Влияние термоциклических нагрузок на механические характеристики материала композитных панелей

• Автор: Нгуен Дак Куанг
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Современное состояние проблем механики деформирования композиционных материалов (КМ)
1.2. Краткий обзор о задаче термоупругости в рамках градиентной теории для многослойных композиционных конструкций
1.3. Деградация механических характеристик в процессе эксплуатации композиционных материалов
1.4. Некоторые сведения об усталостном поведении слоистых композитов при термоциклировании
Глава 2. ГРАДИЕНТНАЯ МОДЕЛЬ ТЕРМОУПРУГОСТИ ДЛЯ МНОГОСЛОЙНОЙ КОМПОЗИТНОЙ ПАНЕЛИ
2.1. Общая постановка градиентной модели термоупругости
2.2. Расчетная модель многослойной среды, в которой каждый слой изотропный
2.2.1. Случай нагрева в направлении одной из координат
2.2.2. Примеры тестового расчета
2.2.3. НДС двухслойной изотропной структуры, неравномерно-нагретой в направлении нормали к поверхности
2.3. Расчетная модель многослойной композитной панели под действием температуры
2.3.1. НДС многослойной композитной панели под действием постоянного температурного поля
2.3.2. НДС многослойной композитной панели под действием переменного температурного поля
2.4. Выводы к второй главе
Глава 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАКОПЛЕНИЯ
ПОВРЕЖДЕНИЙ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ С УЧЕТОМ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
3.1. Краткая характеристика процессов накопления повреждений в слоистых композитных панелях
3.2. Микромеханическая модель накопления повреждений
3.3. Модели деградации механических характеристик при повреждении в слоях
3.4. Моделирование процесса деградации механических характеристик слоистого композита при циклическом нагружении по данным испытаний
3.5. Определение параметров модели
3.6. Моделирование процесса деградации свойств с учетом воздействия температуры
3.7. Выводы к третьей главе
Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕГРАДАЦИИ
МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБРАЗЦОВ УГЛЕПЛАСТИКА ПРИ ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИИ
4.1. Об испытательной машине для проведения испытания
4.2. Описание процесса испытания
4.2.1 Подготовка образцов
4.2.2. Испытание образцов на термоциклирование
4.2.3. Испытание образцов на растяжение
4.3. Результат испытания
4.4. Идентификация свойств материала с помощью программы «DIGIMAT»
4.5. Расчет деградации механических характеристик образца при термоциклировании
4.6. Выводы к четвёртой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Широкое применение нашли композиционные материалы в авиационной и космической технике, где используются такие их свойства, как высокие удельные характеристики прочности и жесткости, стойкость к воздействию температур и к вибрационным нагрузкам, малый удельный вес и др. Из этих материалов изготавливаются элементы планера самолета, отсеки ракет и космических аппаратов. При эксплуатации летательные аппараты и космические объекты, которые находятся на околоземной орбите и в затененных областях космоса, подвергаются неоднократным воздействием нестабильных температурных режимов (диапазон изменения температур лежит в пределах 113 К - 393 К) [59]. В результате конструкции из композиционных материалов за срок службы испытывают в полете многократные циклические температурные перепады, которые воздействуют как нагрузки от температурного поля. Из-за разницы между коэффициентом линейного температурного расширения волокна и матрицы на порядок и более композит будет испытывать переменные термические воздействия, что в результате приводит к значительному изменению его механических характеристик (модулей упругости) и разрушению конструкций. К исследованию температурных воздействий и исследованию поведения разрушения композитов под действием циклических механических и температурных нагрузок приступили сравнительно недавно. Однако все, известные нам работы ограничивались, как правило, изучением закономерностей термоусталостного разрушения в условиях стационарных режимов циклических термических напряжений. В связи с этим исследования процессов накопления и деградации механических характеристик композиционных материалов при термоциклировании имеют важное значение для обеспечения безопасного полета летательных аппаратов и увеличения их надежности и ресурса. Поэтому, тема диссертации, посвященная исследованием влияния термоциклических

<х. ГМПа!
ст.. [МПа]
стг .[МПа]

Рис. 2.1. Распределение деформаций, напряжений и интенсивности напряжений по Мизесу в слое при действии температурного поля
Т(х) = 10 - 20—, к = 5 жм-сплошная линия (классическое решение), к
к = 0,5 лш-пунктир, к = 0,1 лш-штрих-пунктир.
Как видно из рис. 2.1, для слоя толщиной 5 мм реализуется напряжённо-деформированное состояние близкое к классическому. Напомним, что для классической постановки в слое имеет место линейное распределение напряжений ах и деформаций ег, а напряжения а: равны нулю. Масштабные эффекты проявляются для тонких слоев, в которых, при том же заданном градиенте температурного поля, напряженно-деформированное состояние будет иным. Так существенными могут оказаться напряжения а-_ (для слоя толщиной 0,5 мм максимальные напряжения достигают 5 МПа). Для слоя толщиной 0,1 мм