Введение к работе
Актуальность проблемы. Разн:ти техники на современном этапе, особенно тагаіх ее отраслей, кяк авиа- и ракетостроение, характеризуется широким использованием полимерных и композитних материалов. Одним из иреимущуогв полимерных композитов является возможность одновременного создания материала и конструкции. Б процессе технологической переработки происходят физико-химические и агрегатные превращения, сопровождающиеся изменением механических и теплофизических свойств компонентов и материала в целом, формирование полей технологических и остагочных напряжений. При этом , наряду с прочностными расчетами готовых изделий в условиях эксплуатации, возникает проблема сохранения монолитности конструкции на различных этапах ее изготовления.
Прогнозирование механических явлений в процессе формирования композиционного материала-конструкции требует создания соответствующих математических моделей. Наиболее важными с точки зрения вклада в остаточное НДС являются этапы намотки и охлаждения запо-лимеризовавшегося полуфабриката. Работа посвящена созданию адекватной физической модели для описания термомеханическсго поведения стеклующихся полимеров и еолокнистых композитов на их основе в переходных (неизотермических.) процессах с использованием феноменологического подхода.
Диссертация выполнена в соответствии с госбюджетной темой (53) "Моделирование термомеханического поведения пространственных конструкций из композиционных материалов при их изготовлении намоткой или выкладкой на оправку", а также по заданию 4.3 "Разработка основ теории моделей технологических процессов производства изделий из композиционных материалов" научно-технической программы "Механика деформируемых тел и сред" Гособра-зовэния СССР на 1989-1992 гг (утверждена приказом ГКНО СССР от 29.09.89 г.).
Целью диссертационной работы является:
создание адекватной физической модели для описания термомеханического поведения стеклующихся композитов в технологическом диапазоне температур, методики ее экспериментального обеспечения; определение области применимости предложенной модели, ее места среди существующих разработок по этой теме;
разработка численного алгоритма метода конечных элементов (МКЭ) для расчета технологических и остаточных напряжений в
изделиях из материалов, поведеюіе которых описыьаетсл с помощью предложенных определяющих соотношений, проверка его сходимости ;
- создание пакета прикладных программ для конеч.чоэлементного вы
числения температурных, конверсионных полей, а также напряжешю-
деформироваиного состояния осесимметричннх конструкций из полимер
ных композиционных болоккистых материалов (КЕМ) на протяжении эта
па охлаждения готового полуфабриката.
Научная новизна работы заключается в следующем:
создана феноменологическая модель поведения стеклумшихся композитов, позволяющая с помощью небольшого числа тараме^роз достаточно точно описывать термомеханические эффекта е процессах стеклования и размягчения, изучены особенности поведения полимерных стеклующихся композитов в технологическом диапазоне температур;
разработана методика экспериментального обеспечения предложенной модели;
проведен сравнительный анализ основных существующих типов физических соотношений для отверждающихся сред, обозначены области их применимости;
изучены особенности поведения полимерных стеклующихся композитов в технологическом диапазоне температур;
разработан пакет прикладных программ для расчета МКЭ технологических и остаточных напряжений в процессах охлаждения и нагрева осесимметричшх конструкций из полимерных композитов. Экспериментально подтверждена работоспособность предложенк-го "лгоритма.
Практическая ценность и реализация работы:
на основании полученных результатов даны рекомнндации,которые использованы при выборе режимов намотки для создания композиционных инерционных накопителей энергии (маховиков);
создан и внедрен в іграктику пакет прикладных программ, позволяющий прогнозировать технологические и остаточные напряжения в осесимметричннх изделиях из KDM;
проведенный комплекс исследований по расчету технологических режимов изготовления конструкций из КЕМ различного нлзгпчения внедрен в УФ ЦНИИМВ (г. Пермь) и используется для улучшения их эксплуатационных характеристик. Долевой экономический эффект от внедрения составил 100 тыс. рублей.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работа докладывались и обсуждались на III Всесоюзном симпозиуме "Техноло-
гические остаточные напряжения" (г. Кутаиси, 1988); на II Всесоюзной конференции "Реология и оптимизация процессов переработки полимеров" (Ижевск, 1989); на II Всесоюзном симпозиуме "МзхоЕичные накопители энергии" (Житомир, 1989); на Московской международной конференции по композитам (1990); на Восьмой и Девятой зимних школах по механике сплошных сред (Пермь, 1989, 1991 гг.); на Всесоюзной конференции "Математическое моделирование технологических процессов обработки материалов давлением" (Пермь, 1990); на IV Межреспубликанском симпозиуме "Остаточные напряжения: моделирование и управление" (г. Пермь, 1992).
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 12 научных работах, а также в 2 отчетах по НИР.
Объен и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 143 наименования, приложения. Работа изложена на \ ЭД страницах машинописного текста, содержит ЦЦ рисунков и ty таблиц.