Моделирование динамического разрушения керамических композиционных материалов на основе многоуровневого подхода

• Автор: Ваганова, Ирина Константиновна
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1 Механическое поведение объемных керамических нанокомпозитов в квазистатических и динамических условиях нагружения
1.1 Механические свойства керамических композитов и нанокомпозитов А120з-1 Zr02, 2гВ2- В^С, ZrB2"t Zr
1.2 Структура керамических композитов и нанокомпозитов А
2Ю2, ZrB2- В^С, ггВ2- I Zт02 на мезоскопическом уровне
1.3 Подходы и методы многоуровневого динамического моделирования механического поведения керамических композитов и нанокомпозитов
при квазистатических и динамических нагрузках
2 Численное моделирование механического поведения объемных керамических композитов при интенсивных динамических нагрузках
2.1 Двухуровневая модель механического поведения объемных керамических композитов с учетом структурных факторов в условиях интенсивного динамического нагружения
2.2 Численное моделирование механического поведения керамических композитов при интенсивных импульсных воздействиях с применением двухуровневой модели
2.3 Результаты решения тестовых задач. Сходимость численных решений динамических задач
3 Моделирование динамического разрушения керамических композиционных материалов на основе многоуровневого подхода
3.1 Моделирование динамического разрушения наноструктурных композитов с учетом влияния параметров структуры мезоскопического уровня
3.2 Исследование влияния структуры керамических композитов и нанокомпозитов на сдвиговую прочность при интенсивных импульсных воздействиях

3.3 Трещиностойкость композитов и нанокомпозитов при интенсивных
динамических воздействиях
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Разработка авиакосмической техники, ядерных реакторов 4 поколения, энергоэффективных машин и приборов связана с использованием новых керамических композиционных материалов на основе оксидов, карбидов и боридов металлов, обладающих сочетанием высокой твердости, прочности, трещиностойкости, химической стойкости [1-4].
Особый интерес представляют тугоплавкие электропроводные композиционные материалы, включая ггВ2- В4С, 2гВ2-1 Zr02, ZrB2 - А120з и др., которые допускают механическую обработку с применением электроэрозионной и электроалмазной технологий.
Применение нанопорошков керамических соединений и новых технологий изготовления изделий и керамических композиционных материалов существенно расширило возможности варьирования фазового состава, структуры и свойств керамичесюгх композитов и нанокомпозитов.
Это явилось стимулом для развития методов прогнозирования механического поведения композитов в широких условиях воздействий с учетом их фазового состава, параметров распределения частиц упрочняющих фаз, параметров поровой и зеренной структур.
Решение этой задачи представляет одну из актуальных задач механики деформируемого твердого тела.
Одним из перспективных подходов для прогнозирования механического поведения керамических композитов с учетом их структуры на мезоскопическом уровне в широких диапазонах внешних воздействий является многоуровневое компьютерное моделирование.
Развитие моделей и методов многоуровневого компьютерного моделирования керамических композитов и нанокомпозитов важно для более полного понимания закономерностей процессов деформации, повреждения и разрушения структурированных материалов, и получения оценок прочностных характеристик композитов в условиях интенсивных динамических воздействий изделий.

модели со стохастическим и квазирегулярным распределением изолированных частиц упрочняющих фаз и пор в матрице.
Выбор модели с явным или неявным заданием распределения частиц и пор на мезоскопическом уровне зависит от соотношения средних размеров зерен матрицы и включений упрочняющих фаз и наличии кластеров частиц упрочняющих фаз и пор в матрице.
Кластеры частиц и пор с механической точки зрения эквиваленты крупным частицам и порам.
В настоящее время ведутся исследования по разработке континуальных и дискретных моделей и вычислительных методов для исследования и прогнозирования развития деформаций и разрушения структурно-неоднородных сред и композиционных материалов. Перспективным направлением вычислительной механики материалов является создание многоуровневых динамических моделей, учитывающих протекание взаимосвязанных физических процессов структурно-фазовых превращений и повреждения на разных масштабных уровнях.
Развитие данного направления применительно к перспективному классу наноструктурных композитов является актуальной в научном и практическом отношении задачей.
1.3 Подходы и методы многоуровневого динамического моделирования механического поведения керамических композитов и нанокомпозитов при квазистатических и динамических нагрузках
Для моделирования механического отклика структурированных сред на внешние квазистатические и динамические воздействия применяются три разновидности многоуровневого подхода [74,75]:
• иерархический;
• моделирование системы структурных элементов среды с согласующимися граничными условиями;