Введение к работе
Актуальность проблемы. Широкое применение в современном машиностроении конструкций и узлов из композиционных материалов, работающих в условиях интенсивного динамического и импульсного нагружения, вызывает необходимость экспериментального исследования процессов динамического поведения и разрушения таких материалов. При этом практически единственным источником информации о механических характеристиках, характере разрушения и особенностях деформирования при высоких скоростях деформирования являются экспериментальные исследования.
Цель работы. Работа посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию процессов высокоскоростного деформирования и разрушения высокопрочных однонаправленных композиционных материалов и влияния высокой скорости нагружения на упругие, прочностные и демпфирующие свойства таких материалов.
Научная новизна. В работе показано, что при изменении скорости деформирования є от Ю-4 с-1 до ~ 2,5 103 с-1 прочность и предельная разрушающая деформация возрастают от 1,7 до 2,3 раз для исследованных однонаправленных стекло- и органопластика. При этом модуль упругости при растяжении в направлении деформирования не меняется. Показан различный характер разрушения трубчатых образцов из стекло- и органопластика при внутреннем импульсном нагру-жении. Установлено, что учет особенностей динамики деформирования и разрушения композиционных материалов, имеющих в качестве силовой основы волокна различных типов, позволяет создавать комбинированные композиты, изготовленные из которых трубчатые образцы обладают большей несущей способностью, нежели из отдельных компонент. Предложен новый метод нагружения и показана возможность определения упругих и демпфирующих свойств однонаправленных композитов по свободным затухающим колебаниям кольцевых образцов, нагруженных изнутри взрывом заряда взрывчатого вещества; определены величины логарифмического декремента затухания колебаний стекло-, органо-, углепластика и комбинированного композита с волокнами разных типов. Получено дифференциальное уравнение изгибных колебаний кругового кольца в своей плоскости с учетом деформаций поперечного сдвига без учета инерции вращения поперечного сечения и проанализировано с двух позиций: для постоянного по времени осевого
сжимающего усилия и переменного от времени, в виде гармонической функции, осевого усилия.
Практическая ценность. Полученные в результате экспериментальных исследований характеристики предельной деформативности и прочности, а также существенные для практического применения особенности разрушения при высоких скоростях деформирования однонаправленных композиционных материалов оформлены в виде научно-технических отчетов и переданы в Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения (ЦНИИСМ) г. Хотьково, где использовались при конструировании и создании ряда изделий специального назначения. Практическая ценность результатов данной работы заключается в том, что они могут быть использованы как основа при построении теоретических моделей динамического деформирования и разрушения высокопрочных однонаправленных эпоксидных композитов, а так же для оценки величины затухания и рассеяния упругой энергии при колебаниях и ударах по конструкциям, изготовленным из таких материалов. По результатам теоретического анализа, проведенного в данной работе можно сделать оценки вероятности разрушения реальных конструкций из высокопрочных однонаправленных композитов в результате явления потери устойчивости при внутреннем импульсном нагружении.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
Н-ой Сибирской школе по современным проблемам механики деформируемого твердого тела, Якутск, 1990;
Ш-м Всесоюзном симпозиуме по механике разрушения, Киев, 1990;
Республиканском семинаре "Прочность и формоизменение элементов конструкций при воздействии динамических физико-механических полей", Киев, 1990;
VII-ой Межотраслевой конференции "Опыт и перспективы применения композиционных материалов в машиностроении", Куйбышев, 1990;
Ш-м Республиканском семинаре "Динамическая прочность и тре-щиностойкость конструкционных материалов при однократном импульсном нагружении", Киев, 1991;
VIII-ой Международной конференции по механике разрушения материалов, Киев, 1993;
ІХ-ой Межотраслевой конференции "Опыт и перспективы применения композиционных материалов в машиностроении", Самара, 1994;
на семинаре отдела механики деформируемого твердого тела Института гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН;
на семинаре кафедры прочности летательных аппаратов Новосибирского государственного технического университета.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в работах [1-12].
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и библиографии. Материал изложен на 95 страницах текста, включающих в себя 18 рисунков, расположенных по месту ссылок. Список цитируемой литературы содержит 104 наименования.