ИСТИНА

В рамках работ по данной теме предусмотрено проведение теоретических исследований и анализ результатов экспериментальных исследований поведения твердых деформируемых тел при различных видах внешних воздействий. Основное внимание уделяется неоднородным материалам различной физической структуры, таким как композитные материалы, гранулированные среды, керамики, горные породы, перспективные металлические сплавы, а также многим другим. Предусмотрено выявление характерных особенностей поведения данных материалов в процессе деформирования и разрушения, накопления в них повреждений. На основе анализа результатов экспериментальных исследований и основных положений механики деформируемого твердого тела разрабатываются соответствующие теории деформирования и разрушения исследуемых материалов, формулируются критерии прочности, определяются предельные нагрузки, разрабатываются программы для проведения компьютерного моделирования.

Failure time for composite is defined as a moment when solution of evolution equation has approach the critical value. This value is personal for every type of a composite. Evolution equation is based on the thermodynamic theory of Rice. Damage tensor for orthotropic composite is taken as symmetric tensor of the second rank and depends on damage of fiber (layer, inclusions), matrix and interface. Creep fiber composite failure model for tension and bending conditions is suggested. Volumes of energy transformation and dissipation are estimated and numerically modelled. Effects of initial non-ideal interface coating on damage process is investigated. We establish a correlation between the magnitude of a propagating crack in current-carrying flat samples and the change in the electric potential field over the surface of the sample when an electric current passes through it. The experimental data correspond to an analytic solution obtained using a conformal map in the two-dimensional formulation. This work can be related to the area of converting mechanical quantities into electrical quantities, which simplifies the process of recording mechanical processes and provides a convenient form for controlling and managing them. This work is aimed at the automatic control of the process of the destruction of conductive materials.

Модернизация тензора поврежденности и решение кинетического уравнения с учетом поправок, полученных в модельных задачах и установочных экспериментах. Организация еженедельных семинаров, координация работы членов коллектива, организация взаимодействия коллектива с экспериментальными лабораториями. Чтение курсов лекций по темам "Поврежденность и живучесть композиционных материалов" и "Continuum Damage Mechanics" для ускоренного расширения кругозора аспирантов, участвующих в исследованиях коллектива. Исследование реологических моделей живучести на примере материала из армированного бетона. Анализ процессов отслаивания и вытягивания металлических стержней из бетонной матрицы. Микроструктурные исследования композитов. Установление корреляции между составом, технологическими режимами изготовления, характеристиками структуры, механическими свойствами композитов и результатами расчетов на основе механико-математических моделей. Разработка методики экспериментального исследования динамики поврежденности при сложном нагружении. Изготовление и испытания композитных материалов на прочность, трещиностойкость, ползучесть. Испытания с различными схемами нагружения при комнатной и высоких температурах. Развития методики неразрушающего контроля на основе анализа изменения электрического потенциала на поверхности токопроводящего материала. Ревизия существующих критериев начала разрушения в слоистом и волокнистом композитах. Теоретическая поддержка молодых членов исследовательского коллектива. Анализ краевых задач. Анализ возможных параметров повреждаемости слоистых и композитов со включениями. Вывод условий согласования параметров повреждаемости. Численное моделирование процесса поврежденности с учетом различных свойств компонент волокно-матрица-интерфейс. Численный эксперимент. Определение энергетических слагаемых в кинетическом уравнении, отвечающих за влияние отслоения матрицы от волокна (расслоения) и вытягивания волокна (проскальзывания слоя) в композите. Интегрирование аналитически и численно кинетического уравнения поврежденности для случаев напряженного состояния при одноосном растяжении, кручении и трехточечном изгибе.

За последние годы коллектив получил ряд результатов, являющихся в новыми, которые являются существенным заделом для работ по новому проекту, а именно: Сформулирована концепция единой меры поврежденности для трехкомпонентной среды - матрица-интерфейс-волокно. Построено кинетическое уравнение для функции поврежденности на основе энергетического соотношения для баланса таких энергий как упругая, свободных поверхностей, разрушения волокна и интерфейса. Анизотропию поврежденности мы планируем учесть благодаря переходу от функции поврежденности к тензору. Показано, что величина максимальной работы вытягивания при заданных свойствах волокна и подобранных для него правильных свойств покрытия – постоянна. Эта постоянная может рассматриваться как дополнительная характеристика трещиностойкости материала. Определено, при каком числе предварительных шагов по нагрузке-разгрузке достигается один и тот же уровень снижения энергозатрат при определенной величине сплошности интерфейса. Свойства волокна берутся как идеально-подходящие для данного условия сплошности. Отработана расчетная схема по этапам: свойства волокна – оптимальная сплошность покрытия – оптимальная работа вытягивания – зависимость числа шагов нагрузки от оптимальной сплошности для равного уровня снижения оптимальной работы вытягивания. Показана особая роль поврежденности интерфейса среди прочих составляющих поврежденность композита. Получена и обоснована сильная зависимость прочностных свойств композита от геометрии укладки волокон. Исследована прочность композитной пластины с отверстием с классической одноосной укладкой волокон и укладкой с обтеканием отверстия.

Направлением построения аналитической модели живучести полагаем представление кинетического уравнения для тензора поврежденности в энергетическом виде с учетом диссипации энергии как при разрушении каждой компоненты: волокно, матрица, интерфейс, так и работ, затрачиваемых на трение при отслоении. Мы рассматриваем ортотропную упругую среду с охрупчиванием в условиях ползучести. В качестве материала может рассматриваться как однонаправленный волокнистый, так и слоистый композит. Среда представляется как трехкомпонентная, состоящая из материала матрицы (материала первого слоя), материала волокна (материала второго слоя) и зоны их контакта – интерфейса. Интерфейс образуется в процессе изготовления композита во время спрессовывания или спекания, а может и дополнительно наноситься для моделирования особых свойств. Таким образом, мы рассматриваем три меры поврежденности – матрицы, волокна и интерфейса. Время до разрушения определяется как момент, в который значение меры поврежденности достигает критической величины. Кинетическое уравнение для меры поврежденности строится на основе потенциала диссипации, зависящего от энергетической пары к исходной мере поврежденности. Конкретный вид этой переменной определяется видом термодинамического потенциала, входящего в локальное уравнение энергии и неравенство Клаузиуса-Дюгема. В решении учитывается диссипация энергии как при разрушении границ раздела, так и в результате трения ввиду разрыва поля перемещений на границе раздела компонентов композита. Задача решается следующей последовательностью шагов. первый – задание мер поврежденности и их критических величин. второй – построение тенора поврежденности. третий – запись локального уравнения энергии и определение энергетических пар для введенных мер поврежденности. четвертый – задание потенциала диссипации и вывод кинетического уравнения. пятый и последний – определение времени до разрушения. В ходе работ по проекту получены практические результаты 1. Разработана методика получения слоистых композитных материалов из молибденовой фольги и порошков кремния и алюминия. Получены образцы материалов, структура которых представляет собой последовательное чередование слоев твердых растворов на основе молибдена и слоев интерметаллидов Mo-Si-B. Исследована микроструктура композитов до и после разрушения. На основе анализа структуры испытанных образцов выявлены различные механизмы, тормозящие процесс разрушения. 1.1. – Показана возможность формирования слоистой структуры, состоящей из последовательного чередования слоев твердых растворов и интерметаллидов, из листов молибденовой фольги, покрытой суспензией смеси порошков кремния и бора, методом диффузионной сварки под давлением в вакууме. 1.2. – Вариациями толщины и способов нанесения на молибденовую фольгу суспезии возможно управление структурой интерметаллидных слоев. 1.3. – Прочность полученных композитных материалов не уступает лучшим конструкционным сплавам аналогичного назначения в широком диапазоне температур, а по жесткости превосходит многих их них. 2. Разработана структура и твердофазным методом диффузионной сварки получены образцы композитных материалов со слоистой матрицей на основе ниобия, однонаправленно армированные монокристаллическими волокнами сапфира. Волокна сапфира получены методом Степанова (EFG). 2.1. Разработана иерархически организованная слоисто–волокнистая композитная структура, и твердофазным методом диффузионной сварки впервые получены образцы слоисто–волокнистого композита с матрицей из высокотемпературного материала на основе ниобия, однонаправленно армированного волокнами монокристаллического сапфира. 2.2. Методом Степанова из расплава оксида алюминия изготовлены армирующие волокна. В результате испытаний волокон впервые получены зависимости их прочности от длины. Прочность полученных волокон отвечает мировому уровню. 2.3. Установлено образование твердых растворов и возникновение интерметаллидов системы Nb–Al в процессе формирования структуры композитов, повышающих их механические свойства. 2.4. Проведены испытания на прочность и определена эффективная поверхностная энергия разрушения композитов, установлена их корреляция с режимами изготовления. Полученные значения прочности и поверхностной энергии удовлетворяют требованиям для материалов такого рода. 2.5. На сканирующих электронных микроскопах изучена структура композитов, проведен рентгеноструктурный микроанализ ее состава. Получены фрактограммы поверхностей разрушения, проведен топографический анализ различных видов множественных микроразрушений, обеспечивающих повышение сопротивления разрушению. 2.6. – Трещиностойкость полученных материалов, занимая промежуточное положение между керамиками и высокопрочными сплавами, не является вполне достаточной для их широкого применения в качестве конструкционных, и в этой части композитная структура нуждается в дальнейшей оптимизации путем выбора исходных составов и технологических режимов.