Введение к работе
Актуальность теми обосновывается тем фактом,что появление композиционных материалов и широкой внедрение их в машиностроении, энср-гетиквгаэрокоскичесКой'й"других'отраслях промышленности потребовало глубокого изучения свойств этих материалов с целью их прогнозирования и проектирования.Успехи материаловедения в последнее время привели к созданию необходимого спектра материалов,позволяющих улучшить важнейшие параметры машин,двигателей,агрегатов и повисить их массовые показатели: надежность, срок слуаЗы; снизить материалоемкость.
Следует заметить, что несмотря на бо.пьтв ї'слпчсзтпг йссдздсЕа ний гїехакпческнл и иних свойств композитов, имеется ряд актуальных проблем,решение которых не начато или находится в стадии разработки. Вакную научно-техническую проблему представляет определение эффективных свойств упругости, пластичности и прочности композита по известным свойствам его компонентов. Подобные задачи достаточно подробно решались для случая упругого и вязкоупругого состояния компонентов, часто пр.ч этом как в детерминированных, так н статистических методах исследования практически не использовались структурные особенности материала, которые весьма существенно влияют на механически-: свойства. Особенно сильно это влияние проявляется при инсокпх уровня:' внешних нагрузок, когда з матрице и волокнах (включениях) появляется пластическая деформация.Влияние структурных распределений усиливается в связи с появлением зон микропластлчиостц в - компонентах, призодя-щих к неоднородности напряженного состояния.В то «» время з подар.лс-ип-ем большинстве существующие теории механического состояния игнорируют эту неоднородность.Особенно большая погрешность допускается при решении таких важных на.учнотехкических задач, как определение э(ЭД?ек-
-4-. йєішя.определение меру деформационной анизотропии, развивающейся вместе с пластической деформацией. и определяющей влияние технологии изготовления на свойства Материала.
Таким образом, можно констатировать, что учет структурных особенностей и неоднородности напряженного состояния в ішкрообластях компонентов и материала в целом особенно важен при эксплуатации композиционных материалов,oti значительно уточняет проектирование новых материалов. Теоретические исследования р этой области позволяют сократить до минимума проведение слижннх, и дорогих экспериментов по определению механических свойств композитов с вырокомодульными наполнителями. Другая сфера применения теорий леяит в области предсказания механических характеристик естественных композитов (например, горных пород).В этом случае теоретически удается найти количественную оценг ку ряда механических эффектов, которые весьма сложно получить в эксперименте (например, возникновение текстури в породе при фазовых переходах, высоких температурах и давлении). Столь широкая сфера применения теории механического поведения в практических приложениях указывает на своевременность и актуальность задач, поставленных в диссертации.
Обзор состояния проблемы и обоснованна цели исследования. ' ' Исследования механических свойств новых материалов в теоретическом аспекте моцто разделить на два основных направления:детерминированную и статистическую теории,Детерминированная теория в наиболее современной своей форме исследует определенные комбинации регулярных структур ( волокна,шарики,слой и т.д.),при этом применяются уравнения механики сплошной ореды, строгие математические методы, разнообразные приближенные методы ( например, метод конечных одементов). Исследованию композитных материалов с позиций .деторминяроззнной теории посвящены работы В.Л.Бердичевского. А.Н.Гузя.Г. А. Ванина, В.Т.Го-
- 5 -ловчана, Р.Кристенсена, Б. Е. Победри, Э. Э. Лавендела, А. М. Скудры, Ю. М. Тар-нопольского,Л.А.Фильштинского и других.
Статистическая теория - адекватный метод исследования композит-
ных материалов с нерегулярной структурой.Особенно большие успехи
достигнуты в статистической теорий упругости.Основополагающими для
развития всей статистической механики деформируемого твердого тела
следует считать работы Е.М.Лившица. В.В.Болитина, В.А. Ломаки-
на,Т.Д.Шермергора.Л.П.Хорошуна.значительный Бклад в развитие статистической теории упругости внесли работы В.Н.Москаленко.С. Л. Волко-са, В. В. СоколКИПЗ. В. П. старрова, В. А. Палькора, А. Г. тсщща, В. П. Маслс-ва. Л. И. Сараєва. 'За рубежом статистическая теория развивалась в рабо- _ тах М. Берана, Е. Иренера, Р.Хилла.В.Кафки.З.Хашина и других.
В даїшсП работе особое внимание уделяется статистической теории пластичности применительно к дисперсно-упрочненным я волокнистым композиционны-! материалам. Следует заметить, что статистические теории пластичности развиваются в настоящее время в двух вариантах. Первкм вариантом является теория пластичности подикрпсталлнческих тел .основанная на осреднении законов локальных пластических деформаций в отдельных кристаллитах. Именно такими пластическими теориями являются теория скольжения Батдсрфа-Вудянского,теория_локальности деформаций А. К. Малмейстера и некоторые другие.
Вторым вариантой статистической теории пластичности является теория для материалов со случайными свойствами пластичности.При этом определяющие соотношения в Представительном объеме материала могут быть основаїШ из Теории течения ИЛИ" деформационной Теорий. Статистическая теория Течения развивалась е работах С. $. Мешкова. В. В. Дудука-ленко. Й. ft. йяиаєва. В. Й. Язґеки, Я. А. Сзраєза, Д. J1. Исупова и других. Имя использовались уравнения пластического течения,причем для статистически изотропного Й однородного Композита принималась модель жест-
ко-пдастичєсногв тела р переменным nq координатам случайным пределом текучести. Деформационная статистическая теория пластичности развивалась в работах Л. П. Хорошуна, Б.П.Маолова, В. А. Пальмова, в.Кафки и др. Л. П. Хорошуном и Б.П.Иасловнм разработан орецнадьнмй Ив?Д услов-ных моментных функций, позволяющий расширить класс изучаемых композитов, рассмотреть пласщчмость ориентированных анизотропных композитов, в работах А.Ф.Крегерса.Г- А. Тетерса, Ю. Г. Мелбардиса методом усреднения аесткостей определены упруго-пластические свойства пространственных армированных композитов с бесконечными волокнами.При этом 6 качестве структурного елемента модели принимается однонапрвленно армированный, трансверсадьно-цзотропади цилиндр, состоящей из линейно-упругой арматура И уПруго-ПЛастической цаТрвдь). Свойства композита определяются нуте« определения деформаций или напряжений в предположении их однородного р$спрвделенйй по компонентам.
Вариант статистических соотношений, основанных на реолчгическоЦ модели А. ю. Ишлийского и действующих как в области уг,ругнх,так и пластических деформаций, получен В. А. Пальмовым. Ооиовное йниііание уделялось поведению реологической модели в усладах .циклического jmrpy-жения и разгрузки.
В своем большинстве сущестеувдт работы no teopM пластичности композиционных материалов пригодны для узкого круг Материалов о определенными отношениями параметров упругости и пластичности компонентов, с определенно^ формой вкл&чений «Ли волокон, при калнчни изотропии свойств И т. д.В связи с бтйм возникает необходимость разработки единой Теорий і являющейся естественным продолжением И обгібіценнем статистической теории упругости.созданной 6. ft. БолоТйнЭД, В< А. Ломакиным и Т.Д.Шермергором.на н&упруги^ деформаций' композита-. Такое продолжение возможно лишь є рамШ Йё$орйаш10йно8 тйсфйй Ьластнчн'ос-ти.Для решения. многих практических задач вамо placdMatpn'Batb не
пластическую деформации полного объема іюї-кшента. а цроцлоо развития пластических доборпагпн, когдз часть компонента остается упругой, а лруггя часть деформируется ііласт-ічески, причем ео доля а оОзд.ч оС^емз компонента увеличіпзззтся по і:ере увеличения нагрузки. Особенности мзїсроскопіїчосісого іюседеши Еззга исжззита- в процессе нагру««іня и количественная оценка пэрзкетров этого поведения составляет существо даинсй диссертационной работы. Таким образо^, исследование механического ['.сведения композита при процессе накопления кжропластаческих деформаций в комионентах-является особенностью данной работы, отлнча-
ijg^b работа.. Определение параметров упругости и пластичности широкого класса, композиционных материалов с учетом развития процессов иякропласткческйх деформаций, технологии азгатовлэгпш. a . также прилойениз полуденных результатов к рецейнй частных научно-технических задач.
Научная новизна работы состоит в следующем:
і. На осново распределении структурных злекентоа композита,экспериментально установленных в диссертации.впервые построена статистическая модель упруго-пластических кесткостеп.На этой модели основана методика вычисления параметров упругости и пластичности широкого класса композиционных материалов.
й. Получены уравнения эффективной поверхности текучести, эффективной поверхности нагрунения,получен закон разгрузки композита.При OTC'! "Ч7СКН КЯ'фСПЛЗСТКЧНССТЬ ГаТрПЦУ в попах , прп^кказдих к В7ІЛППЄ-нняч (волокнам).
3. Разработан метод учета упруго-пластического взаимодействия между волокна! в артаїрованних волокнистых анизотропных композитах. Этот, метод применяется для расчета эФ1>ектпвннх характерне так пластичности,влияния пластичности на прочность, расчета мпештасногп
э.К'Экта и проч.
4. Разработана методика расчета параметров дефоркатюнной анизотропии в дисперсно-упрочненных композитах. На основан"-- этого количественно оцениваются текстурные параметры, возникающие при фазовых переходах в горние породах.
Научная и практическая ценность выполненных исследований определяется тем,что в результате их проведения били разработаны некоторые общие методи определения эффективных характеристик упругости и пластичности при весьма схоюшх распределениях мнкронапрязений п микродеформацкй.Эти методы позволяют получить ряд количественных результатов, на основании которых в диссертации реїзаетея ряд практических задач механики деформируемого твердого тела,теории колебаний, геофизики и т.д.
Достоверность основных научных полонений гарантирована тем,что все результаты 'Получены на основе единого подхода,базирующегося на истодах статистической -механики деформируемого твердого тела.хорошо зарекомендовавших себя при решении, соотпетствугамх лкне'швх задач статистической теории упругости. Ряд полученных . данных сравнивается такяе с экспериментальный;!, проведенными как самій! автором, так и другими исследователями.
Диссертационная работа связана с рядом госбдцлетных и хоздоговорных работ, выполняемые Тульским государственным техническим университетом. Некоторые результаты прикладного характера внедрены в НИР лаборатории нейтронной физики пм.П, М.'ц-рэкка Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) (г. Дубна),ряд результатов входит" в отчет по грантам ИМИ и международного проекта, выполняемого ОИЯИ совместно с ядерным центром Розенлорф (Германия).Некоторые результаты диссертация внедрены в производство 8 ШЮ "ИППІАдказ" (г. ЇІоскЕа) и после-~у;ггся в опенке вязкости и прочности шлифовальных кругов па пог.пмер-
-о-.
ной связке.
Апробации работы.Материалы диссертации доложены ц обсуждош на
VI и VIII Рсесспгкых конференциях по прочности и пластичности (Горс
кий, 197Q г,;Пермь, 1983 г.-),,Х-и XIII - Республиканских-конференциях
по вопросам пассеп'пш снергпп при колебаниях механических систем
(КПЄВ 197А, ІОЯЗр. ), }Щ М9!*ДУИ?*??ДНКХ R0K*9PSHffi!."X "*Г?"!рОСГЇІь"г."С гтгпс-
тііки - 80" ,' г. Дрезден,Германия), "Арнировашше пластики - 82".-"Арич-ро*>аннне пласти;:!! - S3" ГГ.Пер-Еш.ГериаНКП), "Полимерные 'атериали -83" (г."еръ-riypr,Германия), лз XIII игщуизродяой конференции Европейской сейсмологической комиссии {Прага,1992 г.),на международном с„.,';;;.а,.« "7u»u
упругости МГУ им.;). 15. Ломоносова (Носкса, 1984), па сс->:лнзре от цела механики стохастически неоднородпкч сред Института !.1є>"їннкн At! УССР (.-.пес. 1983 г.), на семинара Института йеханлин полижоо'ї (Гн-га. 1934),семинаре кафедри сопротивления материалов КИСЛІ (Казань. 1934 г.), Республиканской семинаре по механике деформируемого твердого тела (Тула. 1893), сепннаре кафедри сопротивления Материалов Тверского технического университета (Тверь,1995).
Yj5i!llliIiii!i: Материала диссертации опубликован в 21 пячатт;х ра
бота;;. ОдпП из результатов аащщен ав-f орским свидетельстве?*.
ffg'Hi.} ^.структура рабоуи. Диссертационная работа состоит из вве-денияітрея глай,заключения. Содержит 2іа стрянкц машинописного текста
47 рисунков. 5 таблиц.Библиография включает 122 наименования...
- іо -