Определение механических характеристик волокнистых композитов методами идентификации

• Автор: Нежданов, Ростислав Олегович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 200 с. : ил.

1. КРАТКИЙ ОБЗОР И АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Некоторые особенности механических свойств волокнистых композитных материалов
1.2. Обратные задачи идентификации и методы их решения
1.3. Расширенная задача идентификации физико-механических характеристик материала
1.4. Кратковременная прочность композитных материалов
1.5. Циклическая прочность композитных материалов
1.6. Континуальные теории поврежденности и критерии длительной прочности •
2. ИДЕНТИФИКАЦИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛОКНИСТОГО КОМПОЗИТА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ КРАТКОВРЕМЕННЫХ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
2.1. Постановка задачи и метод решения
2.2. Определение механических характеристик органопластика
АРМОС - 3 / ЭБНФ
3. МОДЕЛЬ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ ОРТОТРОПНЫХ И КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ МНОГОЦИКЛОВОМ НАГРУЖЕНИИ
3.1. Критерий прочности при стационарном циклическом нагружении
3.2. Модель накопления повреждений и условие разрушения при нестационарном нагружении
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИКЛИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ВОЛОКНИСТОГО КОМПОЗИТА МЕТОДАМИ ИДЕНТИФИКАЦИИ
4.1. Постановка задачи и методы решения
4.2. Результаты численных экспериментов
5. КРИТЕРИЙ ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ ДЛЯ ВОЛОКНИСТОГО КОМПОЗИТА, ОСНОВАННЫЙ НА КОНТИНУАЛЬНОЙ ТЕОРИИ АНИЗОТРОПНОЙ ПОВРЕЖДЕННОСТИ
6. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЭВОЛЮЦИИ ПОВРЕЖДЕННОСТИ ВОЛОКНИСТОГО КОМПОЗИТА
6.1. Постановка задачи и методика решения

6.2. Результаты численных экспериментов
7. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ИДЕНТИФИКАЦИИ В ВЕРОЯТНОСТНОЙ ПОСТАНОВКЕ
7.1. Общие положения. Метод статистического моделирования
7.2. Идентификация распределения характеристик циклической прочности волокнистого композита
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ. Основные положения теории непрерывных случайных величин и статистической обработки данных экспериментов
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность проблемы. Развитие современной техники тесно связано с производством композитных материалов (КМ) и конструкций из них и внедрением их в различные отрасли промышленности, а также с созданием новых КМ. Весьма широкое распространение в силу значительной весовой экономичности получили волокнистые композитные материалы (ВКМ) на полимерной основе типа органо-, стекло-, угле- и боропластиков и тонкостенные конструкции из них, используемые в авиа-, судо- и машиностроении, а также в космической технике, химической и легкой промышленности. Указанные ВКМ получают обычно в виде однонаправленных лент или жгутов, из которых затем намоткой (или наложением) образуют оболочки или панели.
Наряду со структурным подходом к описанию свойств КМ весьма распространен феноменологический подход, согласно которому композит рассматривается как однородный и (как правило) анизотропный материал, и разрабатываются математические модели, корректно описывающие его деформирование и разрушение. Параметры этих моделей определяются экспериментально. Данный подход используется и в настоящей работе - ВКМ рассматривается как однородный ортотропный материал.
Результаты же, получаемые в рамках структурного подхода (согласно которому свойства композита устанавливаются по известным свойствам его компонентов), пока что либо обнаруживают слабое согласование с экспериментами (при использовании упрощенных, приближенных формул), либо не обладают достаточной общностью для того, чтобы рассчитывать и проектировать конструкции из КМ, поскольку разработка моделей представительного элемента, адекватно описывающих на микроуровне все процессы, протекающие в компонентах сложнонапряженного композита, с учетом их взаимодействия, является довольно сложной задачей. В этом направлении следует отметить работу таких специалистов, как Г. А. Ванин (Ван Фо Фы), В. П. Тамуж, А. С. Овчинский, В. С. Иванова, И. М. Кольев, Л. П. Хорошун, М. X. Шоршоров, С. Т. Милейко, Г. Купер и др.
Известно существенное влияние на механические свойства КМ технологических факторов при изготовлении конструкций и изделий. Так, свойства собственно ленты ВКМ отличаются от свойств этой же ленты в составе намоточной оболочки. Поэтому КМ необходимо рассматривать как материал, создаваемый совместно с конструкцией, а информацию о его свойствах

°а/С(ії*)= ([О] (Г*) - О/([>] (Г*) + О ,
где [<т] (г*) - предел длительной статической прочности, соответствующий времени г* равному продолжительности циклического нагружения. Для учета частоты нагружения / была предложена зависимость:
где [ст] - предел кратковременной статической прочности, а параметры А, В, С есть некоторые функции угла (р ориентации волокон относительно нагрузки. Кроме этого, было указано на возможность возникновения дополнительной анизотропии материала в процессе циклического нагружения и предложено ввести зависимость угла ориентации волокон от числа пройденных циклов (р = (р {(р0, N), где (р0 - первоначальный угол ориентации волокон.
При работе материала на разных режимах циклического нагружения для предсказания его усталостного разрушения необходимо сформулировать некоторое дополнительное условие, учитывающее по крайней мере числа циклов работы на каждом режиме и статические характеристики (например, средние и амплитудные значения напряжений) на каждом режиме.
Простейшим представлением здесь является критерий Пальмгрена -Майнера (1924 г.), согласно которому полагается, что разрушение материала на К-м режиме происходит при
где Nк - число циклов работы материала на к-м режиме, N1 - долговечность материала при его работе только в условиях £-го режима.
Однако для неметаллов этот критерий весьма слабо согласуется с результатами экспериментов (см. Оуэн М. Дж. [1], Парфеев В. М., Олдырев П. П, Тамуж В. П. [1]). В связи с этим в работе Парфеева В. М., Олды-рева П. П, Тамужа В. П. [1] был предложен критерий в виде
<таЦо} = А-В1ёА^*-С/,

(1.5.5)