Введение к работе
Актуальность темы,- Проблемы технического прогресса предъявляют повышенные требования к работе машин, конструкций~и~со-" оруханий. Сильно возросла раЗочие нагрузки. Во многих агрегатах и установках служебные температуры в настоящее время достигли температур фазовых превращений применяемых сплавов. В полимерных материалах, которые в послденив десятилетия интенсивно внедряются в технику и строительство, под воздействием температурно-силового поля происходит перестройка исходной структури,..затрагивающая все уровни надмолекулярной и молекулярной ориентации полимера. Структурные превращения под еоз-дейотвием интенсивного температурно-силового поля происходят практически во всех конструкционных материалах.
Процессы деформации материалов и структурные превращения, происходящие в них, взаимосвязаны. Эволюция структурных превращений приводит к тому, что один вид деформации переходит в качественно другой. Происходит перераспределение меаду фундаментальными составляющими полной деформации. Поэтому широко используемый в настоящее время принцип аддитивности составляш-г щих полной деформации оказывается несправедливым. Возникает острая необходимость в разработке моделей деформирования структурно-нестабильных материалов, учитывающих сложную взаимосвязь процессов деформации и структурных превращений.
Цель работа состоит в экспериментальном исследовании деформации структурно-нестабильных материалов, выявлении особенностей и аномалий, связанных со структурными превращениями, разработке детерминистических и стохастических моделей, основанных на частичном или полном отказе от принципа аддитивности составляющих полной деформации, развитии численных и аналитических методов расчета элементов конструкций, основанных на предложенных моделях,на статическую и динамическую нагрузки; проведении анализа влияішя структурных превращений на напряяен-но-даформарованное состояние элементов конструї ій.
Научная новизна состоит в следующем: сформулированы oupe
деляющие уравнения деформирования "вазпетаби.тьнше сред без раз
деления р шомной , формации на составляющие (нзадцитивная мо
дель) ;
предложены определяющие уравнения ограниченной ползучести
без возврата и с возвратом, учитывающие инкубационный период и переход ограниченной ползучести в неограниченную;
впервые в мировой практике разработан метод построения функции упрочнения на оонове экспериментальных данных (до сих пор указанная функц-л подбиралась методом проб);
сформулирована общая неаддитивная форма определявших уравнений деформирования структурно-нестабильных материалов;
экспериментально установлено, что в кристаллических полимерах при достаточно длительной выдержке под напряжением, аэ-за отруктурных превращений надмолекулярных и молекулярных образований, идет перераспределение между фундаментальными составляющими полной деформации;
предложен критерий длительной работоспособности кристаллических полимеров и на основе его разработан пошаговый метод расчета конструкций на длительную прочность;
разработана стохастическая модель деформирования сред,учитывающая влияние эволюции структурных превращений на процессы деформации;
разработаны, исследованы и внедрены в производство новые композиционные материалы и тонкостенные конструкции, обладавдн повышенной теплостойкостью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, трещяностойкостью, устойчивостью к агрессивным средамj
на основе специального преобразования функциональных уравнений стохастической модели предложен метод решения краевых задач структурно-нестабильной вяакоупругооти;
предложены два приближенных метода расчета конструкций на ползучесть, один из которых рекомендуется применять в случай, -когда деформации ползучести одного порядка с упругими деформациями, другой - в случае больших деформаций ползучести, когда зависимость установившейся скорости ползучести от напряжения, из-за структурных превращений, имеет сложный характер;
разработан математический метод описания "тренировки" высокочувствительных упругих элементов высокоточных измерительны приборов и предложен метод измерения силы и массы О высокой то чностью;
Предложенные модели и методы позволили доказать, что сбое нованное использование структурно-нестабилънлх материалов значительно увеличивает долговечность икадеигость работы элементов конструкций;
на основе теории подобая и предложзкных моделей разработг
метод оценки сопротивления жестких пластмасс удару; показано,
что предложенная характеристика, в отличие от ударной вязкости,
нв-зависит от_размеров и формы образцов, метода испнтанля и мо
жет быть использована в расчетах конструкций" на ударные нагруз
кь.
Достоверность научных положений я результатов обеспечивается обоснованностью исходных гипотез и математической строгостью постановки задачи исследования; удовлетворительным соответствием тэоретичесгшх результатов, полученных по предлоявнянм моделям, с данныш .экспериментальных исследований, полученных как автором, так и другими исследователями; сравнением расчетных данных с результатами; нолученншга на. осново других подходов.
Практическое значаще и внедрение результатов. Разработанные модели позволили учесть влияние эволюции структурних превращений на процесс деформации матэрчалов в широком интервале изменения напряжений а температуры], описать многие сложные аномальные эффекты, которое не описываются классическими теориями.'
Разработанный таслаиный метод, основеттнй на специальном пресірчзо'рашїіі' шг&їїлтзтртяг определяющих уравнений стохастической моаелч, позволяет проводить расчеты конструкции, изготовленных из материалов, г которых происходят фазовые превращения, деструкция и структурирование, твердение и механическое размягчение, учесть влиянче сложных реологических процессов, связанных с указанными структурными превращениями, на налрядепно-дв-ормяроряннов состояние конструкций.
Два предтояентле приближенных метода расчетов элементов -конструкций на.ползучесть яаят достаточно точную оценку напря-Евяно-дізт<5рмировпнного состояния в конструкциях и'доступны для -широкого круга пользователей.
. Иредчсяечкын критерії длительного размягчения полимеров, в отличие от известная, качественно' по-новому и количественно более точно описывает длительную работоспособность кристаллических потэдяпов. Указеннцй критерий л разработанный шаговый метод позволяет пропотеть расчеты полимерных конструкций на длительную грочноетт-.
Прсиедоннпе мгдтематическ.тэ расчеты, основанные на предложенных могелях м мотодях, показали, что применение структурно-нестабильных материалов й качестве отданных элементов конст-. рукциіі дает возможность повысит:-, .надежность работы конструкций
5,
в аварийннх ситуациях, повысить точность измерительных приборов. Разработан новый метод оценки сопротивления жестких пластмасс удару. Предложенная характеристика, в отличие от ударной вязкости, не зависит от размеров и формы образцов, метода испытания и позволяет проводить расчеты элементов конструкций на ударные нагрузки.-Вместо'трех испытательных установок, утвержденных Госстандартом, по предложенному методу можно использовать только одну, что в значительное! степени экономит средства на изготовление экспериментальной техникгг и образцов. Даны рекомендации по стандартизации.
Выдвинутые научные'положения, предложенные методы испытания материалов <А.с. * 1264071) и свойство веществ структурироваться, позволили создать новые композиционные материалы ( А.с. Я 271001) и на их основе разработать тонкостенные конструкции повышенной прочности, морозостойкости, водонепроницаемости,тре-щиностойкости и долговечности. Разработанные материалы п элемента конструкций внедрены в Новосибирском филиале ІШЛИ, Сиб-ЗНИИЭП, ЗабаЯкалпромстройНЇЙпровкт, Хабаровскгражданпроект,трестах "іелезобетон-І" я "Іелезобвтои-г" г. Хабаровск , ЇВИ-1 Главновосибярскстро5 , ЗКяК г. Первоуральск , Ферганское п/о "Азот", комбинате "Уралэлектромедь" г. Верхняя Пыша , на стройках гг. Новосибирска, Омска, Перми, Первоуральска, Улан-Удэ, Хабаровска.
Апробация. Основные полояешя работы я отдельные ее результаты докладывались я обсуждались: не 1У Всесоюзном симпозиуме по механике конструкций из композиционных материалов (г. Новосибирск, 1982), Всесоюзном симпозиуме "Ползучесть в конструкциях" (Г. Днепропетровск, 1982;, ІУ Всесоюзном сомкнара "Аналитические методы и применение ЭВМ в механике горных пород" {г, Новосибирск, 1982), УШ Всесоюзном семинаре по исследованию горного давления и способов охраны капитальных и подготовительных выработок (г. Якутск, 1982J, Ш Всесоюзном семлнаре "Взаимодействие механизированных крепей с боковыми породами" (г. Новосибирск, 19Я2), П Всесоюзной конференции "Ползучесть в конструкциях" (г. Новосибирск, 1984), Всесоюзном координационном совещании "Теория и практика применения иолимврцементсв в производстве строительных материалов и в строительстве" (г. Батуми, 1984), У Всесоюзном семинаре "Аналитические методы и применение ЭВМ в механике, горных пород" (г. Новосибирск, 1985), Всесоюзном семинаре "Методы исследования и прогнозирования климатической
устойчивости полимерных и композиционных материалов и изделий из них" {г. Якутск, 1985), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы автоматизации процессов взвешивания и дозирования" 7г.г Одесса; 1985), Всесоюзном-семинаре "Технологические задачи ползучести и сверхпластичности" (.г.'Новосибирск, 198617 Всесоюзной научно-технической конференции "Измерение силы. Современные метода и средства" (г. Новосибирск, 1986), Ш Всесоюзной конференции "Сверхпластичность металлов" с г. Тула, 1986), і Всесоюзной школе "Механика и физика сверхпластичности" (г. Фрунзе, 1988), Всесоюзной научно-технической конференции "Ползучесть металлов и элементов конструкций в энергомашиностроении" (г. Киев, 1989), УП Всесоюзном съезде по теоретической и npaiuiuA-іОй механике (г. Москва,. 1991), Вторил международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" ( г. Москва, 1994), Зональной научно-технической конференции "Вопрооы теории и практики в отроятедьной науке" (г. !йо-мень, 1980), Зональной научно-технической конференции "Совершенствование конструкций зданий и сооружений на дальнем Востоке" (г. Хабаровск, 1984), Сибирской школе по современным проблемам механики деформируемого твердого тела (г, Новосибирск, 1988; г. Якутск, 1990), Областных научно-технических конференциях /г. Новосибирск, 1982-1994), межкафедральном семинаре НГАС под руководством профессора Г.И. Гребенгока (г. Новосибирск, 1993), семинаре лаборатоши отатической прочности Института гидродинамики СО РАН под руководством профессора О.В. Соснина (г, Новосибирск, 1993), городском межвузовском семинаре по проблемам механики под руководством профессора МД. Ахметзянова (г. Новосибирск, 1994), межкафедральном семинаре НГГУ под руководством профессора Н.В.. ЛустовогоД г. Новосибирск, 1995),
Публикации. По теме диссертации опубликовано 45 научных работ и получены 2 авторских свидетельства на изобретения.
Структура и-объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературыи приложений. Работа изложена на 459 страницах, в том числе 340 страниц текста, 57 рисунков, 13 таблиц. Список литературы счдержт 316 наименований.