Критерій граничного стану композиційних матеріалів

Abstract

Розглянута проблема розрахункової оцінки граничного стану композиційних матеріалів (КМ) на рівні зародження макротріщини. Показано, що на сьогодні відсутній метод прогнозування стадії їх розсіяного руйнування з врахуванням анізотропії механічних властивостей, а також не обґрунтовано вибір параметра пошкоджуваності. Цей параметр дає можливість інтегрально оцінювати деградацію КМ від дії термосилового експлуатаційного навантаження. Мета досліджень – вибір і обґрунтування критерію руйнування КМ з врахуванням параметрів пошкоджуваності та анізотропії. Використано феноменологічний підхід та основні положення термодинаміки незворотніх процесів і параметр пошкоджуваності Качанова-Работнова. Проведено порівняння двох енергетичних підходів, які базуються на гіпотезі додаткових напружень та термодинаміки незворотніх процесів. На основі проведеного комплексу експериментальних досліджень для пропорційних та непропорційних траєкторій циклічного навантаження в умовах плоского напруженого стану встановлено їх рівноцінність у використанні. Показано, що для розрахунку довговічності елементів конструкцій необхідно враховувати порогове значення параметра пошкоджуваності на рівні границі витривалості КМ. Встановлені закономірності кінетики накопичення пошкоджень в залежності від виду напруженого стану та граничної пластичності матеріалу. Для металічних матеріалів основними напрямками накопичення розсіяних руйнувань є напрямки дії максимальних нормальних напружень. Для КМ необхідно враховувати дію дотичних компонентів тензора напружень. Описано модифікований критерій Мізеса для стадії руйнування в ефективних напруженнях. Показана методика отримання параметрів пропонованого критерія. Встановлено, що значення параметра пошкоджуваності практично не залежить від рівня пружно-пластичного деформування. Це дає можливість зменшити кількість базових експериментів для використання критерію руйнування на стадії зародження макротріщини. Показано, що використання концепції пошкоджуваності дає можливість суттєво уточнити критерій для анізотропного матеріалу.

Keywords

• пошкоджуваність
• руйнування
• критерій граничного стану
• континуальна механіка пошкоджуваності
• анізотропія
• вид напруженого стану