Метод прогнозирования долговечности полимерных конструкционных композиционных материалов при совместных нестационарных тепловых и механических нагружениях

• Автор: Кладов, Максим Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Список обозначений

Глава 1. Анализ методов исследований процесса разрушения твердых тел

1.1. История исследования прочности. Задача прогнозирования долговечности

1.2. Методы исследований процесса разрушения композиционных материалов. Основные критерии разрушения
Глава 2. Экспериментально-расчетный метод прогнозирования долговечности полимерных композиционных материалов при совместных нестационарных тепловых и механических нагружениях
2.1. Взаимосвязь кинетических параметров термодеструкции и механодеструкции композиционных материалов
2.2. Физико-математическая модель долговечности композиционных материалов в условиях совместных нестационарных тепловых

и механических нагружений

Глава 3. Экспериментально-измерительный комплекс

3.1. Экспериментальная установка для термогравиметрических исследований

3.2. Экспериментальная установка для исследования термомеханических характеристик композиционных материалов
3.3. Установка для исследования долговечности полимерных нитей
3.4. Установка для исследования долговечности полимерных нитей при совместных нестационарных тепловых и механических нагружениях
3.5. Установка для исследования долговечности полимерных композиционных материалов при совместной длительной тепловой

и механической нагрузке
3.6. Испытательная машина для исследования прочностных характеристик композиционных материалов
3.7. Автоматизация обработки экспериментальных данных
Глава 4. Результаты экспериментально-расчетных исследований
4.1. Кинетические параметры многостадийных процессов термической деструкции
4.2. Кинетические параметры многостадийных процессов механической деструкции
4.3. Сравнение расчетных данных с результатами независимых экспериментально-расчетных исследований
4.4. Сравнение расчетных данных с результатами экспериментальных исследований долговечности композиционных материалов при совместных тепловых и механических нагружениях
Выводы
Список публикаций по теме диссертации
Литература
Приложения
Приложение 1. Пример расчета долговечности материала Терлон (нить) при совместном нестационарном действии тепловой
и механической нагрузок
Приложение 2. Результаты расчета долговечности исследуемых материалов при различных режимах нагружения и сопоставление с экспериментом

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
Eu - модуль Юнга, Па;
L - длина трещины, м;
М - фактор формы трещины;
К - коэффициент интенсивности напряжений;
U0 - энергетическая константа материала, совпадающая по значению, с;
энергией распада межатомных связей (энергия активации), кДж/моль; R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль-К);
Т - абсолютная температура, К; к - постоянная Больцмана, Дж/К;
Sp (/) - зависимость <т(г), определяемая из опыта на чистое растяжение;
Т0 - температура приведения, К;
R(t- т)- ядро релаксации; ü(t -т)- ядро ползучести;
/-время, с;
А - предэкспоненциальный множитель (частотный фактор), с'1;
Е - энергия активации физико-химических превращений, Дж/моль; ат- отношение времени механической релаксации при температуре Т к соответствующему времени релаксации при температуре Г/.
Тн - температура начала реакции, К;
Тт - температура, соответствующая максимальной скорости реакции, К;
Тк - температура конца реакции, К;
г, - значение коэффициента корреляции расчетных точек i-й стадии;
Тр - температура, при которой производилось механическое разрушение
материала, К;
G - вес чашки с разновесами, кг;
/0 - длина недеформированной нити, м;

Следует отметить, что в работах [53, 54, 59, 60] экспериментально зафиксирована многостадийность процесса механодеструкции. А в работе [21] приводятся данные о близости по величине значений и0 и Е- энергии активации процесса термодеструкции для ряда полимерных композиционных материалов.
Исследования [59, 60, 61, 62] показали, что величина и0 не является устойчивой характеристикой данного материала.
При изменении структурного состояния материала (при тепловом и/или механическом воздействии) значение и0 меняется [20, 54, 61, 62] (будучи различным для разных материалов), а коэффициент у зависит от температуры и его значение достаточно сильно изменяется (вплоть до порядка) [51, 54, 63].
При тепловом воздействии в исследуемом материале происходят физикохимические превращения. Как показывает опыт, физико-химические превращения при тепловых воздействиях носят сложный многостадийный характер [64, 65]. Наилучшим образом процесс физико-химических
превращений в исследуемом материале характеризуют кинетические параметры.
При выборе экспериментально-расчетного метода исследования кинетики многостадийных процессов термической деструкции [64, 65] было сделано допущение, что в исследуемом материале протекают только параллельные, независимые реакции.
Зависимость удельной константы скорости физико-химических превращений от температуры описывается уравнениями Аррениуса [65 ]:
К = А-ехр(-^- (2.1.6)

При анализе кинетики сложных процессов будем исходить из предположения, что каждую отдельную стадию разложения можно представить в виде необратимой реакции. Перекрестные взаимодействия между продуктами