Прогнозирование механических свойств стохастических композиционных материалов

• Автор: Сидоренко, Юрий Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 146 с. : ил.

ГЛАВА 1. Обзор современного состояния исследований в механике композитов
ГЛАВА 2. Многоуровневая модель стохастического структурно-неоднородного материала
2.1. Физико-математическая модель
2.2. Уровни формирования механических свойств композиционного материала
2.3. Структурные уровни композиционного материала
2.3.1. Уровень элементарных объемов
2.3.2. Мезоуровень
2.3.3. Уровень эффективных свойств
2.4. Физико-математическая модель механического поведения композиционного материала со стохастической структурой
2.4.1. Механическое поведение элементарных объемов материала
2.4.2. Мезоуровень
2.4.3. Определение эффективных свойств композита
ГЛАВА 3. Методика определения эффектйвных механических свойств однонаправленного композиционного материала
3.1. Учет вклада структуры материала в формирование его механических свойств
3.2. Имитационное моделирование

3.2.1. Геометрическая имитационная модель композиционного материала со стохастической структурой
3.2.2. Основные элементы алгоритма формирования геометрической
имитационной модели композита
3.2.3. Метод случайных испытаний
3.2.4. Генерация последовательностей псевдослучайных чисел
3.3. Определение локальных свойств модельного структурно-неоднородного
материала
3.3.1. Расчетная схема фрагмента структуры модельного структурнонеоднородного материала
3.3.2. Вычисление параметров напряженно-деформированного состояния ограниченного фрагмента модельного материала
3.3.3. Основные соотношения метода конечных элементов
3.3.4. Вычисление эффективных механических характеристик для
фрагмента структуры модельного материала
3.4. Определение эффективных свойств модельного материала на макроуровне
3.5. Локальная представительность объема материала
3.5.1. Оценка локальной представительности по объемному соотношению компонентов
3.5.2. Оценка локальной представительности по виду закона распределения локальных значений механических характеристик материала
3.5.3. Оценка локальной представительности по степени корреляционной связи локальных значений механических характеристик материала

ГЛАВА 4. Численное исследование влияния структуры на эффективные упругие свойства стохастических композиционных материалов
4.1. Влияние локальных особенностей структуры на развитие полиморфных твердофазных превращений в структурно-неустойчивой матрице композита
4.2. Определение параметров расчетных сеток при моделировании нагружения композитов
4.3. Оценка достоверности результатов расчета эффективных упругих свойств композиционных материалов, полученных с использованием разработанной модели
4.4. Оценка размеров локально-представительного объема материала
со строго периодической структурой
4.5. Оценка размеров локально-представительного объема материала
со случайной структурой
4.6. Анализ эффективных упругих свойств биокомпозитов на основе 17 и Т1№ с использованием предложенной модели стохастически армированного композита
4.7. Анализ влияния объемного соотношения компонентов на условия накопления микроповреждений в биокомпозите на основе пористого титана
Заключение
Список литературы '
Приложение
ственное строение структуры и определяются для единицы объема. Такими параметрами являются: число деталей (элементов структуры, трещин и т.п.), кривизна и скрученность линий, связность структурных элементов.
Авторы работ [6, 86] высказывают предположение о перспективности использования «глобальных» параметров при исследовании связей между структурой и свойствами материалов, но в настоящее время данный вопрос является одним из наименее активно разрабатываемых в механике композитов. К числу причин такого положения дел, видимо, можно отнести сложность описания самого объекта исследования (структуры материала) и определенную «нетрадиционность» подобного подхода к моделированию свойств материалов.
Полученная по результатам анализа шлифов информация может дать весьма полное представление о структуре исследуемого материала. Вместе с тем остается проблематичным вопрос использования этой информации при математическом моделировании поведения материала, поскольку «глобальные параметры», характеризующие структуру (объемное соотношение компонентов, удельная площадь контакта и т.п.), не дают возможности проанализировать вклад ее локальных особенностей (степень кривизны границ, типичное взаиморасположение и взаимодействие отдельных элементов структуры и т.д.) в формирование механических свойств материала.
Подобная информация может быть получена путем математического моделирования поведения гетерогенного материала при явном учете деталей его структуры. Обычно в качестве основы для получения исходных данных при таком моделировании используются изображения (фотографии) фрагментов реальных структур, исследования которых проводятся методами численного анализа (методы конечных элементов, граничных элементов, конечных разностей). Результаты моделирования поведения выбранного таким образом фрагмента структуры полагаются справедливыми для всего материала,