratory physical experiment. It is shown that the moduli of elasticity in tension and compression of carbon fiber composite used in the experiment, essentially differ, and that the use of equal moduli in determining bending stiffness results in a significant error in the deflection calculations

К анализу изгиба тонкого стержня из волокнистого композита применяется обобщенное уравнение эластики Эйлера, учитывающее разное сопротивление материала растяжению и сжатию, влияние поперечных сдвигов, удлинение вдоль оси и независимые повороты армирующих элементов относительно матрицы. На основе метода Ньютона разработан вычислительный алгоритм для решения статической задачи изгиба. Реализована методика определения феноменологических параметров композита, включающая в себя фотосъемку изгибного состояния стержня под действием системы сил и моментов сил, цифровую обработку фотографии и решение обратной коэффициентной задачи. Выполнена валидация методики путем сравнения результатов расчетов с лабораторным физическим экспериментом. Показано, что для углепластика, применяемого в эксперименте, модули упругости при растяжении и при сжатии существенно различаются, и что использование равных модулей при определении жесткости на изгиб приводит к систематической ошибке в расчетах прогиба