ИСТИНА

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.