Введение к работе
Актуальность изучения отклика композиционных материалов на ударно-волновое воздействие обусловлена широким применением композитов в изделиях аэрокосмической техники, для которых в аварийных или нештатных ситуациях проблема демпфирования ударных нагрузок является основной. При рассмотрении действия ударной волны на структурно неоднородную среду, каковой является композиционный материал, физические процессы демпфирования ударного воздействия мокно условно объединить в две группы, а именно:
процессы диссипации, приводящие к преобразованию механической энергии вещества в зоне ударного сжатия в тепловуг;
процессы дисперсии, приводящие к рассеиванию упругой энергии отраженными и преломленными волнами из зоны ударного сжатия в больший обьем.
Исследование процессов диссипации и дисперсии ударных волн в структурно неоднородных средах методом вычислительного эксперимента вызвано большой сложностью измерений при проведении реальных' экспериментов подобного рода и необходимостью решения следующих вакных прикладных задач:
-
создания материалов, эффективно гасящих мощные ударите импульсы;
-
расчета композитов в условиях ударно-волнового нагруже-ния с целью оптимизации стойкости конструкций к ударным воздействиям с сохранением их работоспособности;
-
интерпретации результатов экспериментов по воздействию на композиты концентрированных потоков эпергии (электронный пучок, лазер;, проводимых для определения теплофизических и механических характеристик композита в условиях импульсных высокоинтенсивных воздействий.
Целью настоящей работы являлось создание методики числ*н-ного моделирования микромеханики композита и исследование методом вычислительного эксперимента демпфирующих свойств композиционных материалов с грубой геометрией при импульсном воздействии наносекундного диапазона и с учетом комбинированного действия различных эффектов, обусловленных структурной неоднородностью композита.
Научная новизна работы заключается в том, что методом пря-мого моделирования на уровне микроструктуры композита исследован процесс затухания ударного импульса с учетом динамики силового взаимодействия компонент и их геометрических и механических счойств. Результаты вычислительных экспериментов обобщены в виде следующих положений, выносимых на защиту:
-
ударно-волновое нагружение однонаправленных композиционных материалов адекватно моделируется разностными лягранже-выми методами на треугольных сетках;
-
расчетным путем установлена зависимость геометрической дисперсии ударных волн от соотношений обьемных долей матрицы и армирующей фазы, а также их акустических жесткостей;
-
показано, что эффекты адгезионной прочности при ударно-волновом нагружении композита импульсом наносекундного диапазона оказывают слабое влияние на затухание волн напряжений;
-
максимальную диссипацию механической энергии обнаруживает класс композитов, состоящих из пенометаллической матрицы, армированной тяжелыми включениями.
Практическая ценность работы1 заключается в том, что с использованием разработанной машинной программы возможно проектирование композиционных материалов с заданными параметрами стойкости к ударно-волновым воздействиям.
Апробация работы.
Основные результаты исследований были доложены на I Всесоюзном совещании "Физика и техника высокоскоростного удара" ( Владивосток: ИАПУ ДВО АН СССР, 1991г.), объединенном научном семинаре (Черноголовка: ИХФЧ РАН 1992г.) По материалам диссертационнсі работы опубликовано 4 печатных работы.
Структура и обьем работы.
Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, содержит 117 страниц машинописного текста, 46 рисунков на 39 страницах, 6 таблиц, 79 наименований использованной литературы.