Введение к работе
Актуальность проблемы. Исследования и разработка материалов продолжаются непрерывно, что приводит к появлению все новых и новых материалов и к постоянному прогрессу в материаловедении. В настоящее время существует большое количество разнообразных материалов, идущих на изготовление конструкций, машин, приборов. Среди них наиболее интенсивно разрабатываются материалы, получившие название композиционных, или композитов.
Необходимо отметить, что, будучи существенно анизотропными материалами, однонаправленные волокнистые композиты на полимерной матрице обнаруживают явно недостаточную деформативность в поперечном направлении (соотношение "предельная деформация вдоль волокон/предельная деформация поперек волокон" колеблется в пределах 2...12). В результате этого в пакете, образованном набором однонаправленных слоев, растрескивание и разрушение матрицы происходит заметно раньше, чем волокна достигнут своего предела прочности. Данное явление носит название нарушения монолитности.
Одним из наиболее удачных вариантов решения данной задачи (повышение поперечной деформативности при условии сохранением продольной прочности) является модель двухматричного композиционного материала (КМ). Продольная прочность материала обеспечивается использованием композитных волокон, образованных сочетанием элементарных волокон (нитей) и жесткой матрицы, а поперечная деформативность - за счет эластичной матрицы, связывающей уже композитные волокна.
Вместе с тем, большинство современных моделей деформирования анизотропных материалов ориентированы на описание слабонелинейных диаграмм зависимости "напряжение-деформация", тогда как пластическое поведение двухматричного композита является сильнонелинейным.
Таким образом, конкретная задача реферируемой диссертации посвящена исследованиям в области механики двухматричного КМ с термопла- . '.стачной матрицей (поскольку термопластичные полимеры обладают целым У рядом преимуществ над термореактивными как эксплуатационного, так и технологического характера), а также построение модели нелинейного деформирования анизотропного материала с учетом сильной нелинейности процесса.
Целями работы являются:
анализ механического поведения композиционных материалов, в первую очередь, отличающихся нелинейностью процесса деформирования;
разработка феноменологической модели деформирования композиционного материала, обладающего значительной нелинейностью механиче-
ского поведения при растяжении-сжатии в трансверсальном направлении и при сдвиге;
v синтез двухматричного КМ на основе сочетания термореактивная матрица — термопластичная матрица и сохраняющего целостность вплоть до разрушения волокон;
теоретическая и экспериментальная отработка предлагаемой модели
с использованием изготовленных из полученного материала элементов кон
струкций.
Научная новизна работы определяется:
проведенным анализом механического поведения композиционных
материалов, на основе которого разработан новый класс двухматричных
композитов;
построенной моделью пластически деформируемого композита и модификацией методов расчета панелей и баллонов давления на основе этой модели.
результатами проведенных теоретических и экспериментальных исследований механических характеристик двухматричного КМ, направленных на отработку предлагаемой модели.
Практическая значимость работы определяется разработанной технологией получения двухматричного композита, внедрение которого позволит повысить весовое совершенство изделий из КМ и расширить область их применения. Полученный материал использован при изготовлении композитных элементов.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на:
18 Европейской международной конференции САМПЕ, Париж, 1997 (18th SAMPE EUROPE IJEC International Conference and Exhibition '97);
Всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии НМТ-98", Москва, 1998;
XXV Международной молодежной научной конференции "Гагарин-ские чтения", Москва, 1999.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Основной текст изложен на 128 страницах и включает 16 таблиц и 58 рисунков. Список литературы содержит 67 наименований.
