Стохастическое моделирование процессов деформирования упругопластических композитов со случайным расположением включений с использованием моментных функций высоких порядков
Автор: Ташкинов М.А.
Статья в выпуске: 3, 2014 года.
Бесплатный доступ
Целью данной работы является разработка методики вычисления статистических харак- теристик полей напряжений и деформаций в компонентах структурно-неоднородных сред с уче- том микроструктурных параметров.Многоуровневая иерархия структурно-неоднородных (композиционных) материалов ис- следуется с помощью понятия представительного объема, когда параметры более высокого масштаба оцениваются или вычисляются на более низком масштабе. Поля напряжений, дефор- маций и перемещений представлены в виде статистически однородных кусочно-постоянных функций координат.Аналитические выражения для статистических характеристик структурных полей, такие как средние значения и дисперсии, формируются из решения стохастических краевых задач и содержат структурные многоточечные моментные функции. При этом порядок используемых функций определяется приближением решения стохастической краевой задачи. С помощью ме- тода функций Грина, краевая задача сводится к интегродифференциальному стохастическому уравнению во флуктуациях перемещений. Получено второе приближение решения краевой за- дачи в упругопластическом случае. Для установления связи между деформациями в компонентах и макроскопическими деформациями организована итерационная процедура.Получены новые аналитические выражения для статистических характеристик полей на- пряжений и деформаций в компонентах упругопластических композиционных материалов с ис- пользованием второго приближения решения краевой задачи и моментных функций до пятого порядка включительно. Были синтезированы и исследованы модели трехмерной структуры пред- ставительного объема материала с эллипсоидальными полидисперсными включениями, для которых построены многоточечные моментные функции до пятого порядка. Получены численные результаты для характеристик процесса деформирования матрицы пористых материалов с по- лидисперсными эллипсоидальными включениями в случае чистого сдвига для микроструктур с различной объемной долей включений.
Стохастическая микроструктура, статистические характеристики, композиты, краевая задача, моментные функции, поля напряжений и деформаций, аппроксимация, трехмерные модели, упругопластичность, аналитические выражения
Короткий адрес: https://sciup.org/146211524
IDR: 146211524 | УДК: 539.3 | DOI: 10.15593/perm.mech/2014.3.09
Stochastic modelling of deformation process in elastoplastic composites with randomly located inclusions using high order correlation functions
The aim of this research is to develop the mechanisms of calculation of stress and strain fields statistical characteristics in components of heterogeneous solid media in dependence on microstructural parameters.Multiscale hierarchy of heterogeneous (composite) materials is investigated using the Repre- sentative Volume Element (RVE) concept when parameters of larger scale models are measured or calculated on a smaller scale. Fields of stress, strain and displacements are presented in the form of statistically homogeneous coordinate functions.Analytical expressions for statistical characteristics of structural fields, such as mean values and dispersions, are formed using solution of stochastic boundary value problems and contain structural multipoint correlation functions. The order of the required correlation functions is determined by the solution of stochastic boundary value problem. The boundary value problem is being reduced to inte- gral-differential equation in fluctuations of displacements. The second approximation of the problem solution is obtained. To determine relation between deformation in components and macroscopic de- formation, the iteration procedure was organized.New analytical expressions and numerical results for statistical characteristics of stress and strain fields in components of elastoplastic composite materials are derived with the second approxima- tion of the boundary value problem and correlation functions up to fifth order. 3D models of representa- tive volume of material microstructure with polydisperse ellipsoidal inclusions are synthesized; the mul- tipoint correlation functions up to fifth order have been obtained for them. Numerical results are obtained for porous composites with polydisperse ellipsoidal inclusions in simple shear state of strain for micro- structures with various inclusions volume fraction.