Расчетно-экспериментальный метод исследования механических свойств и напряженно-деформированного состояния несущих конструкций из углерод-углеродных композитов

• Автор: Курбатов, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы
Глава 2. Методика численно-экспериментального определения физических постоянных пространственно-армированных композиционных материалов
2.1. Постановка задачи
2.1.1. Постановка статической задачи термоупругости неоднородного тела
2.1.2. Определение эквивалентных упругих характеристик композиционного материала
2.2. Обратная коэффициентная задача для пространственно-армированного композиционного материала
2.2.1. Геометрическая модель ячейки материала
2.2.2. Определяющие уравнения для структурных составляющих композита
2.2.2. Постановка задачи для эквивалентного анизотропного однородного материала.

2.2.3. Система модельных задач об элементарных деформациях представительного объема
2.2.4. Выбор методики определения физических постоянных фаз материала в составе композиции
2.3. Определение физических констант 4Д-Л УУКМ
2.3.1. Определение физических постоянных структурных составляющих УУКМ
2.3.3. Конечно-элементная модель
2.3.2. Определение упругих констант 4Д-Л УУКМ на основе разработанной численно-экспериментальной методики
2.3.4. Сходимость решения
Глава 3. Методика двухуровневого исследования напряженно-деформированного состояния изделий из пространственно-армированных композиционных материалов

3.1. Метод подмоделирования

3.2. Двухуровневое моделирование элементов теплового аккумулятора солнечной энергодвигательной установки
3.2.1. Описание объекта исследования
3.2.2. Описание конечно-элементной модели крышки ТА СЭДУ
3.2.3. Моделирование крышки ТА СЭДУ на макроскопическом уровне
3.2.4. Моделирование на микроскопическом уровне
3.2.5. Выводы
3.3. Пример применения методики двухуровневого анализа напряженно-деформированного состояния пространственных конструкций из Композиционных материалов к тонкостенной пространственной конструкции с концентраторами напряжения
3.2.1. Описание объекта исследования
3.2.2. Описание конечно-элементной модели
3.2.3. Моделирование на макроскопическом уровне
Модель соплового вкладыша с технологическим дефектом
3.2.4. Моделирование на микроскопическом уровне
Модель неоднородного тела
3.2.5. Моделирование на микроуровне в области технологического дефекта
3.2.6. Выводы
Заключение
Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ
В элементах конструкций авиационной и ракетной техники, работающих в условиях высоких температур, интенсивно применяются композиционные материалы, матрица и армирующие элементы которых являются углеродными. Наиболее перспективным видом армирования конструкционных углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ) является многонаправленное пространственное армирование, при котором волокна наполнителя ориентируются в трех, четырех и более направлениях, приближая свойства композита к изотропным.
Математическое моделирование деформирования и тепловых процессов в элементах конструкций, изготовленных из УУКМ со сложной пространственной структурой1 армирования, требует знания физических констант композиционного материала как однородного, в общем случае анизотропного твердого тела. Для определения! констант проводятся серии экспериментов на разрывных машинах с использованием специальных образцов материала.
В отличие от упомянутого макромеханического подхода, в основу микромеханики композиционного материала положена модель неоднородного тела, образованного матрицей и наполнителем, при различных условиях сопряжения на границе раздела структурных составляющих. Микромеханический подход обеспечивает более точное определение напряженно-деформированного состояния с учетом взаимодействия составляющих материала, приводящих к эффектам концентрации напряжений в окрестностях границ раздела, не описываемым макромеханической моделью анизотропного тела, однако его применение требует знания физических констант матрицы и наполнителя. Физические константы составляющих в составе композиции зависят от технологии формования материала и могут существенно отличаться от констант составляющих в изолированном состоянии. Определение данных констант само по себе является нетривиальной задачей в силу существования матрицы, формируемой из газовой фазы, только в составе композиции и малости размеров стержней наполнителя.
/акеК ак£(,с)=0 « баО, к, (1 = 1... 6.
(2.25)
Условие (2.25) может быть соблюдено при специальной постановке системы
При постановке обратных коэффициентных задач используются различные варианты постановки краевых условий. Наиболее распространенными являются кинематические краевые условия Хашина-Розена [38]; быструю сходимость решения по объему представительного элемента обеспечивают смешанные условия в форме А.И.Боровкова [12, 13]. Метод нахождения всех компонентов С,.и, основанный на задании «собственных деформаций» представительного объема и являющийся частным случаем условий Хашина-Розена, предложен в работе [6].
Данному варианту соответствует следующая система краевых условий. Пусть е(к),к = 1...6 - линейно независимые векторы деформаций, соответствующие, например, состояниям растяжения и сдвига (2.26):
Здесь, gjj - ковариантные компоненты метрического тензора области пространства, занимаемой композиционным материалом, как однородной сплошной средой. Элементарные деформированные состояния (2.26) соответствуют решениям шести первых основных краевых задач для представительного объема при следующих краевых условиях, описанных в работе Н. В. Баничука, В. В. Кобелева и Р. М. Рикардса [6]:
« (к) л (к)
шести краевых задач, решениями которых являются векторы сг '.
4° = Шп8л; 42)=§пёл; 43)=8а8п;
44)=ад2; 4)=8я8л> ви)=8а8л-
(2.26)
и] = , к = 1... 6.
э с„ ]
(2.27)
Здесь х/ - координаты точки М е дО0.