Концентрация напряжений и разрушение вблизи круговых отверстий в композитных элементах конструкций

• Автор: Карпов, Евгений Викторович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 119 с. : ил

ГЛАВА 1 НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ СФЕРОПЛАСТОВЫХ ЦИЛИНДРОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ КОНЦЕНТРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЙ
I Условия проведения экспериментов, образцы и средства замера деформаций
II Экспериментальные замеры деформаций в образцах
III Эксперименты на разрушение сферопластовых образцов с некоторыми видами концентраторов напряжений
IV Численные эксперименты
V Сравнение расчетов с экспериментальными замерами
VI Гипотеза локального уплотнения синтактного материала при сжатии
VII Сравнение расчетов с результатами разрушения образцов
VIII Микроскопическое исследование поверхности разрыва
IX Гипотеза образования рельефа на поверхностях разрушения
ГЛАВА 2 КОНЦЕНТРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В БОРАЛЮМИНОВОЙ ПЛАСТИНЕ С КРУГОВЫМ ОТВЕРСТИЕМ
I Объект исследования и модель
II Сравнение волокнистой конечно-элементной модели с моделью Аутвотера

III Напряженно-деформированное состояние во
локнистой пластины вблизи круглого отверстия
IV Разрушение пластины
V Влияние некоторых видов дефектов на напря
женно-деформированное состояние вблизи кругового отверстия при растяжении вдоль волокон
ГЛАВА 3 РАССЛОЕНИЕ ДВУХСЛОЙНОЙ ПОЛОСЫ ПРИ 105 НАЛИЧИИ КРУГОВОГО КОНЦЕНТРАТОРА
I Постановка задачи
II Зависимость напряжений в клеевой прослойке
от соотношения модулей Юнга слоев
III Зависимость напряжений в клеевой прослойке
от соотношения поперечных размеров слоев
IV Расслоение полосы
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

Композиты [31, 44] получили широкое применение в различных отраслях производства. Новейшие технологии позволяют создавать композитные материалы и конструкции с заранее заданными оптимальными свойствами. Композиты применяются в строительстве, машиностроении, ракетной и ядерной технике, самолетостроении и создании автономных глубоководных аппаратов. В связи с этим большое значение имеют исследования деформирования и разрушения элементов конструкций, изготовленных из композиционных материалов.
При создании различных конструкций часто приходится по технологической необходимости делать в их элементах отверстия различного назначения. При эксплуатации конструкций эти отверстия становятся концентраторами - создают вокруг себя области повышенных напряжений разнообразных конфигураций. Концентрации напряжений являются одним из основных факторов, определяющих прочность конструкции, и потому исследование влияния различных типов концентраторов на поведение композитных элементов конструкций и поиск путей снижения концентрации напряжений представляется одной из актуальных задач современной механики.
При изучении поведения элементов конструкций, изготовленных из композитов, наиболее распространенным подходом является сведение рассматриваемых материалов к однородным, в общем случае анизотропным, с некоторыми эффективными характеристиками. Этот подход позволяет достаточно точно описывать статическое поведение композитных конструкций, все геометрические размеры которых существенно превышают характерный размер структурной неоднородности исследуемого композита. Однако, он не дает возможности рассматривать задачи разрушения композитов, как и задачи исследования концентраций напряжений, возникающих вблизи трещин, вырезов, различных технологических

Рис. IV. 12.
Распределение нормальных напряжений суу в плоскости XX вблизи цилиндрического отверстия радиуса 5 мм, укрепленного жесткой вкладкой. Верхний край - ось симметрии 2. Нижний край -пересечение плоскости XX с наружной поверхностью образца. Слева находится край цилиндрического отверстия (темная зона - поверхность отверстия). Торец находится справа за пределами рисунка. Напряжения на изолиниях указаны в МПа, направлены перпендикулярно плоскости рисунка. Положительные напряжения - растягивающие, отрицательные - сжимающие. Значение напряжений соответствуют приложенному на торцах сжимающему напряжению 6
МПа.
Выводы, возможные в связи с проведенными расчетами, приведены в последующих параграфах, где расчетные данные сравниваются с результатами экспериментов.