Материал: Структурные механизмы формирования механических свойств зернистых полимерных композитов

Рис. 4. Влияние рпэримюЛ дефор­

мации структурного элсмеи» на

роэрыпиую деформацию образцов сь

наполнении на К]>шилх растяжении появляется плато. Разрывные деформиции образной ниже разрывных деформаций элементарных ячеек, принятых постоянными и рапных 2,5. Они уменьшаются от 1,5 при 20%-м канол нении до 0,9 при 40%-м.

Дли проверки того, как разрывные деформации композитов за­ висят от разрывной деформации структурных ячеек, был выбран образец с 40%-м наполнением при прочих неизменных ранее при­ нятых условиях. Отношение 17 разрывной деформации композита к разрывной деформации ячейки представлялось функцией от раз­ рывной деформации собственно ячейки. Из результата, приведено» го па рис, 4, следует, что при 40%-м наполнении высокая деформа­ ционная эффективность композита может быть достигнута только при наличии высокой неформальности ячеек, собственные разрыв­ ные деформации которых должны составлять не менее 300%. Это означает, что разрывные деформации собственно матрицы (с уче­ том деформационной концентрации внутри ячеек) должны дости­ гать 700-1000%.

Многие исходные данные, закладываемые в расчеты, нее еще остаются на совести расчетчика в святи с отсутствием соответству­ ющих экспериментальных сведений, таких, например, как распреде­ ление адгезионных прочностей и разрывных деформаций матрицы внутри композитов. Единственным средством проверки теоретиче­ ских расчетов остается их сравнение с опытными кривыми растяже­ ния, полученными при различных степенях наполнения.

рактеризуст неоднородность между свойствами иопсрсчм 1х сечеккй, верхний — неоднородность между образцами,

Численное моделирование выявило пажную роль среднего раз­ мерного уровня (поперечного сечения) и формировании прочности образцов композитов. В этом смысле поперечное сечение и образцах прямоугольном формы можно рассматривать как некоторый проч постной мсзоуропснь.

Разб]юс а прочностных испытаниях образцов объясняется раз­ бросом свойств соответствующих меэоэлсмситоп.

Однако концепции прочностного меэоуровня, нсишдимому, мо­ жет быть распространена и па другие формы тел и условия нагруже­ ния. Гдесмотрим, например, толстостенную трубу под воэдействнем возрастающего ннутреннего давления. Известно, что при этом наиболее нагруженным оказывается слои материала на внутренней поверхности грубы, который можно рассматривать в качестве проч­ ностного мсэоэлсмснта, Формально окружные деформации о этом месте принято считать одинаковыми в связи с осевой симметрией конструкции. Фактически они характеризуются некоторым разбро­ сом из-за естественного непостоянства жесткости материала. О про­ цессе нагружения с материале накапливается новрожденIгость, уси­ ливаюIпая неоднородность окружной жесткости. Трещина возника­ ет в тот момент, когда происходит потеря окружной упругой устой­ чивости внутреннею слоя. В данном случае трещ1Минобразование происходит п условиях подкрепления пристенного слоя внутренни­ ми прилегающими неразрушенными слоями материала.

Можно предположить, что при расчетах конструкций, а которых слабое место представлено некоторыми равномерно нагруженными объемами материала (частные случаи рассмотрены выше), концеп­ ция прочностного мезоэлемента может оказаться плодотворной для прочностных оценок.

Мною проблем, касающихся каждого уровня, нс решены н тре­ буют дальнейшего углубленною исследовании. Назовем тс из них, которые представляются первоочередными.

Ячеечные модели должны быть дополнены учетом фрикционных влияний на мсжф«аэнмх поверхностях контакта и объемных измене­ ний п целях перехода к описанию механических свойств при произ­ вольных трехосных нагружениях. Специальными опытами должны

быть установлены фактические распределения случайных матери­ альных параметров (адгезионных повреждении, разрывных дефор­ маций, нерегулярное™ в распределении частиц наполнителя, влия­ ющих па кепостоянстло локальных (ячеечных) ппрамстров, замены упругого поведения матрицы вязкоупругим и рамках больших де­ формации).

На уровне мезоэлемемтов требует уточнения закономерность их формирования. Применяемое в данном подходе параллельное вклю­ чение не взаимодействующих между собой ячеечных элементов ка­ жется укрощенным к, возможно, потребует замены иным, более точ­ ным приближением, вытекающим из анализа случайных геометри­ ческих структур, (]юрыирующпх поперечное соченис.

И наконец, дискретная форма модели, полезная для решения материаловедчсских. проблем, непригодна для использования при про­ ведении конструкторских прочностных расчетов. Континуплизацин модели и связи с этим представляется важной проблемой. Попытки, предпринятые п этом направлении, излагаются в еледуюте И главе.

5.Список литературы

1.Скопе Л. 5., СНп511ап5сп 15. В., Васх А. ВЬсоЬяу оГ сопссл1гаЫ

3.УэеЬ К., Ыш С. К., Окиуата М., Твскосб! N. IV. ТЬс с!Гсс1 оГ ргсБзигс оп 1ке тссЫпса! апй иИппакс ргорегИсв оГ а &]а55 Ьсай ППей с1а81отсг / / Со11оя. 1п1сг. СМП5. Р. 1975. Р. 289-295.

ГЛАВА 11

КОНТИНУАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ ПОВРЕЖДАЕМЫХ КОМПОЗИТОВ И ИХ ПОСТРОЕНИЕ НА ОСНОВЕ СТРУКТУРНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ

Л. А. Гологина, 11. 11. Мошеп

"Нельзя остановить ум V екязагль ему: дальше не исследуй," А. И. Герцен

2.Вычисление осрсднсшшх характеристик для конечных элементов 480

3.0|1]Х!дсляющ11с соотношения, описывающие механическое пове­

1, Введение

Вся практихд лромпостных расчетов построена на использовании моделей континуального типа. Поэтому структурные представле­ ния, как бы они ни были важны с точки зрения понимании природы явлений, должны приводиться к континуальной форме, когда воз­ никает необходимость их использован ил для конструкторских рас­ истов.