Введение к работе
Актуальпость темы. В настоящее время все большее использование в различных конструкциях и изделиях современной техники получают композитные материалы. И это неудивительно, ведь в них сочетаются самые различные свойства, необходимые для конструкционных материалов, такие как высокий предел прочности, малая чувствительность к концентраторам напряжений, сопротивление разрушению, износостойкость, электропроводность, теплозащитные, коррозийные и другие свойства.
Композитный материал представляет собой гетерогенную среду, состоящую из двух или нескольких взаимно нерастворимых компонент, отличающихся между собой формой, физическими свойствами, пространственной ориентацией. Возможность изменения объемного содержания компонент позволяет создавать качественно новые материалы с необходимым набором служебных характеристик. Кроме того, за счет добавления в материал фазовых составляющих возникает возможность стабилизации служебных характеристик материала при наличии в нем пор или каких-либо нежелательных примесей.
Работа касается круга вопросов, относящихся к уже
сложившемуся в настоящее время научному направлению -
механике композиционных материалов. Основные направления
исследований в этой области традиционно касались вопроса
определения макроскопических характеристик указанных
материалов, а также статистических параметров распределения
случайных полей напряжений и деформаций. Несмотря на большое
количество научных разработок, посвященных обсуждаемой
проблеме, она до последнего времени остается не совсем решенной. При этом в ряде случаев подходы отличаются лишь формой записи
аналитических зависимостей, в то время как в некоторых
отсутствуют четкие ограничения области применимости получаемых
решений. Иногда результаты не всегда адекватно соответствуют
рассматриваемой модели, В основном методы определения
эффективных характеристик разработаны для двухфазных систем. В случае же пространственно-армированных композитов большинство решений для упругих постоянных получены для частных видов. В общем же случае, ввиду громоздкости вычислений конечных выражений для всех постоянных упругости получить не удавалось и, исходя из общей матричной записи, окончательный их расчет представлялся численным для отдельных технических постоянных упругости.
В связи с этим, задача предсказания свойств того или иного материала по известным свойствам его компонент, а также распространение методов механики композитных материалов на многофазные системы является важной теоретической задачей.
Цель работы. Разработка методов, позволяющих определить
эффективные характеристики изотропных и анизотропных
материалов по свойствами образующих их фаз, включая материалы
с пространственно-армированной системой волокон с помощью
введения ограниченного набора некоторых статистических
характеристик распределения составляющих - текстурных
параметров. Исследование конкурирующее влияние структурных
составляющих на макроскопические характеристики матричных
материалов. Разработка метода для определения средних
структурных напряжений в многофазных композитных материалов при фазовых превращениях
Научная новизна. Научную новизну работы составляют:
-применение обобщенного метода самосогласованного поля для определения упругих и кинетических характеристик изотропных и трансверсально-изотропных многофазных материалов;
-результаты исследования конкурирующего влияния
дисперсных частиц и волокон на эффективные характеристики рассматриваемых материалов;
-способы определения системы текстурных параметров анизотропии упругих свойств композитных материалов;
-метод расчета текстурных параметров по данным о характере пространственного распределения волокон;
-методика расчета тензора усредненных коэффициентов податливости и модулей упругости для материалов с пространственно-ориентированной системой волокон;
-результаты исследования анизотропии модуля Юнга, проведенные по предложенной методике, для материалов с пространственно-армированной системой волокон;
-метод для определения структурных напряжений в многофазных композитах при фазовых превращениях.
Научная и практическая ценность. Развитые в работе методы могут быть положены в основу изучения новых моделей композитных материалов. Работа выполнена в рамках научной программы "Университеты России" Государственного комитета РФ по высшему образованию по теме: " Микромеханика деформирования анизотропных материалов для изделий, работающих в условиях сложного статического , динамического и температурного воздействия".
Апробация работы. Основные результаты доложены и обсуждены на: Межрегиональной научно-технической конференции по моделированию систем и явлений (г. Пермь, 1993), 1-й научно-технической конференции УО АИНРФ ( г. Екатеринбург, 1995), на
научном семинаре по механике микронеоднородных сред кафедры теоретической механики УГТУ-УПИ ( руководитель доктор ф.-м. наук , профессор Митюшов Е.А., 1996 )
Публикации. Содержание диссертационной работы отражено в восьми опубликованных работах.
Достоверность результатов основана на проведенном сравнении с прямым физическим и численным экспериментом, а также совпадении с результатами полученными ранее другими авторами для более простых моделей и рядом точных решений.
Объем и структура работы. Диссертационное исследование состоит из введения, пяти глав, заключения, перечня цитируемой литературы и приложения. Оно изложено на 134 страницах машинописного текста, содержит 3 таблицы и 15 рисушсов. Список литературы включает 102 наименования.