| Abstract (croatian) | Kod polimera i vlaknima ojačanih polimernih kompozita razlikuju se dva principa samoobnavljanja: ekstrinzični i intrinzični. Kompozitni sustavi sa ugradenim mikrokapsulama i šupljim vlaknima koja sadrže sredstvo za samoobnavljanje, predstavljaju materijale s ekstrinzičnim svojstvom samoobnavljanja. Drugu skupinu čine materijali s intrinzičnim svojstvom samoobnavljanja kod kojih proces samoobnavljanja započinje uslijed vanjskih pobuda: UV zračenje, toplina itd. Procesi koji uzrokuju samoobnavljanje su posljedica kemijske strukture. Budući da su takvi procesi reverzibilni, moguće je ponavljajuće samoobnavljanje, što ove materijale čini izuzetno perspektivnima. Govoreći o kompozitima s ekstrinzičnim i intrinzičnim svojstvom samoobnavljanja, samoobnavljanje se odnosi na materijal matrice, pri čemu se ono manifestira kao oporavak modula elastičnosti, reduciranog tijekom procesa oštećivanja [Cohades et al., 2018]. U području materijala sa svojstvom samoobnavljanja istraživanja su pretežno usmjerena na eksperimentalna ispitivanja i razvoj novih materijalnih sustava. Supramolekularni polimeri su potvrdili svoju sposobnost zacjeljivanja primjenom u vlaknima ojačanim kompozitima u obliku međuslojeva [Kostopoulos et al., 2016b] na način da je povećana lomna žilavost nakon DCB (engl.: Double Cantilever Beam) eksperimenta. U [Gordon et al., 2016] je navedeno nekoliko samoobnavljajućih polimernih mješavina čija je uspješna primjena dokazana zacjeljivanjem kompozitnih ploča nakon balističkih ispitivanja. Primjena plastomernog kopolimera čija se sposobnost samoobnavljanja temelji na Diels-Alder reakcijama je opravdana njihovom upotrebom u obliku međuslojeva u vlaknima ojačanim kompozitima [Kostopoulos et al., 2019]. Pokazano je da se nakon procesa zacjeljivanja povećala lomna žilavost koja je reducirana pojavom delaminacije. Prethodno spomenuti radovi se bave primjenama samoobnavljajućih polimera u konvencionalnim kompozitima, u obliku meduslojeva ili mješavina polimera. Učinkovitost zacjeljivanja aditivno proizvedenog vlaknima ojačanog kompozita sa kopolimernom matricom je ispitana u [Calder´on-Villajos et al., 2019]. Pokazano je da je učinkovitost zacjeljivanja prije i nakon 3D printanja ostala ista. Nekoliko radova bavi se određivanjem mehaničkih svojstava vlaknima ojačanih kompozita s intrinzično samoobnovljivim materijalom matrice. U [Park et al., 2010] je na savijanje u tri točke ispitivan kompozit sa 2MEP4F (engl.: bis-maleimide tetrafuran) kao materijalom matrice i jednosmjernim ugljičnim vlaknima. Nadalje, u [Post et al., 2017] i [Feng and Li, 2021] su samoobnavljajući kompoziti zacjeljivani nakon udara malom brzinom. Pokazano je da s porastom energije udara učinkovitost zacjeljivanja opada zbog pojave loma vlakana koja nemaju svojstvo samoobnavljanja. Pri nižim energijama udara je učinkovitost viša, budući je dominantno oštećenje u matrici. Numeričko modeliranje samoobnavljajućih materijala temelji se na mehanici kontinuuma oštećenja (CDM, engl.: Continuum Damage Mechanics). Proširenje CDM-a za primjene na samoobnavljanje je predloženo u [Barbero et al., 2005] gdje je razvijen termodinamički konzistentan konstitutivni model za ekstrinzično samoobnavljajuće kompozite na makro razini. Time su postavljeni temelji CDHM-a (engl.: Continuum Damage Healing Mechanics). Većina konstitutivnih modela dostupnih u literaturi je razvijena ili za asfaltne materijale: [Darabi et al., 2012a], [Davies and Jefferson, 2017], [Sanz-Herrera et al., 2019] ili za polimerne materijale: [Alsheghri and Abu Al-Rub, 2015], [Voyiadjis et al., 2011], [Voyiadjis et al., 2012b]. U [Voyiadjis et al., 2011] je razvijen model za izotropna mikrooštećenja i zacjeljivanje u elastičnom i plastičnom području. Taj model je kasnije nadograđen u [Voyiadjis et al., 2011] dodavanjem funkcije ovisnosti varijabli oštećenja i zacjeljivanja o vremenu i brzini deformiranja. Anizotropne varijable oštećenja i zacjeljivanja su uvedene u [Voyiadjis et al., 2012a]. Znatan broj radova se bavi modeliranjem samoobnavljanja u asfaltnim materijalima. U [Darabi et al., 2012a] je razvijen konstitutivni model oštećenja i zacjeljivanja za linearno elastičan asfaltni materijal, pri čemu je model oštećivanja preuzet iz [Darabi et al., 2011], a iz [Abu Al-Rub et al., 2010] jednadžba za razvoj varijable oštećenja. Spomenuti model je u [Abu Al-Rub and Darabi, 2012] nadograđen viskoelastičnošću i viskoplastičnošću pri čemu je dan detaljan teoretski pregled samog modela.
Numerička implementacija spomenutog modela opisana je u [Darabi et al., 2012b]. Spomenuti radovi promatraju materijal na makro razini, a u [Davies and Jefferson, 2017] je razvijen mikromehanički model za dvofazni asfaltni materijal koji predviđa trajne deformacije uslijed ispunjavanja mikropukotina novo formiranim zacjeljujućim materijalom. Od modela iz [Barbero et al., 2005], razvijeno je svega nekoliko konstitutivnih modela koji predviđaju pojavu i razvoj oštećenja i zacjeljivanja u kompozitnim materijalima. Jedan od tih modela je predstavljen u [Shabani et al., 2020] koji se koristi za modeliranje inicijacije pukotine i zacjeljivanja iste u kompozitima s intrinzično samoobnavljajućom matricom. Nadalje, u [Udhayaraman et al., 2020] je razvijen višerazinski konstitutivni model koji predviđa pojavu pukotina i njihovog zacjeljivanja u kompozitima s pletenim vlaknima. Konačno, u [Subramanian and Mulay, 2020] je predložen općeniti konstitutivni model za modeliranje oštećenja i zacjeljivanja u samoobnavljajućim materijalima. Mikromehanički model U inicijalnoj fazi je razvijen konstitutivni model za čisti polimerni materijal matrice sa svojstvom samoobnavljanja. Pritom je za modeliranje oštećenja odabran model razvijen u [Darabi et al., 2011], jednadžbe 3.58 i 4.3. Za modeliranje zacjeljivanja je odabran model predstavljen u [Abu Al-Rub et al., 2010], definiran jednadžbama 3.94, 4.4 te 4.17 i 4.17. Varijabla oštećenja je ovisna o brzini deformiranja i iznosu deformacije i definirana je skalarnom diferencijalnom jednadžbom. Varijabla zacjeljivanja je također definirana skalarnom diferencijalnom jednadžbom, a ovisna je o vremenu zacjeljivanja pri čemu je omogućeno oštećivanje prethodno zacijeljenog materijala. Također, jednadžbom 4.5 je definirana varijabla efektivnog oštećenja koja opisuje medusobni utjecaj varijabli oštećenja i zacjeljivanja. Nadalje, za opisivanje trajnih deformacija odabran je von Mises model plastičnosti s linearnim izotropnim očvršćenjem, jednadžbe 4.9 i 4.13. Budući je ovaj model namijenjen za višerazinsko modeliranje kompozita, von Mises model plastičnosti je procijenjen kao prikladan. Primjenjivost von Mises modela u ovu svrhu je potvrdena u radovima [Batra et al., 2012, Doghri et al., 2011]. Razvijeni model je validiran statičkim vlačnim i cikličkim vlačnim testovima. Rezultati validacije su prikazani u odjeljku 4.3. poglavlja 4. Opisani model za materijal matrice je nakon uspješne validacije ugrađen u višerazinsku metodologiju za modeliranje samoobnavljajućih jednosmjernih kompozita. Spomenuti model je za modeliranje materijala matrice korišten na mikro razini. Ojačavajuća vlakna su modelirana kao transverzalno izotropan linearno elastičan materijal, također na mikro razini. Primijenjeni mikromehanički model je pravilo mješavina. Osim toga, korišten je i kriterij popuštanja temeljen na maksimalnom naprezanju te progresivni model oštećenja za vlakna preuzet iz [Lapczyk and Hurtado, 2007], što je opisano u odjeljku 5.1.1. poglavlja 5. Prijelaz s mikro na makro razinu, tj. homogenizacija je provedena korištenjem izraza pravila mješavina za izračun mehaničkih svojstava homogeniziranog kompozita, odjeljak 5.1.2. poglavlja 5. S druge strane, prijelaz s makro na mikro razinu, tj. lokalizacija je ostvarena korištenjem Voigt (iso-strain) i Reuss (iso-stress) aproksimacija prema [Goldberg, 1999], odjeljak 5.1.3. poglavlja 5. Za potrebe validacije korišteni su eksperimentalni rezultati iz dostupne literature. Za potrebe validacije u slučaju statičkog opterećivanja iskorišteni su eksperimentalni rezultati savijanja u tri točke, odjeljak 5.2. poglavlje 5., a u slučaju dinamičkog opterećivanja eksperimentalni rezultati udara malom brzinom, odjeljak 5.3. poglavlje 5. Rezultati Materijalni model za čisti samoobnavljajući polimer je validiran statičkim vlačnim i cikličkim vlačnim testovima provedenima na Fakultetu strojarstva i brodogradnje, Sveučilišta u Zagrebu, Zavod za materijale, Laboratorij za polimere i kompozite. Statičkim vlačnim testom je validiran model mikro-oštećenja, slika 4.6. Također, na slici 4.7 je prikazan razvoj varijable oštećenja i efektivne plastične deformacije u ovisnosti o ukupnoj deformaciji tijekom statičkog vlačnog testa. Ciklički vlačni test se sastoji od dva ciklusa opterećivanje-rasterećivanje, pri čemu je između ciklusa dozvoljeno zacjeljivanje materijala, slika 4.8 Cikličkim testovima su validirani model zacjeljivanja i plastičnosti, slika 4.8 Model zacjeljivanja je validiran oporavkom modula elastičnosti tijekom procesa zacjeljivanja, koji je mjerljiv tijekom drugog ciklusa opterećivanja. Za validaciju modela plastičnosti je upotrijebljena trajna deformacija ispitnih tijela zaostala nakon prvog ciklusa. Kako bi se postigli navedeni zahtjevi, definiran je skup parametara konstitutivnog modela kojim se postiže podudaranje rezultata analize i eksperimentalnih rezultata. Dodatno, na slici 4.9 je prikazan razvoj varijable oštećenja i varijable efektivnog oštećenja u ovisnosti o ukupnoj deformaciji tijekom cikličkog testa. Slika 4.10 prikazuje razvoj varijable zacjeljivanja i efektivne plastične deformacije u ovisnosti o ukupnoj deformaciji za vrijeme cikličkog testa. Konstitutivni model samoobnavljajućeg kompozita je validiran eksperimentalnim rezultatima dostupnima u literaturi. Model je ponajprije validiran za slučaj statičkog opterećivanja korištenjem rezultata eksperimenta savijanja u tri točke, preuzetih iz [Park et al., 2010]. U eksperimentu je upotrebom aluminijske pločice smještene između cilindra za opterećivanje i ispitnog tijela spriječena pojava loma vlakana čime je omogućeno oštećivanje isključivo materijala matrice, slika 5.1 Također, upotrebom pločice spriječeno je i popuštanje kompozita uslijed gnječenja površine cilindrom za opterećivanje. Ispitno tijelo je podvrgnuto trima ciklusa opterećivanja pri čemu je nakon prvog i drugog ciklusa zacijeljeno te je time testirana učinkovitost procesa zacjeljivanja. Odabirom odgovarajućih parametara konstitutivni model je precizno opisao realno ponašanje kompozitnih ispitnih tijela, dobiveno eksperimentom. Rezultati simulacije i eksperimentalni rezultati su uspoređeni u dijagramu sila-pomak, slika 5.3 Na slikama 5.5 i 5.6 su prikazani slojevi kompozitnih ispitnih tijela prije i nakon prvog, odnosno drugog zacjeljivanja. Također, na slici 5.7 je prikazan razvoj modula elastičnosti materijala matrice u konačnom elementu u sredini ispitnog tijela. Nadalje, varijacijom vrijednosti parametara modela oštećenja materijala matrice, prikazan je utjecaj pojedinog parametra na rezultate u dijagramu sila-pomak, slika 5.8. Također, na slici 5.9 su prikazani rezultati dobiveni variranjem vrijednosti parametara modela zacjeljivanja materijala matrice. Ovime je pokazan utjecaj pojedinog parametra na rezultate u dijagramu sila-pomak. Konačno, na slici 5.10 su prikazani rezultati dobiveni variranjem vremena zacjeljivanja. Pokazano je da je u prvom procesu zacjeljivanja efekt procesa zacjeljivanja najveći, a sa svakim idućim ciklusom se smanjuje, odnosno asimptotski teži ka određenoj vrijednosti. Nakon uspješne validacije za slučaj statičkog opterećivanja, model je validiran za slučaj dinamičkog udarnog opterećivanja. U tu svrhu su iskorišteni eksperimentalni rezultati udara kompozita malom brzinom dostupni u [Cohades and Michaud, 2017b]. U [Cohades and Michaud, 2017b] su kompozitni uzroci sa pletenim staklenim vlaknima udarani sa tri različite brzine udarača koje su rezultirale kinetičkim energijama od 8.5, 17 i 34 J. Nakon udara su pomoću ultrazvuka snimljeni razmjeri oštećenja u pločama. Potom su ploče podvrgnute procesu zacjeljivanja te su ponovno snimljene ultrazvukom da bi se odredila učinkovitost samoobnavljanja. Nadalje, uslijed udara energijom od 34 J došlo je do loma vlakana na gornjoj i donjoj površini ispitnog tijela. Opisani eksperimentalni postupak je reproduciran numeričkim modelom. Mikrostruktura jednog sloja kompozita sa pletenim vlaknima je aproksimirana s dva sloja jednosmjernih vlakana. Time je omogućena primjena razvijene metodologije i na pletene kompozite. Model oštećivanja i zacjeljivanja matrice je validiran usporedbom oštećenih površina, prije i poslije zacjeljivanja, izmjerenih eksperimentalno i oštećenih površina izračunatih u analizi, slike 5.14 i 5.15. Model oštećivanja vlakana i matrice je dodatno validiran usporedbom kontaktne sile između udarača i ispitnog tijela, slika 5.12. Također, na slici 5.16 je prikazana raspodjela varijable efektivnog oštećenja prije i poslije zacjeljivanja u području udara, za svaku energiju udara posebno. Slika 5.17 prikazuje raspodjelu efektivne plastične deformacije nakon udara, za svaku energiju udara posebno. Konačno, korištenjem kriterija popuštanja temeljenog na maksimalnom naprezanju i progresivnog modela oštećenja, lom vlakana je simuliran u skladu sa eksperimentalnim rezultatima, slika 5.18. Naposlijetku je, nakon uspješne validacije modela za slučaj statičkog i dinamičkog opterećivanja, simuliran udar ptice u konstrukciju avionskog krila. Analiza je provedena za tri različita udara: (1) frontalno i centralno, (2) frontalno i izvan centra te (3) pod kutom od 30 stupnjeva, slika 5.21. Nakon udara je provedeno zacjeljivanje konstrukcije te je zatim procijenjena učinkovitost zacjeljivanja. Budući u dostupnoj literaturi ne postoje eksperimentalni rezultati zacjeljivanja avionske konstrukcije nakon udara velikom brzinom, ovo istraživanje je numerički eksperiment, temeljen na prethodnoj uspješnoj validaciji modela. Ovim simulacijama su analizirane i prednosti samoobnavljajućih kompozitnih konstrukcija u odnosu na konvencionalne. Na slikama 5.23 i 5.24 je prikazana raspodjela varijable efektivnog oštećenja materijala matrice u konstrukciji krila. Dodatno, na slici 5.25 je prikazana raspodjela iste varijable u poprečnom presjeku krila. Ovi rezultati su kvantificirani dijagramom na slici 5.26 koji prikazuje učinkovitosti zacjeljivanja za dvije različite granične vrijednosti varijable efektivnog oštećenja, φef f < 0.1 i φef f < 0.05. Učinkovitosti su računate korištenjem jednadžbe 1.1 pri čemu su vrijednosti f zamijenjene brojem konačnih elemenata sa vrijednošću φef f unutar zadanih granica. Osim oštećenja u matrici, prisutno je i oštećenje vlakana što je prikazano na slici 5.28. Rezultati pokazuju da su slojevi sa orijentacijom vlakana pod 0 stupnjeva najosjetljiviji na udarna oštećenja.
Zaključak U ovoj disertaciji je za modeliranje samoobnavljajućih vlaknima ojačanih kompozita razvijena višerazinska metodologija temeljena na mikromehaničkom modelu pravilo mješavina. Na mikro razini je materijal matrice modeliran korištenjem von Mises modela plastičnosti sa linearnim izotropnim očvršćenjem, modelom mikro-oštećenja ovisnim o brzini deformiranja i modelom zacjeljivanja oštećenja. Vlakna su modelirana kao linearno elastičan transverzalno izotropan materijal sa kriterijem popuštanja temeljenim na maksimalnom naprezanju i progresivnim modelom oštećenja. Namjena razvijene višerazinske metodologije je predviđanje zacjeljivanja u vlaknima ojačanim polimernim kompozitnim materijalima sa svojstvom samoobnavljanja. Zacjeljivanje ovdje podrazumijeva oporavak modula elastičnosti materijala matrice, koji je degradiran oštećenjem. Razvijena metodologija je uspješno validirana za slučaj statičkog i dinamičkog (udarnog) opterećivanja kompozitnih konstrukcija, pri čemu je prethodno validiran model za čisti polimerni materijal matrice sa svojstvom samoobnavljanja. U svrhu validacije korištena su tri različita samoobnavljajuća polimera - Surlyn 8940 pri validaciji modela za čisti polimer, bis-maleimide tetrafuran (2MEP4F) pri statičkoj validaciji modela za kompozit te poly(ε-caprolactone) (PCL) pri dinamičkoj validaciji modela za kompozit. U sva tri slučaja validacija je uspješno provedena. Slijedom toga je zaključeno da je razvijeni model fleksibilan po pitanju primjenjivosti na različite materijale matrice. Nadalje, korištene su i dvije različite vrste ojačavajućih vlakana - jednosmjerna ugljična vlakna pri statičkoj validaciji modela za kompozit i pletena staklena vlakna pri dinamičkoj validaciji modela za kompozit. Odziv konstrukcije sa pletenim staklenim vlaknima je precizno simuliran aproksimacijom jednog sloja pletenih vlakana sa dva sloja jednosmjernih vlakana. Konačno, može se zaključiti da se određivanjem odgovarajućih parametara konstitutivnog modela i uvođenjem odgovarajućih aproksimacija, razvijeni model može koristiti za preciznu procjenu oštećivanja i zacjeljivanja samoobnavljajućih vlaknima ojačanih polimernih kompozita. Slijedom navedenoga, u sljedećoj fazi je razvijeni konstitutivni model primjenjen na modeliranje oštećenja tijekom udara ptice u konstrukciju kompozitnog avionskog krila te na modeliranje zacjeljivanja oštećenja nastalih tijekom udara. U tu svrhu su analizirana tri slučaja udara modela ptice u krilo, kao što je ranije navedeno. Analizama je pokazano da su na udarna oštećenja najosjetljiviji slojevi sa orijentacijom vlakana pod 0 stupnjeva te je zaključeno da se pri konstruiranju takvih konstrukcija treba voditi računa o rasporedu slojeva. Nadalje, pokazano je da se zacjeljivanjem konstrukcije postižu učinkovitosti zacjeljivanja 96-98 % za slučaj frontalnog udara, odnosno 79-87 % za slučaj udara pod kutom od 30 stupnjeva. Samoobnavljajući kompoziti pokazuju velik potencijal za primjenu u zrakoplovnim i svemirskim konstrukcijama obzirom da mogu autonomno locirati i zacijeliti mikrooštećenja poput: BVID (engl.: Barely Visible Impact Damage), delaminacije i popuštanje matrice. Daljnji razvoj samoobnavljajućih kompozita i njihovih primjena mogao bi značajno doprinijeti sigurnosti zrakoplovnih konstrukcija, ali i revolucionarizirati metode njihovog održavanja. Važnu ulogu u tome imat će pouzdan i precizan konstitutivni model za samoobnavljajuće materijale, budući će omogućiti raznovrsna ispitivanja zrakoplovnih i svemirskih konstrukcija bez potrebe za velikim brojem eksperimentalnih testova. Razvijena metodologija se pokazala pouzdanom u predviđanju oštećivanja i zacjeljivanja u vlaknima ojačanim polimernim kompozitima sa svojstvom samoobnavljanja. Pritom su korišteni modeli zacjeljivanja i oštećivanja ovisni o vremenu i brzini deformacije. Nadalje, u modelu je pretpostavljeno da se oštećivanje i zacjeljivanje ne mogu događati istovremeno. Kao što je i ranije spomenuto, na procese oštećivanja i zacjeljivanja u polimerima i vlaknima ojačanim polimernim kompozitima utječu brojni faktori. Zacjeljivanje ponajviše ovisi o tlaku i temperaturi, zbog čega je implementacija ovisnosti modela o tim parametrima izuzetno važna. Da bi se odredio odgovarajući model ovisnosti o tlaku i temperaturi potrebna su opsežna eksperimentalna istraživanja za promatrani polimer. Nadalje, potrebno je ispitati i pretpostavku da se oštećivanje i zacjeljivanje ne događaju istovremeno. Za daljnja unaprjeđenja modela potreban je velik broj eksperimenata kako bi se kvantificirali utjecaji određenih parametara. Dodatno proširenje razvijene metodologije jest simulacija zatvaranja i zacjeljivanja pukotine nastale uslijed proboja. Ovo je od posebnog interesa za primjene u modeliranju balističke zaštite i zaštite od udara svemirskih krhotina. Konačno, u ovoj disertaciji su postavljeni opsežni temelji za daljnje istraživanje u području numeričkog modeliranja vlaknima ojačanih polimernih kompozitnih konstrukcija sa intrinzičnim svojstvom samoobnavljanja. Spomenuto područje je golemo i neistraženo, obzirom da postoji veoma ograničen broj znanstvenih radova na tu temu. Primjene samoobnavljajućih kompozitnih materijala su brojne. Jedna od takvih primjena je i u konstrukciji avionskog krila, slučaj analiziran u ovoj disertaciji. Brojem primjena određene su i prilike kao i potrebe za unaprjeđenjem razvijene metodologije. Cilj i hipoteza istraživanja Cilj istraživanja je razvoj i validacija konstitutivnog modela za modeliranje razvoja oštećenja i procesa inherentnog zacjeljivanja u vlaknima ojačanim polimernim kompozitnim konstrukcijama. Hipoteza: Pojava, razvoj i zacjeljivanje oštećenja, u smislu oporavka mehaničkih svojstava narušenih tijekom procesa oštećivanja, u materijalu matrice vlaknima ojačanog polimernog kompozitnog materijala, može se pouzdano odrediti korištenjem razvijenog konstitutivnog modela, a koji u obzir uzima brzinu i iznos deformacije, nastalo oštećenje i vrijeme zacjeljivanja te omogućuje oštećivanje zacijeljenog materijala. Pregled rada U prvom, uvodnom poglavlju je opisana motivacija za ovo istraživanje, dan je opsežan pregled literature te su definirani ciljevi i hipoteza istraživanja. Pregledom literature je dodatno potkrijepljena motivacija i ciljevi istraživanja. U drugome poglavlju je dan pregled materijala sa svojstvom samoobnavljanja te njihove primjene u zrakoplovnoj i svemirskoj tehnici. Pritom su opisani fizikalni procesi na kojima se temelji samoobnavljanje: (1) polimera i vlaknima ojačanih polimernih kompozita, (2) polimernih premaza, (3) metala i legura te (4) kompozita sa keramičkom matricom. U trećem poglavlju su predstavljene osnove mehanike kontinuuma oštećenja (CDM) te proširenje na mehaniku kontinuuma oštećenja i zacjeljivanja (CDHM). Nadalje, počevši od temelja CDHM-a, prikazan je izvod konstitutivnih jednadžbi za modeliranje oštećenja i zacjeljivanja koje su korištene u ovoj disertaciji. U četvrtom poglavlju je opisan konstitutivni model za čisti polimer sa intrinzičnim svojstvom samoobnavljanja. Detaljno su opisani svi teoretski aspekti modela, kao i numerička implementacija istog. Konačno, model je validiran prethodno dobivenim eksperimentalnim rezultatima. Peto poglavlje se bavi modeliranjem vlaknima ojačanog kompozita kojem je matrica intrinzično samoobnavljajući polimer. Detaljan opis modela za matricu je ovdje izostavljen, budući je drugo poglavlje posvećeno upravo tome. Nadalje, opisan je upotrijebljeni mikromehanički model pravilo mješavina, kao i metode lokalizacije i homogenizacije. Nakon opisa metodologije, slijedi validacija razvijenog modela za statički i dinamički slučaj opterećivanja. Nakon validacije, model je primijenjen na simulaciju oštećivanja i zacjeljivanja kompozitnog avionskog krila pri udaru ptice pri brzini od 300 km/h, za tri različite početne konfiguracije. U posljednjem poglavlju su navedeni zaključci, kao i preporuke za daljnja istraživanja u području modeliranja i primjene vlaknima ojačanih kompozita sa svojstvom samoobnavljanja. Izvorni znanstveni doprinos 1. Razvoj novog konstitutivnog modela za modeliranje oštećenja i zacjeljivanja kompozitnih konstrukcija izrađenih od vlaknima ojačanih polimera, pri čemu se polimer, tj. materijal matrice, odlikuje svojstvom samoobnavljanja. Razvijeni model uzima u obzir promjenu varijable oštećenja ovisne o brzini i iznosu deformacije, kao i razvoj varijable zacjeljivanja ovisne o vremenu zacjeljivanja, pri čemu je omogućeno oštećivanje prethodno zacijeljenog materijala. 2. Validacija razvijenog konstitutivnog modela za čisti polimer za slučaj statičkog vlačnog i cikličkog vlačnog ispitivanja. 3. Validacija razvijenog konstitutivnog modela za kompozit za slučaj statičkog opterećivanja, savijanja u tri točke. 4. Validacija razvijenog konstitutivnog modela za kompozit za slučaj dinamičkog opterećivanja, udara malom brzinom. 5. Definiranje eksperimentalnih postupaka nužnih za validaciju razvijenog konstitutivnog modela. 6. Simulacija udara ptice i zacjeljivanja nakon udara konstrukcije avionskog krila izrađenog od kompozita sa svojstvom samoobnavljanja. Procjena prednosti primjene samoobnavljajućih kompozitnih konstrukcija u odnosu na konvencionalne. |
