Описано будову, властивості та макромеханізми руйнування неперервно армованих анізотропних композитів. Подано розрахункові моделі для оцінки межово рівноважного стану та довговічності анізотропних пластин з тріщинами. Наведено експериментальні методи визначення характеристик тріщиновитримності неперервно армованих композиційних матеріалів за статичного та циклічного навантаження.

Описаны структура, свойства и макромеханизмы разрушения непрерывно армированных анизотропных композитов. Даны расчётные модели для оценки предельно равновесного состояния и долговечности анизотропных пластин с трещинами. Приведены экспериментальные методы определения характеристик трещиновыдержанности непрерывно армированных композиционных материалов по статической и циклической нагрузках.

Розглянуто методи дослідження рівноважного стану пластин з тріщинами й отворами. Проаналізовано особливості зростання тріщин під час згину анізотропних пластин з несиметрично підкріпленим краєм та транстропних плит і балок. Визначено пружну рівновагу анізотропних пластинок з отворами та тріщинами. Описано числовий алгоритм розв'язання межових інтегральних рівнянь, алгоритм розрахунку квазістатичної траєкторії руху вістря тріщини.

Рассмотрены методы исследования равновесного состояния пластин с трещинами и отверстиями. Проанализированы особенности увеличения трещин при сгибе анизотропных пластин с несимметрически подкрепленным краем, транстропных плит и балок. Определено упругое равновесие анизотропных пластинок с отверстиями и трещинами. Описаны числовой алгоритм решения предельных интегральных уравнений, алгоритм расчёта квазистатической траектории движения острия трещины.

Ключ. слова: усталость, ламинатные композиты, кривая усталости S - N, рост трещины
Індекс рубрикатора НБУВ: Ж364.606.22

Шифр НБУВ: Ж61773 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Сформулирована и решена методом линейного программирования задача определения верхней кинематической границы несущей способности сложноармированных вращающихся плоских и искривленных дисков постоянной и переменной толщины. Показано, что наибольшую предельную угловую скорость вращения имеют диски с меридионально-окружной укладкой волокон. Искривление диска приводит к резкому снижению его несущей способности; максимально допустимые скорости (ДС) вращения дисков, работающих в пределах упругого деформирования фаз композиции, в несколько раз ниже предельно ДС.

Розроблено методику розрахунку на стійкість анізотропних циліндричних оболонок, що дозволяє розглядати такі варіанти армування, за яких напрямки осей пружності шарів не збігаються з напрямками осей координат оболонки. Розв'язок одержано з використанням рівнянь технічної теорії оболонок у змішаному вигляді. Функції прогинів і зусиль апроксимуються тригонометричними рядами. Досліджено стійкість одно- та багатошарових з двома варіантами орієнтації волокон циліндричних оболонок. Виявлено, що за малої кількості шарів неврахування в розрахунковій моделі особливостей спрямування волокон у шарах вносить суттєву похибку під час визначення їх критичних навантажень.

Досліджено втрату стійкості композитного матеріалу, армованого періодичним рядом паралельно розміщених коротких волокон, із урахуванням взаємодії між сусідніми паралельними волокнами. Проаналізовано одержані закономірності взаємного впливу коротких волокон у матриці, у разі втрати стійкості, залежно від відстані між цими волокнами. Результати одержано в межах моделі кусково-однорідного середовища із застосуванням основних співвідношень строгої тривимірної лінеаризованої теорії стійкості деформівних тіл.

Досліджено втрату стійкості композитного матеріалу, слабкоармованого короткими волокнами поблизу вільної плоскої межової поверхні, за дії стискувального навантаження, спрямованого вздовж волокон. Проаналізовано одержані закономірності впливу механічних і геометричних параметрів компонентів композита, а також відстань між волокнами та вільною поверхнею на величину критичної деформації. Результати одержано в межах моделі кусково-однорідного середовища із застосуванням основних співвідношень строгої тривимірної лінеаризованої теорії стійкості деформівних тіл.

Проанализированы методики прогнозирования несущей способности слоистых композитов, армированных однонаправленными высокопрочными волокнами, при комнатной и криогенных температурах. Показано, что наилучшая корреляция между расчетными и экспериментальными данными отмечается при учете зависимости эффективных механических параметров слоев от температуры в рамках теории упругости слоистых неоднородных тел.

Запропоновано числовий метод визначення ефективних комплексних модулів і декрементів коливань армованих волокнами в'язкопружних композиційних матеріалів, що базується на скінченноелементному моделюванні представницького елемента об'єму та прирівнюванні пружної і в'язкої частин енергії деформування об'ємів композиційного та квазіоднорідного матеріалів. Досліджено вплив структури армування на декремент коливань в'язкопружних волокнистих композиційних матеріалів.

Теория длительной повреждаемости однородного материала обобщена на случай ортотропного волокнистого композитного материала стохастической структуры. В основу теории положены уравнения механики микронеоднородных сред такой структуры. Процесс повреждаемости компонентов композита моделируется образованием стохастически расположенных микропор. Критерий разрушения единичного микрообъема характеризуется его длительной прочностью, определяемой зависимостью времени хрупкого разрушения от степени близости эквивалентного напряжения к его предельному значению, характеризующему кратковременную прочность по критерию Губера - Мизеса, которое принимается случайной функцией координат. Эффективные деформативные свойства и напряженно-деформированное состояние ортотропного волокнистого композита с микроповреждениями в компонентах определяются на основании стохастических уравнений упругости ортотропных сред. Для заданных макронапряжений или макродеформаций и произвольного момента времени сформулированы уравнения баланса поврежденности (пористости) компонентов. На основании метода итераций построены алгоритмы вычисления зависимостей микроповреждаемости компонентов ортотропного волокнистого материала от времени, макронапряжений или макродеформаций от времени, а также получены соответствующие кривые в случае ограниченной функции длительной микропрочности, аппроксимируемой экспоненциальным законом.

Запропоновано теорію довготривалої пошкоджуваності для однорідних матеріалів з урахуванням температурного впливу. Процес пошкоджуваності матеріалу моделюється утворенням в ньому стохастично розташованих мікропор. Критерій руйнування одиничного мікрооб'єму характеризується його довготривалою міцністю, обумовленою залежністю часу крихкого руйнування від ступеня близькості еквівалентного напруження до його граничного значення, що характеризує короткочасну міцність за критерієм Шлейхера - Надаї, яке приймається випадковою функцією координат. Для довільного моменту часу сформульовано рівняння балансу пошкодженості (пористості) матеріалу з урахуванням температурної складової. Побудовано алгоритми обчислення залежностей мікропошкоджуваності матеріалу від часу, макронапружень від часу, а також одержано відповідні криві. Досліджено вплив температури на криві макродеформування і пошкоджуваності матеріалу.

Розглянуто задачу визначення зони та довжини згасання крайового ефекту у композитному матеріалі регулярної структури, армованому компонентами прямокутної форми. Досліджено згасання крайового ефекту у матеріалі, армованому плоскими шарами за умовами одновісного повздовжнього стискання армуючих шарів, та у матеріалі, армованому прямолінійними односпрямованими волокнами квадратного поперечного перерізу за умовами одновісного поперечного навантаження приповерхневих волокон.

Обоснована и разработана теория осреднения свойств композиционного материала (КМ) с переменной анизотропией по наперед заданному объему, что имеет большое значение для расчета конструкций дискретными методами, а также для сопоставления экспериментальных и теоретических результатов (измерение деформаций, например, тензорезисторами производится на базе датчика). За основу приняты модели плоских деформаций и плоских напряжений, которые наиболее часто используются в механике КМ.

The redistribution of stresses near a straight crack in a viscoelastic orthotropic plate is investigated. The redistribution occurs due to the creep of a plate material. The material with unidirectional reinforcement (composite) is modelled by a viscoelastic anisotropic medium. To determine the law of variation for stresses with time, an elastic solution is used; on the base of this solution, the corresponding viscoelastic solution is built using the Volterra principle and the method of operator continued fractions.

A solution of the plane problem of three-dimensional stability theory is represented for a composite material reinforced by a periodical row of short fibers placed in sequence under longitudinal compression. The problem statement uses the three-dimensional linearized stability theory in the static approximation. The composite is modelled by a piecewise homogeneous medium. The effect of the distance between fibers on the critical deformation of the material is investigated.

The solution of a plane problem of three-dimensional stability theory is represented for a composite material reinforced by two rectangular fibers at transverse compression. The task for a composite material is posed by using a model of piecewise homogeneous medium and the three-dimensional linearized stability theory in static statement. The effect of the distance between fibers on the critical deformation of the material is investigated.

The solution of a plane problem of three-dimensional stability theory is represented for a composite material reinforced by a periodical row of short fibers placed in parallel under the longitudinal compression. The statement of the task for a composite material is executed using the three-dimensional linearized stability theory in the static statement. The composite is modelled by a piecewise homogeneous medium. The effect of the distance between fibers on the critical deformation of the material is investigated.

Досліджено напружено-деформований стан композитного матеріалу, слабкоармованого короткими волокнами поблизу вільної плоскої граничної поверхні. Встановлено, що в даному процесі поблизу поверхні виникає несиметричний докритичний напружено-деформований стан, який призводить до початкового викривлення волокна, що може призвести до руйнування композита. Наведено результати розрахунків і зроблено висновок, що у процесі дослідження нестійкості композитного матеріалу, слабкоармованого короткими волокнами поблизу вільної поверхні, під дією стискувального навантаження, спрямованого вздовж волокон, необхідно аналізувати сумісну дію кількох явищ (механізмів), що мають місце в зазначеному процесі та можуть призвести до руйнування композита.

Розглянуто модель "волокон нескінченної довжини" та модель "волокон скінченних розмірів" для дослідження стійкості композитних матеріалів, армованих нанотрубками. Проведено порівняльний аналіз двох моделей у тривимірній теорії стійкості композитних матеріалів. Результати аналізу одержано в межах тривимірної лінеаризованої теорії стійкості деформівних тіл.

Вперше запропоновано математичну модель, що дозволяє провести дослідження явища втрати стійкості в структурі композитного матеріалу, армованого короткими волокнами за умов плоскої деформації, з урахуванням скінченності розмірів армувальних елементів. Постановку задач здійснено на основі тривимірної лінеаризованої теорії стійкості з застосуванням моделі кусково-однорідного середовища, що є на сучасному етапі найбільш точним підходом до зазначених досліджень. Удосконалено методику побудови дискретних моделей і розроблено програмні засоби, що забезпечили можливість одержання числових розв'язків та ефективного аналізу їх результатів. Вперше держано розв'язки задач стійкості композитних матеріалів, армованих волокнами скінченного розміру під дією стискувального навантаження в напрямку армування, що перебувають за умов плоскої деформації. Результати одержано для випадків одного волокна, двох послідовно або паралельно розміщених волокон, періодичних рядів послідовно або паралельно розміщених однакових волокон, а також випадку розміщення короткого волокна поблизу вільної межової поверхні. Проведено аналіз одержаних результатів, вивчено вплив механічних і геометричних параметрів компонентів композитного матеріалу на величину критичної деформації та форми втрати стійкості армувальних елементів у структурі композитного матеріалу з урахуванням взаємодії та виявлено нові механічні ефекти.