Модели механического поведения материалов и конструкций в технологических процессах c терморелаксационным переходом

• Автор: Сметанников, Олег Юрьевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 413 с. : ил.

Содержание
Введение '
1. Модели механического поведения материалов и конструкций в технологических процессах с терморелаксационным переходом.
Состояние проблемы
1.1. Особенности молекулярного строения полимеров
1.2. Модели термомеханического поведения материалов в переходных процессах
1.3. Экспериментальные методы определения остаточных напряжений в полимерных изделиях
1.4. Некоторые проблемы термомеханики кварцевых стекол в задаче прогнозирования технологических и остаточных напряжений в анизотропном оптическом волокне и его заготовках
1.5. Вопросы напряженного состояния и прочности анизотропных
оптических волокон

1.6. Выводы по главе
2. Модели-термомеханического поведения полимерных материалов в условиях стеклования (размягчения)
2.1. Определяющие соотношения термомеханического поведения стеклующегося-полимера в одноосном случае. Выражение для удельной свободной энергии в «упругом» приближении
2.2. Определяющие соотношения термомеханического поведения стеклующегося полимера в одноосном случае. Анализ эволюции жесткости в процессе релаксационного перехода
2.3. «Кинетика» стеклования. Различные законы распределения
2.4. Модельная задача. Аналитическое описание простейших режимов одноосного термосилового нагружения
2.5. Экспериментальное обеспечение определяющих соотношений
для полимерного материала и проверочные эксперименты
2.5.1. Описание прибора для измерения переходных процессов в полимерах
2.5.2. Методика изготовления образцов
2.5.3. Проведение экспериментов 8
2.5.4. Определение параметров физических уравнений по результатам термомеханических испытаний

2.5.5. Экспериментальная идентификация параметров физических уравнений полиметилметакрилата.
2.6. Определяющие соотношения термомеханического поведения стеклующегося полимера с учетом вязкоупругих свойств стеклообразного состояния
2.7. Сравнительный анализ.различных моделей
2.7.1. Гипоупругая модель В.В.Болотина
2.7.2. Модель мгновенного стеклования И.И.Бугакова
2.7.3. Реологическая модель А.П.Александрова-Ю.С.Лазуркина-Г.И.Гуревича
2.8. Модельная задача. Анализ закономерностей формирования технологических и остаточных напряжений в пакете стержней
2.9. Выводы по главе
3. Определяющие соотношения термомеханического поведения стеклующегося полимера для сложного напряженного состояния
3.1. Определяющие соотношения термомеханического поведения, стеклующегося полимера для сложного напряженного состояния. Вывод через свободную энергию в «упругом» приближении
3.2. Определяющие соотношения термомеханического поведения стеклующегося полимера для сложного напряженного состояния. Вывод в приращениях с учетом вязкоупругих свойств стеклообразного состояния
3.3. Термодинамическое обоснование.определяющих соотношений. Термодинамические ограничения на материальные функции и константы
3.4. Выводы по главе
4. Численный анализ напряжений и деформаций в стеклующихся телах
4.1. Постановка краевой задачи термомеханики стеклующегося тела
4.2. Алгоритм численного пошагового решения задачи методом конечных элементов.
4.3. Особенности численного алгоритма при учете вязкоупругих свойств
4.4. Численный анализ технологических и остаточных напряжений в коротком сплошном стеклующемся эпоксидном цилиндре. Учет вязкоупругих свойств
4.5. Адаптация определяющих соотношений в пакет А№УБ
4.6. Выводы по главе

5. Экспериментально-теоретическое исследование остаточных напряжении в осесимметричных изделиях
5.1. Экспериментальное определение остаточных напряжений в крупногабаритных эпоксидных цилиндрах метод разрезки колец.
5.2. Экспериментальное определение остаточных напряжений в крупногабаритных эпоксидных цилиндрах поляризационнооптический метод. •
5.3. Экспериментально-расчетное исследование эволюции деформаций круглой пластины из эпоксидной смолы при неравномерном охлаждении
5.3.1. Экспериментальная часть
5.3.2. Численный анализ НДС образцов
5.4. Выводы по главе
6. Определяющие соотношения для волокнистого композиционного материала в условиях стеклования и размягчения связующего
6.1. Определяющие соотношения для волокнистого композита
6.1.1. Представление удельной’свободной энергии.стеклующегося композиционного материала
6.1.2. Изменение жесткостных свойств композиционного материала в процессе стеклования связующего
6.1.3. Сравнение полученных типов определяющих,соотношений
6.2. Прогнозирование эффективных характеристик.волокнистого • композита на основе численных экспериментов
6.2.1. Постановка задачи.
6.2.2. Конечно-элементная реализация
6.3. Выводы по главе
7. Прогнозирование и оптимизация технологических напряжений в конструкциях из полимерных и композиционных материалов
7.1. Напряженно-деформированное состояние полого цилиндра в условиях охлаждения с повторным подогревом
7.2. Исследование остаточного напряженного состояния многослойного композиционного маховика
7.3. Регулирование остаточных напряжений в изделиях из стеклующихся полимеров дополнительным- силовым и кинематическим воздействием
7.3.1. Постановка задачи оптимизации

температурой хрупкости. Важно, что в интервале температур Гхр < Т <
при действии достаточно высоких уровней напряжений возможно
проявление так называемого «холодного» течения- или вынужденной

деформации высокоэластичности, свидетельствующейг о том, что возможно «размораживание» сегментальной подвижности' в застеклованном"состоянии (преодоление барьеров вращения) путем наложения высоких силовых полей. При температурах ниже Гхр проявление вынужденной высокоэластичности
невозможно.
Таким образом, построение термомеханической кривой для аморфного полимера позволяет выделить температурные пределы существования стеклообразного, высокоэластического и вязкотекучего состояний. Эти три состояния называют физическими или релаксационными состояниями. Важно еще раз подчеркнуть, что переходы из одного состояния в другое (релаксационные переходы) не являются фазовыми, не сопровождаются изменением структуры материала и внутренним тепловыделением или теплопоглощением. С точки зрения механического поведения аморфных полимеров наиболее сильно релаксационный переход проявляется в значительном изменении релаксационного спектра материала, как величин характерных времен1 релаксации (величины могут изменяться на порядки), так и зависимостей распределения времен релаксации по температуре.
Полимерные материалы, способные кристаллизоваться, в данной работе не рассматриваются.
Высокоэластическое состояние характерно только для полимеров. В полимере происходит интенсивное тепловое движение отдельных звеньев, атомных групп и сегментов, однако движение макромолекул как отдельных кинетических единиц невозможно. При этом полимер на макроскопическом уровне способен испытывать большие (несколько сот процентов) обратимые деформации. Сущность этого явления заключается в распрямлении свернутых длинных гибких цепей под влиянием приложенной нагрузки и их