Материал: Структурные механизмы формирования механических свойств зернистых полимерных композитов

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

идИдеиную нэ решения копкретной задачи о взаимодействии двух включений, образующих дшшыИ элемент.

С помощью структурной модели получены концентрационные за­ висимости эффективною .МОДУЛЯ унру1Ч>СТ1! зернистых композитов с моно- л бифракцкопным наполнением. О случае бнфракиномко­ го наполнения варьировались такие параметры, как концентрация, фракционный «клан и соотношения размена частиц. Проведенные сравнения с экспериментом показали, что расчетные результаты на­ ходятся о удовлетворительном соответствии с известными опытны­

ми ДЫННЫМИ.

Установлен , что основную нагрузку при деформации компози­ та несет лишь очень незначительная доля структурных элементов (не более 10 4-20%), которые образуют в объеме материала жест­ кий пространственный каркас. О с т льна я же часть практически не нагружена и включается в работу лишь при появлении поврежден- 1ЮСТНв системе.

Исследованы закономерности возникновения и развития иовреждеиностл п нано;]пенных композитах с сильной и слабой адгезион­ ноII связно между матрицей и включениями. Пронеси ряд гипотез о возможных критериях появлении первичных мнхроноврежденпИ н структуре. Показано, как влияет выбор этого критерия на механи­ ческое и прочностное поведение системы на макроуровне.

Данная структурЕЮЯ модель обобщена на случай больших упру­ гих макродеформаций, для чего использован подход, основанный на так называемом дельта-методе, предполагающем пошаговое посте­ пенное нагружение системы так, чтобы на каждом шаге прнрпдцеии1| ее можно было считать линейно-упругой и использовать аппа­ рат теории малых деформации. Получены соответствующие кри­ вые растяжения для наполненных композитных систем (при линей­ ных жесткостиых соотношениях на уровне отдельного структурного эленеита) для деформаций порядка 200-г 300%. Установлено, что только за счет изменения ориентации структурных элементов при вытяжке "образца” можно получить примерно трехкратное увели­ чение аффективною модуля при наполнениях от 40 до 60% (для моиофракциопных структур). Для того чтобы объяснить наблюда­ ющиеся на практике более сильные загибы этих кривых, необходимо вводить в модель структурные элементы с пелимейними жссткост-

нымн соотношениями (работа в этом направлении ведется и насто­ ящее нремп). Данный же способ позволил оценить, какой вклад и увеличение жесткости композита может дать перестройка его струк­ туры при макроиытяжкс.

Очевидно, что структурная стержневая модель с шарнирным за­ креплением уэлоп не может адекпатио отобразить объемную несжи­ маемость композита, если не заложить п нее каких-то дополнитель­ ных условии. 0 нашем случае несжимаемость системы моделирова­ лась за счет наложения таких граничных усл опий при нагружении модельного "образца” , удовлетворение которых обеспечивало неиз­ менность его объема. Получены концентрационные зависимости мо­ дуля упругости для композитонс монофракциолным напол пением, а также исследованы распределения усилий в структурных элементах и условиях макропссжимаемости. Показано, что введение несжимасмости в модель ведет к возрастанию общей жесткости системы н дает более близкие к опытным данным результаты.

8, Список литературы

1.Л рпф нсД ж . Г. Вычислительные машины и механик к //Т еоре­ тическая и прикладная механика. М., 1979. С. 15-99.

2.Бахвалов VI. С., Панасснко Г. И. Осреднение процессов в перио­

дических средах. Математические задачи механики к о м п о з и ц и ­

о н н ы х материалов. М.: Наука, 1984. 352 с.

3.Берлин А. Л., Ротсибург Л ., Басэрт 1\ Особенности деформации неупорядоченных полимерных н нснолимерных тел / / Высоко­ молекулярные соединения. Сер. Л. 1992. Т. 34, А* 7. С. 0-32.

4.Паваклн Л. С., Салганик Р. Л. Обэффекттшых характеристиках неоднородных среде изолированными неоднородностями / / Иэв. АН СССР. Механика тверд, тела. 1975. Лг* 3. С. 45-54.

б.ТЗавакин Л. С., Салганик Р. Л. Эффективные упругие характери­

стики тел с изолированными трещниами, полостями и жесткими неоднородностями / / Из». АП СССР. Механика тверд, тела.

1978. № 2. С. 05-107.

6. Ван Фо Фы Г. А., Клявлин В. В., Гордиенко В. II. Исследование распределения волокон » ориентированных стеклопластиках / / Механика полимеров. 1909. Я* 2 . С. 282-287.

7. Оашш Г. Л. Мнкромсханика композиционных материалов, Кнеа: Наук, думка, 1985. 301 с.

8. Пентцель К. С., Овчаров Л. А. Теория вероятностей и ее инже­ нерные приложении. М.: Наука, 1988. 180 с.

9.Волчонок Н. Ф. Модели ропакис свойств нолидисперсных струк­ тур. Минск: Напука 1 тэхтка, 1991. 193 с.

10.ВолковС. Д., Ставров В. К. Статистическая механика композит­ ных материалов. Минск: Нзд-во Белорус, ун-та, 1977. 208 с.

11.Гаришни О. К. Структурный подход к пространственной модели иысокоиаполценных зернистых композитов / / Механика микро- пеодиородимх с труктур. Свердловск, 1988. С. 23-36.

12.Гаршпни О. К. Мсслсдоапние упругих свойств вмеоконапол­ ненных зернистых композитов с помощью структурно - механи­ ческом .модели / / Деформирование и разрушение структурно - неоднородных материалов и конструкции. Свердловск, 1989. С. 86-91.

13.Гаришип О. К. Структурное моделирование процессов разруше­ ния в наполненных зернистых композитах / / Деформирование и разрушение структурно-неоднородных материалов. Сиердлоиск,

1989. С. 32-10.

И.Гариннш О. К. Структурное м о д е л и р о в а н и е механических сиойСТН ВЫСОКО!юнолкси пых зернистых комноэитон с умегом пере­ стройки структуры при их деформировании / / Труды Между­ народной конференции по каучуку и резинам 1ЯС94. М., 1994. Т. 1. С. 400-407.

15.Гвоздев А. Л. Расчет несущей способности конструкций но мето­ ду предельного ранмопссия. М., 1949.

16.Джордж Л., Лю Дж. Численное решение больших разреженных систем урапном ий. М.: Мир, 1981. 336 с.

17.Еплампиенп С. 1$. Исследование иапряжснно-деформироваиного состояния между круглыми включениями н властомерной ма­

трице при дсйстнии центровых сил / / Структурио-мсханнчсс- кос исследование материалов и конструкций. Снердловск, 1981.

С. 27-29.

18.Болошшепа С. Б Напряженное состояние упругой матрицы при хаотичном и регулярном заполнении объема композита круглы­ ми жесткими включениями / / Деформирование н разрушение композитов. Снердловск, 1985. С. 8-10.

19.ЗгаевскнН О. Э., ГамлнцкнП Ю. Л. Вычисление упругих постоян­ ных полимеров, наполненных жесткими частицами двух сортао

по размерам / Институт хнм. физики ЛИ СССР. М., 1972. 32 с. Деп. в ВИНИТИ 20.11.72, Ли 5427-73.

20. ЗгасвскпЙ В. Э .3 Салим В. В. Вычисление упругих постоянных наполненных полимерных систем при средних и больших напол­ нениях / Институт хим. физики ЛИ СССР. М., 1969. 22 с. Дсп.

оВИНИТИ 12Ж69,№ 844-69.

21.Каущ Г. Разрушение полимеров. М.: Мир, 1981. 440 с.

22.Композиционные материалы Т. 5. Разрушение и усталость / Под ред. Л. Враутмапа. М.: Мир, 1978. 486 с.

23.Композиционные материалы: Справочник / Иод ред Д.М. Кпрлииоса. Киев; Наук. Думка, 1985. 592 с.

24.Композиционные материалы. Т. 2. Механика композиционных материалов / Под ред. Дж. Сеидецки. М.: Мир, 1978. 564с.

25.Кравчук А. С., МаИборода В. П., Уржумцсв Ю. С. Механика полимерных 1! композиционных материалон, М.: Паука, 1985. 304 с.

26.Кристенсен Р. Введение п механику композитов. М.: Мир, 1984. 336 с.

27.Липатов 10. С. Физическая химии наполненных полимеров. М.: Химия, 1977. 304 с.

28.Лнфшнц И. М., РозендвеПг Л.Н. К теории упругих поликристал­

 

лов / / ЖЭТФ. 1946. Т. 16, дып. 1 1 . С. 967-980.

29.

Ломакин В. А. Статистические задачи механики твердых дефор­

 

мируемых тел. М.г Паука, 1970. 139 с.

V 30.

МалмеНстер Л. К., 'Гамуж В. И., Тетере Г. Л. Сопротивление

 

полимерных н композиционных материалов. Рига: Зинатис, 1980.

572 с.

31.Мошсв В. В., Хант Г. И. Построение модели и исследование упру­ гих своКсто композиционных материалов / / Структурная меха­ ника неоднородных сред. Свердловск, 1982. С. 3-7.

32.Нигматуллин Р. И. Основы механики гетерогенных сред. М., 1978.

33.ОнчиискнЯ А. С- Процессы разрушения композиционных мате­

риило». М.: Паука, 1988. 278с.

Я.ОвчпискиП Л. С., Гусей 10. С. Меблирование на ЭВМ процес­ сов образования, роста и слияния микродефекюл в структурнопеоднародных материалах / / Механика компоэитпых материа­

лов. 1982. №4. С. 585-592.

.35. Побцдря В. К. Механика композиционных материалои., М.: 1Тэдио МГУ, 1984. 836 с.

36.Сонеткой Л. Л. Итерационный метод решения задачи о нагруже­ нии бесконечного пространства, содержащего сферические вклю­ чения / / Структурная механика неоднородных сред. Свердловск,

1982. С. 51-55.

37.Свистков Л. Л. Влияние поверхностных слоев «округ включе­ нии па микростру ктурнме напряжения комиоэнциопиого матери­ ала / / Структурная механика композиционных матрналов, Свер­ дловск, 1983. С. 77-81.

38.Седракин Л. Г. Элементы статистической теории деформирова­ ния и разрушения хрупких материалов. Ереван, 196В.

39.Соколкни 10. 15., Тишкиной Л. Л. Механики деформирования и разрушения структурно-неоднородных материалов. М.: Наука, 1984. 115 с.

40.Соломко В. II. Наполненные кристаллнэующнсся полимеры. Ки­ ев: Наук, думка, 1980. 264 с.

41.Ставрон В. II., Волков С. Д. О момептиых функциях, описыва­

ющих свойства стеклопластиков / / Механика полимеров. 1968*

№ 1 . С. 80-89.

42.Отборов В. П., Фомина Т. С. Об упругих постоянных стеклопла­ стиков анизотропной структуры / / Механика полимеров. 1968. Кг 4. С. 631-637.

43. Таму ж В. II., Тетере Г. Л. Проблемы м е х а н и к и к о м п о зи ц и о н ­ н ых материалов / / Механика композиционных материалов. 1979.

№ 1. С. 34-45.

44.Фиикелв В. М. Физические основы торможения разрушения. М : Металлургия, 1977. 360 с.

45.Фудэмн Т., Дэако М. Механика разрушения композиционных ма­ териалов. М.; Мир, 1982. 232 с.

46.Хорошук Л. П.( Маслов I). П. Методы автомашин |>опа111[01х> рас­ чета физико-механических постоянных композиционных матери­ алов. Киев: Наук, думха, 1980. 150 с.

Источник: https://studfile.net/preview/19960747/