Моделі пошкоджуваності композиційних матеріалів

Abstract

Виконано аналіз сучасних моделей пошкоджуваності та критеріїв руйнування композитних матеріалів (КМ) на стадії зародження макротріщини та визначено межі їх застосування. Розглянуто класифікацію КМ, а також основні гіпотези та припущення, що використовуються для побудови рівнянь стану. Особливу увагу приділено стадії зародження та накопичення розсіяних пошкоджень на мікро- та мезорівнях, як ключовій фазі життєвого циклу виробу із КМ. Застосовано положення континуальної механіки пошкоджуваності, термодинаміки незворотних процесів та механіки твердого деформівного тіла. Актуальність роботи обумовлена зростаючими вимогами до надійності та довговічності конструкцій із КМ, особливо в авіаційній, автомобільній та будівельній галузях. Незважаючи на значний прогрес у дослідженнях, існує потреба у вдосконаленні моделей пошкоджуваності, які б враховували складні мікро- та мезомасштабні процеси руйнування. Застосовано методи континуальної механіки пошкоджуваності, термодинаміки незворотних процесів та механіки деформівного тіла. Розглянуто феноменологічні та мікромеханічні моделі пошкоджуваності, що описують накопичення пошкоджень у матриці, армуючих волокнах та на міжфазних поверхнях. Описано основні механізми мікроруйнування в армованих КМ, які включають пошкодження матриці, армуючих волокон та інтерфейсу між ними. Продемонстровано необхідність врахування комплексу феноменологічних параметрів для опису кінетики накопичення пошкоджень. Зазначено, що складні процеси в армованих КМ потребують феноменологічного моделювання пошкоджуваності із застосуванням тензорних величин і певних припущень, зокрема гіпотези "суміші". Підтверджено доцільність використання гіпотези еквівалентності питомих енергій для визначення компонентів параметра пошкоджуваності.

Keywords

• композиційні матеріали
• ламінати
• моделі пошкоджуваності
• граничний стан