Моделирование структуры и процессов разрушения зернистых композитов

• Автор: Ильиных, Артем Валерьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 120 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
1. НЕУПРУГОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ И ПРОЦЕССЫ МИКРО И МАКРОРАЗРУШЕНИЯ СТРУКТУРНОНЕОДНОРОДНЫХ

1.1. Закономерности и модели неупругого

деформирования композиционных материалов.

1.2. Деформационное разупрочнение материала на закритической стадии деформирования

1.3. Математическое моделирование процессов структурного разрушения.

Выводы по разделу.

2. КОМПЬЮТЕРНЫЙ СИНТЕЗ И СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МИКРОСТРУКТУР ЗЕРНИСТЫХ КОМПОЗИТОВ.

2.1. Особенности математического моделирования и

описания параметров структур композиционных материалов

2.2. Алгоритм моделирования структуры зернистых композитов
2.3. Компьютерный синтез зернистых структур.
2.4. Статистический анализ законов распределения параметров зернистых микроструктур
Выводы по разделу.
3. СТРУКТУРНОФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МЕХАНИКИ НЕУ1 ГРУ ТОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ
3.1. Краевая задача механики неупругого деформирования и разрушения структурнонеоднородных сред
3.2. Модели структурного разрушения композиционных материалов по совокупности критериев.
3.3. Моделирование процессов накопления повреждений в зернистых композитах.
3.4. Эволюция дефектных структур и макроразрушение зернистых композитов в условиях одноосного деформирования
Выводы по разделу.
4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССОВ НЕУПРУГОГО
ДЕФОРМИРОВАНИЯ, ЭФФЕКТИВНЫЕ ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА И МАСШТАБНЫЙ ЭФФЕКТ НА СТАДИИ РАЗУПРОЧНЕНИЯ.
4.1. Закономерности механического поведения зернистых композитов, связанные с формой и размерами элементов структуры.
4.2. Влияние напряжннодеформированного состояния на процессов структурного разрушения композитов зернистой структуры на закритической стадии.
4.3. Зависимость эффективных свойств зернистых композитов от пористости и анизотропии структурных элементов.
4.4. Масштабный эффект разупрочнения на закритической стадии деформирования.
4.5. Экспериментальная проверка данных вычислительных экспериментов о наличии масштабного эффекта разупрочнения
Выводы по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Структура и объём работы; Диссертационная- работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы, содержащего 7 наименований. Работа- содержит рисунков и 4 таблицы, изложена на 0 страницах. В первой главе рассматриваются вопросы исследования закономерностей неупругого деформирования структурно-неоднородных сред, отдельное внимание уделяется деформационному разупрочнению материалов на закритической стадии деформирования. Приводится анализ работ, авторы которых используют методы и подходы математического моделирования для исследования процессов неупругого деформирования, микро- и макроразрушения. Вторая глава посвящена- вопросам компьютерного синтеза и статистического анализа микроструктур зернистых композитов. Представлены и проиллюстрированы этапы разработанного алгоритма синтеза зернистых микроструктур. В основу алгоритма положена идея формирования зерен из эллипсоидов. При этом такие параметры эллипсоидов, как относительный размер, форма и ориентация большой полуоси, задаются по различным законам статистического распределения. На основе разработанного алгоритма для компьютерного синтеза моделей зернистых микроструктур создан программный комплекс, прошедший государственную регистрацию. Для реализации статистических законов распределения используются встроенные в язык программирования С++ датчики псевдослучайных чисел. Показаны широкие возможности разработанного программного комплекса по моделированию зернистых структурно-неоднородных сред. Приведены иллюстрации зернистых микроструктур, имеющие преимущественную ориентацию, разброс относительных размеров, форм зерен- по статистическим- законам распределения, а также обладающие разным содержанием пор. Для установления, связи* между закономерностями механического поведения и параметрами структуры используется, математический аппарат для статистического анализа синтезированных микроструктур зернистых композитов. Законы статистического распределения структурных параметров проверялись с использованием критериев согласия Хи-квадрат, Колмогорова-Смирнова и сдвиго-масштабного инварианта. В третьей главе рассматриваются структурно-феноменологические модели механики неупругого деформирования и разрушения, вопросы, связанные с численным моделированием механического поведения зернистых структурно-неоднородных сред. В работе используются модели разрушения по совокупности критериев прочности, которые позволяют в рамках структурнофеноменологического подхода различать механизмы разрушения структурных элементов. Вычисление полей напряжений и деформаций в элементах структуры осуществляется при помощи замкнутой системы уравнений, в которую входят уравнения равновесия, записанные без учета массовых сил, геометрические соотношения Коши и определяющие соотношения для структурных элементов. Численное моделирование механического поведения зернистых структурно-неоднородных сред осуществлялось с использованием разработанного программного комплекса, в основе которого заложены метод конечных элементов, процедура метода переменных параметров упругости и автоматического выбора шага нагружения, ведущего к регистрации разрушения минимально возможного числа элементов в каждой итерации. Разработанный программный комплекс позволяет проследить стадии* дисперсного накопления повреждений и локализованного разрушения, исследовать неоднородность полей напряжений в элементах структуры, строить содержащие ниспадающий участок диаграммы деформирования, представленные в виде зависимости компонент тензора макронапряжений от компонент тензора макродеформаций, а также отслеживать эволюцию дефектной структуры. В четвертой главе описываются- закономерности процессов* неупругого деформирования- и накопления повреждений, а также рассматриваются эффекты механического поведения зернистых композитов на стадии разупрочнения. Проведен анализ результатов численного моделирования механического поведения зернистых структурно-неоднородных сред, показывающих зависимость диаграмм деформирования с ниспадающим участком от вида статистического распределения упругих и прочностных характеристик, формы, размеров, анизотропии и ориентации структурных элементов.