Процессы структурного разрушения зернистых композитов на стадии деформационного разупрочнения

• Автор: Зайцев, Алексей Вячеславович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 151 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ
СОЗДАНИЯ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ НА СТАДИИ ДЕФОРМАЦИОННОГО РАЗУПРОЧНЕНИЯ
1.1. Модели процессов структурного разрушения
композиционных материалов
1.2. Закритическая стадия деформирования
1.3. Краевая задача механики неупругого деформирования и структурного разрушения композитов
Выводы по разделу
II. СТРУКТУРНО-ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
МЕХАНИКИ НЕОДНОРОДНЫХ СРЕС ПОВРЕЖДЕНИЯМИ
2.1. Математическая модель деформирования и
структурного разрушения зернистого композита
2.2. Численное решение физически нелинейных краевых задач механики неупругого деформирования
повреждаемых композитов
2.3. Моделирование влияния нагружающей системы
на механическое поведение неоднородных тел
Выводы по разделу
Ш. СТОХАСТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ СТРУКТУРНОГО
РАЗРУШЕНИЯ ЗЕРНИСТЫХ КОМПОЗИТОВ
3.1. Эволюция структурных повреждений при комбинированном трехосном монотонном нагружении
3.2. Микро- и макроразрушение зернистого композита
при различной жесткости нагружающей системы
3.3. Равновесные состояния поврежденной неоднородной
среды в условиях немонотонного нагружения
Выводы по разделу

IV. ЗАКОНОМЕРНОСТИ НЕУПРУГОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ
СТРУКТУРНО-НЕОДНОРОДНОЙ СРЕДЫ
4.1. Масштабная инвариантность процессов
структурного разрушения
4.2. Локальная неустойчивость деформирования поврежденного зернистого композита и явление
самоподцерживаемого разрушения
4.3. Нелокальный критерий закритического деформирования -повреждаемых структурно-неоднородных сред
Выводы по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования механического поведения повреждаемых структурно-неоднородных сред определяется необходимостью создания уникальных композиционных материалов с заранее заданными удельными физико-механическими характеристиками. Развитие сформировавшегося нового направления механики деформируемого твердого тела — механики композитов связано с усложнением используемых и созданием новых комплексных математических моделей для адекватного описания и понимания физической природы, механизмов и закономерностей деформирования и разрушения структурно-неоднородных материалов. Необходимость уточненного описания реальных условий работы элементов конструкций, оценки влияния жесткости нагружающей системы на прочность и характер разрушения особенно возрастает не только в связи с широким применением композиционных материалов в конструкциях, увеличением габаритов и усложнением формы изделий, но и с повышением уровня рабочих напряжений.
Оптимальное проектирование конструкций с целью повышения несущей способности, более полного использования прочностных резервов композиционных материалов и снижения катастрофичности разрушения связано с необходимостью определения и обеспечения условий равновесного накопления повреждений. В то же время существует потребность усовершенствования методик прочностного анализа, учитывающих реальные условия нагружения, эволюцию и характер коллективного взаимодействия системы дефектов, определяющих момент макроразрушения как результат потери устойчивости процесса накопления повреждений.
Многомасштабность процесса накопления повреждений в композитных средах обусловлена возможностью одновременного зарождения и развития в этих материалах отдельных разрушенных элементов структуры, локализованных кластеров и макродефектов. Развитие многоуровневых процессов разрушения структурно-неоднородных тел при механическом воздействии является причиной появления различного рода эффектов нелинейного поведения композитов, в частности, явления деформационного ра-

нентами, модули Юнга которых 104МПа и 105 МПа, при одинаковых коэффициентах Пуассона 0,25 и совпадающих объемных долях указанное отличие в эффективных модулях для выбранной схемы, как показали исследования 30 независимых реализаций структуры, не превышало 2 %.
Для исследования кинетики накопления повреждений в неоднородных средах существует подход, в соответствие с которым гетерогенный материал заменяется системой структурных элементов с различными прочностными и, в общем случае, жесткостными характеристиками, а процесс эволюции повреждений сводится к последовательному выходу из строя этих элементов. При этом, поскольку предполагается “квантовый” характер разрушения, в расчет принимаются осредненные по структурным элементам напряжения, а не коэффициенты интенсивности напряжений [185].
Полному (макроскопическому) разрушению неоднородных тел предшествует сложный процесс потери несущей способности отдельных элементов структуры. Каждый акт структурного разрушения сопровождается перераспределением напряжений, приводящим к продолжению либо прекращению разрушения при заданном уровне внешней нагрузки. Следствием указанного процесса является нелинейный характер зависимости между напряжениями и деформациями материала даже в случае линейно упругих компонентов. При построении моделей повреждения композитов необходимо определить деформационные и прочностные свойства структурных элементов после выполнения тех или иных условий разрушения. Важное значение при этом имеет возможность потери несущей способности элементом структуры по различным механизмам [117].
Пусть у(г) — инвариант тензора структурных деформаций, соответствующий пределу прочности при формоизменении. В зависимости от вида напряженно-деформированного состояния реализуются различные механизмы потери несущей способности при выполнении условия Л»(1) > Уест (г): полное разрушение элемента структуры в области положительных значений первого инварианта тензора деформаций у'®(г)> 0 и сохранение способности сопротивляться только гидростатическому сжатию в