Моделирование трещиностойкости композиционных материалов
Автор: Гольдштейн Роберт Вениаминович, Перельмутер Михаил Натанович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 2 т.2, 2009 года.
Бесплатный доступ
Предложена модель разрушения композитов и адгезионных соединений, основанная на рассмотрении зоны процесса разрушения вблизи вершины трещины. Полагается, что зона процесса разрушения представляет собой слой конечной длины, содержащий материал с частично нарушенными связями между его отдельными структурными элементами (концевая область), рассматриваемый как часть трещины. Наличие связей между берегами трещины в концевой области моделируется приложением к поверхностям трещины сил сцепления, вызванных присутствием связей. Анализ предельного равновесия трещины в рамках модели концевой области выполняется на основе нелокального критерия разрушения с энергетическим условием продвижения вершины трещины и кинематическим условием для определения продвижения края концевой области трещины и включает: 1) установление зависимости сил сцепления от раскрытия трещины; 2) оценку напряженного состояния вблизи трещины с учетом внешних нагрузок и сил сцепления; 3) определение зависимости критических внешних нагрузок от длины трещины. В работе рассмотрены все перечисленные этапы. Приведены результаты модельных расчетов.
Композиционные материалы, адгезионные соединения, трещины, концевая область, критерии разрушения, трещиностойкость
Короткий адрес: https://sciup.org/14320464
IDR: 14320464
Modeling of fracture toughness of composite materials
A model of fracture of composites materials and adhesion junctions is proposed. The model is based on the analysis of the process zone formed near the crack tip. It is assumed that the process zone is a layer of finite length with weakened bonds between the material particles (the end zone). This zone is considered as a part of the crack. The interaction of crack surfaces is modeled by applying adhesion forces caused by bonds to crack surfaces. In the framework of the present end-zone model, the analysis of the limit equilibrium of cracks involves: (a) definition of relationships between adhesion forces and crack opening, (b) evaluation of displacements and stresses around the crack taking account of external loads and adhesion forces, and (c) definition of the dependence of critical external loads on the crack length. The analysis is based on a fracture criterion with an energy condition for the advance of the crack tip and a kinematic condition of the bond rupture. The results of calculation of fracture parameters are presented.
Список литературы Моделирование трещиностойкости композиционных материалов
- Rose L.R.F. Crack reinforcement by distributed springs.//J. Mech. Phys. Solids. -1987. -V. 35, № 4. -P. 383-405
- Cox B.N., Marshall D.B. Concepts for bridged cracks in fracture and fatigue.//Acta metal. mater. -1994. -V. 42, № 2. -P. 341-363.
- Budiansky B., Cui Y.L, On the tensile strength of a fiber-reinforced ceramic composite containing a crack-like flaw//Journal of Mechanics and Physics of Solids. -1994. -V. 42, № 1. -P. 1-19
- Баренблатт Г.И. О равновесных трещинах, образующихся при хрупком разрушении//ПММ. -1959. -Т. 23, вып. 3. -С. 434-444; вып. 4. -С. 706-721; вып. 5. -С. 893-900.
- Леонов М.Я., Панасюк В.В. Развитие мельчайших трещин в твердом теле//Прикл. механика. -1959. -Т. 5, № 4. -С.391-401.
- Dugdale D.S. Yielding of steel sheets containing slits//J. Mech. Phys. Solids. -1960. -V. 8, № 2. -P. 100-104.
- Goldstein R. V., Perelmuter M. N. Modeling of bonding at an interface crack//Int. J. of Fracture. -1999. -V. 99, № 1-2. -P. 53-79.
- Гольдштейн Р.В. Перельмутер М.Н. Трещина на границе соединения материалов со связями между берегами.//Изв. РАН. МТТ. -2001. -№ 1. -C. 94-112.
- Перельмутер М.Н. Критерий роста трещин со связями в концевой области//ПММ. -2007. -Т. 71, вып. 1. -C. 152-171.
- Греков М.А., Морозов Н.Ф. О равновесных трещинах в композитах, армированных однонаправленными волокнами//ПММ. -2006. -Т. 70, вып. 6. -С. 1054-1066.
- Goldstein R.V., Bakirov V.F., Perelmuter M.N. Modeling of the adhesion strength and fracture kinetics of the microelectronic package polymer-polymer joints//Proc. Inst. Phys. Technol., Russian Ac. of Sci. -1997. -V. 13. Modeling and Simulation of Submicron Technology and Devices. -P. 115-125
- Rice J.R., Sih G.C. Plane problems of cracks in dissimilar media//Trans. ASME. J. Appl. Mech. -1965. -V. 32. -P. 218-224.
- Слепян Л.И. Механика трещин. -Л.: Судостроение, 1981. -295с.
- Биргер И.А. Расчет конструкций с учетом пластичности и ползучести.//Изв. АН СССР. Механика. -1965. -№ 2. -C. 113-119.
- Салганик Р.Л. О хрупком разрушении склеенных тел//ПММ. -1963. -Т. 27, вып. 5. -C. 957-962.
- Гольдштейн Р.В. Осипенко Н.М. Балочное приближение в задачах отслоения тонких покрытий//Изв. РАН. МТТ. -2003. -№ 5. -C. 154-163.
- Гольдштейн Р.В. Осипенко Н.М. Моделирование отслоений покрытий при теромомеханическом нагружении в балочном приближении//Изв. РАН. МТТ. -2007. -№ 5. -C. 75-90.
- The special issue: Cohesive models//Eng. Fract. Mech. -2003. -V. 70, № 14. -P. 1741-1987.
