ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
Основной задачей является определение времени до разрушения композитного материала в условиях ползучести на основе синтеза феноменологического и многоуровневого структурного подходов. Под феноменологическим подходом подразумевается определение времени до разрушения на основе решения кинетического уравнения для меры поврежденности композита. Многоуровневый структурный подход базируется на изучении влияния на время жизни образца как процессов, проходящих в каждой компоненте среды, так и различных видов их взаимодействия. Целью проекта является построение черного ящика, определяемого оператором, преобразующим вектор входных данных, таких как свойства каждой компоненты композита, геометрии образца, условия нагружения, температуры в вектор результата, например, текущая конфигурация, поврежденность, время жизни образца. Энергетический подход берется как основа для такого рода синтеза. Кинетическое уравнение для меры поврежденности строится на основе учета диссипации энергии как в результате разрушения матрицы, интерфейса и волокон, так и работ, связанных с взаимодействием всех компонентов композита, например, трения волокон при вытягивании при продвижении трещины в волокнистом композите.
Построение аналитической модели живучести трехкомпонентной анизотропной среды для определения долговечности волокнистых композитов в условиях ползучести при сложном нагружении. Основной задачей исследования является определение тензора поврежденности ортотропной трехкомпонентной среды для случая волокнистого композита с учетом деградации зоны контакта волокно-матрица (интерфейса). Перспективным 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 их взаимодействие, например, вытягивание волокна или его отслоение. Итоговой целью исследования, безусловно, является проверка на данных эксперимента корректности и эффективности работы разрабатываемого метода оценки живучести, а также, наработка рекомендаций по повышению долговечности элементов конструкций из волокнистых композитов.
Во всем мире идет активный поиск компонентов и приемлемых условий создания волокнистого композита, способного нести нагрузку при высоких температурах и иметь высокое сопротивление ползучести. Процесс изготовления каждого образца весьма трудоемок и может занимать несколько месяцев. Для существенного сужения области поиска и доказательства возможности существования пригодных условий изготовления и свойств компонент и служат модели разрабатываемые в нашей исследовательской группе с 2005 года. Нами уже получены результаты теоретически показывающие возможность существования оптимальных условий создания высокотемпературного волокнистого композита. Получено кинетическое уравнение для скалярного параметра поврежденности на основе энергетического подхода Кондаурова-Фортова. Проведен анализ зависимости времени до разрушения от учета сложного напраженно-деформированного состояния в случае трехточечного изгиба в условиях ползучести. Определен предельный уровень диссипации энергии для материала и показано, что эта величина является постоянной для конкретного материала в рамках модели полного вытягивания оборванных волокон при прохождении магистральной трещины. Эти результаты получены нами в последние несколько лет и на тот момент являлись новыми. Ожидаемые в конце 2016 года, первого возможного года работ по проекту, мы уверены, будут также новыми и мы будем рады доложить их мировой и российской научной общественности на конференциях и в публикациях.
Будет сделан обзор существующих тензоров поврежденности для ортотропных сред. Проведен анализ существующих кинетических уравнений для тензора поврежденности с учетом их физического обоснования. Будут определы условия достижения экстремума диссипации энергии для волокнистого ортотромного композита в следствии отслоения, обрыва и вытягивания волокон в зависимости от прочностных свойств волокон, матрицы и интерфейса. Будет проведен численный эксперимент по анализу рассеяной энергии вследствие обрыва и вытягивания волокон с учетом стохастического распределения слабых звеньев при прохождении магистральной трещины под различными углами в однонаправленном волокнистом композите. Проведено численное интегрирование кинетического уравнения поврежденности для случаев напряженного состояния при одноосном растяжении, кручении и трехточечном изгибе и проведен анализ зависимости времени до разрушения балки от вида нагружения. Будет проведено сравнение результатов с использованием тензора поврежденности и скалярного параметра поврежденности. Определено напряженно дефоримированного состояния короткой модельной балки из ортотропного материала в случаях одноосного нагружения, кручения, трехточечного и четырехточечного изгиба.
МГУ им.М.В.Ломоносова | Координатор |
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Механизмы повышения трещиностойкости и сопротивления ползучести композитов нового поколения при сложном нагружении. |
Результаты этапа: | ||
2 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Механизмы повышения трещиностойкости и сопротивления ползучести композитов нового поколения при сложном нагружении. |
Результаты этапа: | ||
3 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Механизмы повышения трещиностойкости и сопротивления ползучести композитов нового поколения при сложном нагружении. |
Результаты этапа: 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. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".