Введение к работе
Актуальность темы. Проблема прочности многослойных элементов конструкций и сооружений и необходимость ее практического решения вызвала и вызывает большой интерес многих исследователей к изучению процесса их деформирования и разрушения Одна из важнейших задач такого рода - исследование поведения трещин в многослойных (и 1-слойных) материалах с целью повышения прочности и эксплуатационной надежности многих современных многослойных конструкций при экстремальных условиях их работы Постановка задачи предполагает введение трещины в интересующем нас месте При этом многослойные материалы рассматриваются как полосы с разными упругими свойствами и толщиной, жестко сцепленными между собой В этом случае процесс разрушения п-слойных материалов с трещиной исследуется в три этапа трещина полностью находится на одном из боковых слоев, трещина образована разрывом в этом слое и ее вершина находится на границе раздела разорванного и соседнего целого слоев, на третьем этапе направление роста трещины и ее тип, согласно теоретическим и экспериментальным исследованиям зависит от Gfi у,, где Gj - модуль сдвига j-ro слоя, v, - коэффициент Пуассона того же слоя; от прочности адгезии на границах раздела (прочность адгезии, согласно теории адгезии при сдвиге аналогичной теории Гриффитса - Ирвина, определяется одной новой постоянной - вязкостью скольжения контактного слоя Кпс, а также размером дефекта или слабого места на контакте двух материалов), от микроструктуры пограничного слоя, примыкающего с одной или двух сторон к границе раздела
Заметим, что при создании и эксплуатации биметаллов в пограничном слое возможны сложные релаксационные процессы, такие как рекристаллизация, образование-новых фаз и другие, изменяющие его физико-механические свойства Для того, чтобы в более точном приближении оценить влияние пограничного слоя на прочность материала, необходимо определить толщину этого слоя - например, определить границы зоны диффузии при
диффузионной сварке, те смещение поверхности Крикенделла, а также изменение его механических характеристик слоя при удалении от первоначальной границы раздела
Решение таких вопросов необходимо при создании эксплуатации биметаллов и композитов Кроме того, подобные составные конструкции встречаются в ракетостроении, авиационной технике и других сложных технических системах, что позволяет считать тему диссертации актуальной
Цель работы:
Разработка метода, позволяющего построить решения новых задач механики разрушения многослойных сред с трещинами продольного сдвига и изучение на их основе процессов торможения трещины, если торможение трещины в первом слое-материале невозможны, то определение дальнейшего направления развития трещины в процессе перехода ею границы раздела Эти цели достигаются решениями и анализами следующих новых задач
Краевая трещина продольного сдвига с вершиной в первом слое многослойного материала.
Краевая трещина продольного сдвига с вершиной во втором слое многослойного материала
Трещина продольного сдвига в первом и во втором слое многослойного материала
V-образный вырез с вершиной на границе раздела двух различных материалов
Краевая трещина продольного сдвига на границе раздела двух различных материалов
Краевая трещина продольного сдвига на границе раздела двух однородных изотропных упругих полуполос
Научная новизна работы:
Построение точных замкнутых решений новых задач механики
разрушения многослойных сред с трещинами продольного сдвига
Установление условий, при выполнении которых происходит торможение трещины
Получение формулы, позволяющей исследовать комплексные влияния толщины и модуль сдвигов слоев на коэффициент интенсивности напряжений Кш при заданных внешних нагрузках
Установление условий, при выполнении которых можно предсказать траектории роста краевой трещины продольного сдвига в многослойных материалах, и, тем самым, управлять направлением ее роста
Достоверность исследований подтверждает апробированность исходных положений работы в постановках задач теории упругости и теории трещин, математическая точность и строгость в решении и удовлетворении граничных условий рассматриваемых задач, сравнение конечных аналитических и числовых данных в частных случаях с известными в литературе
Практическая значимость работы определяется возможностью внедрения полученных результатов Результаты диссертационной работы были внедрены в производственный процесс в ФГУП «НПО «ТЕХНОМАШ» при создании новых образцов ракетно-космической техники
На защиту выносятся следующие основные результаты работы:
решения новых задач механики разрушения многослойных сред с трещинами продольного сдвига,
асимптотическое распределение напряжений и смещения вблизи вершины V-образного надреза (вершина, которого находится на границе раздела двух сред),
формулы коэффициентов интенсивности напряжений для трещин продольного сдвига, находящихся в многослойных материалах
Апробация работы. Отдельные разделы диссертационной работы были доложены на семинаре факультета «Прикладная математика» Московского государственного открытого университета (2005 - 2007 гг), на XLII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-
технический прогресс», г Новосибирск, 2004 г, на XIV Международном семинаре «Технологические проблемы прочности», г Подольск, 2007 г, а также на Ш-V, VII Международных симпозиумах молодых ученых, аспирантов И студентов «Техника и технология экологически чистых производств», г. Москва, (1999-2001, 2003 гг) и на Юбилейной научно-технической межвузовской конференции, г. Санкт-Петербург, 2000 г
В целом работа обсуждалась на общеуниверситетском семинаре по механике деформируемого твердого тела при МГОУ, г Москва, 2007 г.
Публикации. По основным результатам диссертации опубликованы 6 статей в периодической печати Две статьи изданы в журнале, который входит в перечень издательств рекомендованных ВАК РФ
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов (заключения) и списка литературы из 115 наименований. Общий объем диссертации 128 страниц Работа содержит 21 рисунок
