Статьи журнала - Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика

Все статьи: 1033

Исследование влияния smart-слоя на физико-механические характеристики образцов из полимерных композиционных материалов при квазистатическом нагружении

Исследование влияния smart-слоя на физико-механические характеристики образцов из полимерных композиционных материалов при квазистатическом нагружении

Шипунов Г.С., Баранов М.А., Никифоров А.С., Головин Д.В., Тихонова А.А.

Статья научная

В настоящее время актуальны разработка и использование Smart-конструкций, которые в режиме реального времени позволяют следить за изменением требуемых величин. Smart-конструкции нашли широкое применение в строительной, автомобильной и аэрокосмической отрасли. Технологии создания изделий из полимерных композиционных материалов позволяют внедрять различные датчики непосредственно в структуру материала, тем самым создавая системы мониторинга состояния конструкции. Наиболее перспективными для такого внедрения являются волоконно-оптические датчики, которые обладают рядом преимуществ по сравнению с другими датчиками (люминесцентными, тензодатчиками, пьезоэлементами) Однако при внедрении волоконно-оптических датчиков возникает ряд сложностей, в первую очередь связанных с хрупкостью оптоволокна, что приводит к слому оптоволоконных линий. Вследствие этого необходима разработка Smart-слоя, который позволит защитить выводы оптического волокна и не приведет к существенному изменению физико-механических характеристик. В настоящей работе рассматриваются вопросы, связанные с определением жесткостных и прочностных характеристик образцов из полимерных композиционных материалов: эталонных образцов, образцов с внедренными волоконно-оптическими датчиками, образцов с внедренными Smart-слоями. Разработанный Smart-слой состоит из полимерного материала и встроенного в него оптического волокна с решеткой Брэгга. Такой слой позволяет защитить оптическое волокно от механических повреждений и осуществить безопасное внедрение в конструкции из композиционных материалов. В работе рассмотрены следующие конфигурации Smart-слоя: полимерная армированная сетка, полиамидный и полиуретановый слой. Представлено сравнение и анализ влияния внедренного оптического волокна и различных конфигураций Smart-слоя в структуру композита на физико-механические характеристики образцов, полученные при квазистатическом нагружении (растяжении, сжатии, межслоевом сдвиге). Для более детального анализа влияния внедренных волоконно-оптических датчиков и различных конфигураций Smart-слоя проведено численное моделирование соответствующих нагружений образцов для оценки их механического поведения. На основе полученных физико-механических характеристик выбрана и обоснована конкретная конфигурация Smart-слоя для проведения дальнейших исследований.

Бесплатно

Исследование влияния анизотропии поверхностного пластического упрочнения на распределение остаточных напряжений в полых и сплошных цилиндрических образцах

Исследование влияния анизотропии поверхностного пластического упрочнения на распределение остаточных напряжений в полых и сплошных цилиндрических образцах

Радченко В.П., Павлов В.Ф., Саушкин М.Н.

Статья научная

Предложены математические модели для расчета остаточных напряжений и пластических деформаций в сплошных и полых поверхностно упрочненных цилиндрических образцах. Рассмотрены варианты упрочнения, приводящие к изотропии (гидродробеструйная обработка) и анизотропии (обкатка роликом) пластических деформаций в поверхностном слое. В математическую модель введен параметр анизотропии упрочнения, связывающий осевую и окружную компоненты тензора остаточных пластических деформаций. В качестве исходной информации используются определенные экспериментально осевая и/или окружная компоненты тензора остаточных напряжений. Введены гипотезы малости недиагональных компонент тензоров остаточных напряжений и пластических деформаций, пластической несжимаемости материала, отсутствия вторичных пластических деформаций материала в области сжатия приповерхностного слоя. Приведено решение краевых задач оценки напряженно-деформированного состояния в упрочненном слое после процедуры упрочнения для сплошных и полых цилиндрических изделий. Предложена методика идентификации параметров математической модели в соответствии с условиями самоуравновешенности остаточных напряжений. Детально описана методика экспериментального определения остаточных напряжений методом колец и полосок. Выполнен цикл экспериментальных исследований по упрочнению сплошных и полых образцов из стали 40Х (с различным отношением внешних и внутренних диаметров) в режимах обкатки роликом и гидродробеструйной обработки и определению остаточных напряжений. Выполнена проверка адекватности математической модели экспериментальным данным. Наблюдается хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных. Приведены численные расчетные значения параметра анизотропии упрочнения. Показано, что процедура анизотропного упрочнения поверхности (обкатка роликом) приводит к существенному расслоению эпюр окружных и осевых остаточных напряжений по глубине упрочненного слоя, в отличие от случая изотропного упрочнения (гидродробеструйная обработка), где они практически совпадают. Экспериментально и расчетным путем показано, что для образцов с одинаковой геометрией упрочнение роликом приводит к более высоким значениям (по модулю) сжимающих напряжений, которые более чем на 30% превосходят напряжения, формирующиеся после гидродробеструйной обработки. Основные результаты работы иллюстрируются данными таблиц и соответствующими эпюрами распределения остаточных напряжений.

Бесплатно

Исследование влияния барьерного гребня на процесс экструзии полимеров

Исследование влияния барьерного гребня на процесс экструзии полимеров

Ершов С.В., Черняев В.В.

Статья научная

Исследуется влияние дополнительного (барьерного) гребня на процессы тепломассопереноса и фазовых превращений полимеров в канале пластицирующего экструдера. На основе уравнений энергии и гидродинамики построена математическая модель, описывающая процессы движения твердого и жидкого полимера внутри канала, а также претерпеваемые им фазовые превращения. Для создания математической модели процессов плавления введен ряд упрощающих предположений, а именно: 1) процесс имеет стационарный характер при постоянном массовом расходе; 2) винтовой канал разворачивается на плоскость и используется принцип обращенного движения; 3) диффузия тепла вдоль канала не учитывается; 4) утечками расплава через основной гребень пренебрегаем; 5) упругие процессы в расплаве полимера не учитываются. В результате процесс движения и теплообмена полимера в зоне плавления неклассического экструдера моделировался тепломассопереносом в длинном прямоугольном канале, разделенном барьерным гребнем на два (канал твердой фазы и канал расплава), в котором верхняя стенка двигалась с постоянной скоростью, равной окружной скорости червяка, под углом нарезки винтовой линии к оси канала. Полученная модель решена методом конечных разностей, что позволило провести численное исследование зависимости процесса экструзии полимеров от геометрических параметров барьерного шнека. Расчет проводился для шнека МЕ-90, с числом L / d = 26 при расходе 78,7 кг/ч. Ширина барьерного гребня принималась равной 16 мм, зазор над барьерным гребнем составлял 1 мм. Перерабатываемый материал - полиэтилен высокой плотности. Анализ полученных данных позволил сделать вывод, что наличие дополнительного (барьерного) гребня увеличивает диссипативный разогрев расплавленного полимера, циркулирующего над ним, а также снижает величину пленки расплавленного полимера над твердой фазой, что позволяет интенсифицировать процесс плавления и повысить его однородность.

Бесплатно

Исследование влияния величины зазора над барьерным гребнем на процесс экструзии полимеров

Исследование влияния величины зазора над барьерным гребнем на процесс экструзии полимеров

Елтышев Андрей Сергеевич, Черняев Владислав Васильевич, Труфанова Наталия Михайловна

Статья научная

Представлена математическая модель и проведено численное исследование зависимости процесса экструзии полимеров от геометрических параметров барьерного шнека. Рассмотрены наиболее типовые конструкции барьерных шнеков, позволяющих интенсифицировать процессы плавления перерабатываемых материалов. Приведена постановка задачи, включающая в себя уравнение энергии и уравнения гидродинамики, граничные условия. Анализ полученных данных позволил сделать вывод, что при снижении величины радиального зазора увеличивается диссипативный разогрев расплавленного полимера циркулирующего над барьерным гребнем что, во-первых, приводит к падению вязкости расплава и, как следствие, к снижению давления на выходе, а во-вторых, может стать причиной появления или увеличения областей локальных перегревов. Другими словами, малый зазор над барьерным гребнем может привести к снижению давления на выходе и ухудшению качества готового изделия вследствие перегрева полимера. Вместе с тем, большая величина зазора может стать причиной того, что частицы твердого, нерасплавленного полимера попадут в канал расплава, что также может вызвать снижение качества готовых изделий из-за скачков давления и температуры на выходе.

Бесплатно

Исследование влияния параметров напряженного состояния фрагментов разломных зон на особенности их механического отклика при сдвиговом деформировании

Исследование влияния параметров напряженного состояния фрагментов разломных зон на особенности их механического отклика при сдвиговом деформировании

Астафуров С.В., Шилько Е.В., Псахье С.Г.

Статья научная

Работа посвящена теоретическому исследованию влияния ряда параметров напряженного состояния фрагментов залеченных разломных зон на особенности их механического отклика при сдвиговом деформировании в условиях неравноосного сжатия. Исследование проводилось на основе компьютерного моделирования методом подвижных клеточных автоматов. В качестве основного параметра напряженного состояния среды в работе использован безразмерный параметр - степень неравноосности сжатия, характеризующий отношение бокового и нормального напряжений в плоскости деформирования. Основной целью работы являлся анализ зависимостей сдвиговой прочности, величины предельной сдвиговой деформации и изменения объема фрагмента среды (дилатансии) от степени неравноосности сжатия на начальной стадии активизации фрагмента разломной зоны. Показано, что важным фактором, влияющим на условия, при которых происходит активизация залеченной разломной зоны, является степень неравноосности сжатия среды. При этом величина сдвиговых напряжений, действующих во фрагменте среды, а также соответствующие ей уровни предельной сдвиговой деформации и дилатансии, при которых возможна активизация разломной зоны, существенно зависят от динамики изменения и соотношения локальных значений некоторых инвариантов тензора напряжений. Среди них можно выделить такие характеристики напряженного состояния, как давление и интенсивность напряжений. Это связано с тем, что данные параметры определяют возможность функционирования в геологической среде одного из ключевых деформационных механизмов, который связан с формированием и эволюцией повреждений на границах раздела структурных элементов в блочной среде. В частности, снижение во фрагменте среды уровня давления при относительно низких уровнях интенсивности напряжений может приводить к увеличению его предельной сдвиговой деформации и дилатансии в момент начала активизации разломной зоны. В то же время значительное увеличение интенсивности напряжений при одновременном снижении давления может приводить к значительному снижению сдвиговой прочности геосреды.

Бесплатно

Исследование влияния параметров процесса 3D-наплавки проволочных материалов на формирование остаточных деформаций

Исследование влияния параметров процесса 3D-наплавки проволочных материалов на формирование остаточных деформаций

Сметанников О.Ю., Максимов П.В., Трушников Д.Н., Пермяков Г.Л., Беленький В.Я., Фарберов А.С.

Статья научная

Аддитивные технологии позволяют изготавливать изделия за счет послойного синтеза и таким образом получать изделия сложной формы. При решении комплексной задачи численного моделирования аддитивных технологических процессов необходимо с высокой точностью описывать различные термомеханические явления. Наиболее эффективным в связи с этим является применение сочетания возможностей специализированных программных комплексов и разработки уникальных алгоритмов для них, учитывающих максимально возможное число параметров процесса. В работе рассматривается разработанный и реализованный в пакете ANSYS Mechanical на языке APDL алгоритм расчета нестационарных температурных полей и напряженно-деформированного состояния конструкции в процессе ее создания 3D наплавкой проволочных материалов. Данная модель, в частности, учитывает нестационарный лучистый перенос тепловой энергии сварочной дуги на поверхность изделия. В обзоре выделены три наиболее часто используемых метода моделирования осаждения материала - так называемый рождающийся элемент (element birth), спящий элемент (quiet element) и гибридная активация (hybrid activation). Показано, что для обеспечения большей эффективности вычислений необходимо применять принцип, при котором следующие друг за другом шаги проплавки и даже слои группируются вместе для последующей одновременной активации. В представляемой модели задача разделена на краевую задачу нестационарной теплопроводности и краевую задачу термомеханики о напряженно-деформированном состоянии, которые являются несвязанными. Для их решения применяется технология «умерщвления» и последующего «возрождения» части материала, реализованная в пакете ANSYS. Проведена верификация разработанного численного алгоритма решения трехмерной задачи дуговой наплавки проволочных материалов сравнением с результатами натурных испытаний на образцах из алюминиевого сплава Д16. Для описания упругопластического поведения исследуемого сплава использована модель билинейной изотропной пластичности BISO с температурной зависимостью предела текучести. Показана хорошая согласованность расчетных данных с экспериментом. Исследовано влияние на уровень остаточного коробления параметров процесса: времени выдержки до следующего слоя; траектории движения слайсера; температуры окружающей среды. Показано, что последний параметр является наиболее эффективным способом снижения остаточных отклонений формы, но требует высокой термостойкости оборудования и точности регулирования энергии дуги.

Бесплатно

Исследование влияния предварительного состояния на механические свойства вязкоупругих тел

Исследование влияния предварительного состояния на механические свойства вязкоупругих тел

Богачев И.В., Ватульян А.О., Дударев В.В., Недин Р.Д.

Статья научная

Представлена новая общая постановка задачи об установившихся колебаниях неоднородного вязкоупругого тела с учетом предварительно напряженно-деформированного состояния (ПНДС). Для ее формулировки были использованы теория комплексных модулей и принцип соответствия, позволяющий записывать задачи об установившихся колебаниях вязкоупругих тел в таком же виде, что и соответствующие задачи теории упругости, заменяя упругие характеристики соответствующими комплексными функциями от частоты колебаний. Для описания вязкоупругого поведения использовалась трехпараметрическая модель стандартного вязкоупругого тела, в состав которой входят мгновенный и длительный модули, а также время релаксации. На основе представленной постановки рассмотрены модельные задачи о расчете колебаний для неоднородных вязкоупругих стержня и трубы с учетом наличия как предварительных напряжений, так и остаточных деформаций. В задаче для вязкоупругого стержня рассматривались продольные колебания, при этом свойства стержня, предварительные напряжения и остаточные деформации считались функциями продольной координаты. При рассмотрении задачи для вязкоупругой трубы рассматривалось плоское напряженно-деформированное состояние, колебания возбуждались радиальной нагрузкой, свойства цилиндра и ПНДС считались зависящими от радиальной координаты. Численное решение в обоих случаях было основано на методе пристрелки. Для обеих модельных задач на основе проведения вычислительных экспериментов представлены результаты сравнительного анализа влияния предварительных напряжений и остаточных деформаций на амплитудно-частотные характеристики (АЧХ). Также проанализировано влияние каждого из факторов на значения частот, в которых АЧХ имеют максимумы. Проведенное исследование показало, что и для стержня и для трубы остаточные деформаций оказывают существенно большее влияние на АЧХ, чем предварительные напряжения. Данный вывод соответствует результатам, полученным ранее для упругих объектов.

Бесплатно

Исследование влияния разницы в скоростях вращения валков одной клети на процесс прокатки

Исследование влияния разницы в скоростях вращения валков одной клети на процесс прокатки

Нестеренко Дмитрий Леонидович, Шевченко Денис Владимирович, Боровков Алексей Иванович

Статья научная

В ходе проведенных исследований была создана математическая и конечно-элементная модели системы валок-пластина, позволившие с достаточной точностью описать процессы, возникающие в ходе прокатки. Были получены графики зависимостей нормальных и касательных контактных напряжений от коэффициента трения. В ходе решения несимметричной задачи был получен график зависимости перемещений точек верхнего и нижнего краёв пластины. Были выделены и описаны характерные зоны, которые проходит металл в ходе прокатки. Было установлено, что даже небольшое различие в скоростях вращения валков одной клети, которое может быть вызвано рассогласованием приводного механизма, разницей в диаметрах валков и другими причинами, приводит к значительному отклонению пластины от горизонтальной оси на выходе из очага деформации. Полученные результаты в дальнейшем могут быть использованы для оптимизации процесса продольной прокатки в гладких цилиндрических валках.

Бесплатно

Исследование влияния условий проведения динамического эксперимента на величину диссипированной энергии в субмикрокристаллическом титане

Исследование влияния условий проведения динамического эксперимента на величину диссипированной энергии в субмикрокристаллическом титане

Чудинов Василий Васильевич, Плехов Олег Анатольевич

Статья научная

В работе экспериментально исследуются механические и термодинамические характеристики субмикрокристаллического титана при динамическом сжатии с использованием разрезного стержня Гопкинсона-Кольского. Кинетика температуры в процессе деформирования регистрировалась методом инфракрасного сканирования камерой CEDIP SC 5000 (спектральный диапазон 3-5 ®м, температурная чувствительность 0,025 К, частота съёмки 4 кГц). Ранее [1] исследование термодинамики процесса показало, что доля накопленной энергии в субмикрокристаллическом титане выше, чем в крупнозернистом, и остаётся примерно постоянной в широком диапазоне скоростей деформации. Данная работа посвящена исследованию влияния особенностей проведения динамического эксперимента (использование смазки на торцах стержней) на величину диссипированной энергии и особенности протекания процесса деформирования. В результате показано, что использование дополнительной смазки несущественно изменяет интегральные характеристики процесса деформирования материала, но влияет на особенности протекания процесса деформирования.

Бесплатно

Исследование воздействия ультрафиолетового излучения на структуру поверхности ТЗП корпусов РД из дивинилизопреновой резины

Исследование воздействия ультрафиолетового излучения на структуру поверхности ТЗП корпусов РД из дивинилизопреновой резины

Исрафилова Екатерина Юрьевна

Статья научная

В работе приведены результаты непосредственной визуализации изменений поверхности дивинилизопреновой резины 51-1667 при воздействии УФ-излучения в воздушной атмосфере, полученные с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ). Показано, что после облучения на поверхности образцов резины наблюдается множество трещин и углублений, глубина которых находится в пределах 200-700 нм.

Бесплатно

Исследование возможности оценки состояния стальных образцов с применением динамических спектрограмм акустических сигналов

Исследование возможности оценки состояния стальных образцов с применением динамических спектрограмм акустических сигналов

Губин В.В., Аникеев Н.А., Дьяченко Д.И.

Статья научная

Изучены возможности оценки изменений свойств подшипниковой стали в процессе термообработки с применением визуализации с помощью динамических спектрограмм (сонограмм), которые отображают изменения спектральных характеристик акустических сигналов по временной координате. В качестве образцов были взяты кольца упорных подшипников из стали марки ШХ15, новые и бывшие в эксплуатации. Проведено исследование изменения спектральных характеристик стальных образцов по акустическому отклику на точечное ударное воздействие в зависимости от изменений прочностных свойств и микроструктуры, генерируемых в образцах посредством отпуска с выдержкой при температурах в диапазоне от 360 до 560 °С. Анализ и сравнение сигналов акустического отклика выполнялись с применением программного спектроанализатора. Показана информативность применяемой методики для определения изменений состояния стальных образцов после термообработки. Анализ динамических спектрограмм путем визуального сопоставления участков сонограмм при различных значениях размера окна Хеннинга позволил выявить наиболее индикативные спектральные признаки - сдвиг частот резонансных гармоник и изменение декремента затухания. Обнаружена четкая зависимость сдвига частот и изменения декремента затухания основных резонансных гармоник от температуры отпуска закаленных образцов из стали марки ШХ15. При повторной закалке отпущенных образцов наблюдаются обратные изменения частот резонансных гармоник и декремента затухания. Изменения указанных индикативных спектральных характеристик соответствуют изменениям твердости и микроструктуры стали. Данная методика может быть использована при разработке экспресс-методов неразрушающего контроля для оценки изменений состояния стальных конструктивных элементов и контроля качества термообработки.

Бесплатно

Исследование деформирования чувствительного элемента микроакселерометра с учетом влияния электростатических и температурных воздействий

Исследование деформирования чувствительного элемента микроакселерометра с учетом влияния электростатических и температурных воздействий

Максимов Петр Викторович, Банников Руслан Юрьевич

Статья научная

Проводится исследование влияния сил электростатического взаимодействия на чувствительный элемент микромеханического акселерометра при различных температурах окружающей среды. Приведены зависимости между измеряемым ускорением, отклонением чувствительного элемента и величиной емкости между обкладками конденсатора. Показано влияние сил кулоновского взаимодействия, возникающих между чувствительным элементом датчика и подложкой, на выходные параметры микроакселерометра и на точность измерений. Решена связанная электромеханическая задача с учетом влияния внешнего температурного поля. Показана возможность появления «шумового» сигнала при нулевых внешних нагрузках, обусловленного влиянием дополнительной силы между подвижными обкладками конденсатора переменной емкости и влиянием температурного поля.

Бесплатно

Исследование динамики трехмерных поровязкоупругих призматических тел и полупространства методом граничных элементов

Исследование динамики трехмерных поровязкоупругих призматических тел и полупространства методом граничных элементов

Ипатов А.А., Белов А.А., Литвинчук С.Ю.

Статья научная

Рассматривается динамическое поведение пороупругих и поровязкоупругих тел. Поровязкоупругая постановка опирается на полную модель насыщенной пороупругой среды Био. Теория Био является расширением классической теории упругости на случай двухфазной среды, состоящей из упругого скелета с порами и наполнителя. Для описания вязкоупругих свойств упругого скелета используются классические модели вязкоупругости, такие как Кельвина-Фойгта, стандартного вязкоупругого тела и модель со слабосингулярным ядром типа Абеля. Использованы система дифференциальных уравнений для полной модели Био в преобразованиях Лапласа и принцип соответствия упругой и вязкоупругой реакции. Решение исходной задачи получается в пространстве Лапласа, с последующим применением алгоритма численного обращения интегрального преобразования. Для получения решения в изображениях по Лапласу записывается система граничных интегральных уравнений (ГИУ) прямого подхода. Рассматриваются регуляризованные ГИУ и вводится согласованная гранично-элементная дискретизация для получения дискретных аналогов. Применяется иерархический алгоритм интегрирования совместно с квадратурами Гаусса для поэлементного интегрирования по круговой частоте. Численное обращение преобразования Лапласа реализовано на основе модифицированного алгоритма Дурбина с переменным шагом интегрирования. Верификация описанной численной схемы проводится путем сравнения с аналитическим решением. Рассматриваются однородные поровязкоупругие призматические тела и полупространства. Представлены результаты численных экспериментов. Получены решения задачи о действии осевой силы на торец призматического тела и действии вертикальной силы на поверхность полупространства. Исследуется влияние параметра вязкости материала на динамические отклики перемещений и порового давления. Проводится моделирование поверхностных волн при различной вязкости материала.

Бесплатно

Исследование закономерностей локализации пластической деформации при высокоскоростном пробивании образцов из сплава A6061

Исследование закономерностей локализации пластической деформации при высокоскоростном пробивании образцов из сплава A6061

Ляпунова Елена Аркадьевна, Соковиков Михаил Альбертович, Чудинов Василий Валерьевич, Уваров Сергей Владимирович, Наймарк Олег Борисович

Статья научная

Работа направлена на выявление закономерностей локализации пластической деформации при динамическом нагружении образцов из сплава А6061. Схема нагружения соответствует механизму образования и выноса пробки. Скорости соударения стального ударника с образцом-мишенью варьировались от 101 до 260 м/с. При малых скоростях соударения, недостаточных для полного выноса пробки из образца, механизмом разрушения является образование и слияние микропор под действием сдвиговых напряжений. С возрастанием скорости соударения разрушение происходит по узким полосам локализованной деформации. Микроскопический анализ внутренней структуры деформированного материала вблизи поверхности разрушения позволил оценить величины локальных сдвиговых деформаций в зависимости от расстояния до места локализации деформации в различных по глубине образца областях. Обнаружено, что по мере удаления от контактной поверхности распределение деформаций становится все более неоднородным, а также все большее количество прилегающей структуры оказывается задействованной в процессе деформирования. Теоретические расчеты процессов высокоскоростной пластической деформации, основанные на структурно-кинетической модели [1], совпадают с полученными экспериментальными данными.

Бесплатно

Исследование закономерностей накопления повреждений и развития расслоения в полимерных композиционных материалах на основе двухуровневых моделей разрушения

Исследование закономерностей накопления повреждений и развития расслоения в полимерных композиционных материалах на основе двухуровневых моделей разрушения

Долгих Д.А., Ташкинов М.А.

Статья научная

Работа посвящена изучению процессов деформирования и разрушения, возникающих в слоистых композитах при комбинированных режимах нагружения. Целью исследования является численный анализ различных мод разрушения, реализуемых одновременно в образцах слоистого композиционного материала. Построены модели слоистого композиционного материала с имитацией технологических дефектов в виде расслоения материала. Процесс расслоения реализован с применением метода виртуального закрытия трещин. Процессы накопления повреждений и разрушения слоистых композитов заданы на основе моделей редуцирования жесткостных свойств с использованием критериев Хашина и модели Матценмиллера. В моделях заложены законы, соответствующие хрупкому и пластическому разрушению. Проведено сравнение нескольких моделей разрушения и деградации упругих свойств. Чтобы разрешить сложности, касающиеся точного описания внутренней структуры композита, был применен многомасштабный подход. Суть подхода заключается в том, что анализ слоистого композита может быть выполнен на трех различных масштабах: макроуровне, мезоуровне, микроуровне. На макроуровне используется эквивалентный материал, эффективные свойства которого определяются с помощью методов гомогенизации, в частности методом среднего поля. Реализовано многомасштабное кончено-элементное моделирование, в ходе которого макроскопические параметры образца материала на каждом шаге зависят от характеристик и свойств компонентов на микроуровне. Исследовано поведение двух образцов слоистого полимерного композиционного материала с различной конфигурацией заложенных дефектов под воздействием нагрузки двух видов: одноосное сжатие и кручение, а также только одноосное сжатие. Установлено влияние внутренних дефектов на процессы накопления повреждений и процессы расслоения материала.

Бесплатно

Исследование закономерностей упругопластического деформирования стали 15Х2ГМФ при сложном напряженном состоянии

Исследование закономерностей упругопластического деформирования стали 15Х2ГМФ при сложном напряженном состоянии

Вассерман Николай Натанович, Вильдеман Валерий Эрвинович, Крюков Алексей Андреевич, Третьяков Михаил Павлович

Статья научная

Рассматриваются закономерности поведения сплава 15Х2ГМФ при совместном деформировании растяжением и кручением тонкостенных трубчатых образцов, исследованные с использованием современного высокоточного оборудования Центра экспериментальной механики Пермского государственного технического университета.

Бесплатно

Исследование и моделирование вязкоупругого поведения эластомерных нанокомпозитов

Исследование и моделирование вязкоупругого поведения эластомерных нанокомпозитов

Кислицын В.Д., Мохирева К.А., Шадрин В.В., Свистков А.Л.

Статья научная

Представлены результаты исследования механических свойств полимерных композитов в зависимости от типа частиц наполнителя (зернистые - технический углерод, наноалмазы; слоистые - графен; волокнистые - одностенные нанотрубки). Данные нанонаполнители сильно отличаются друг от друга своим строением и геометрией. И даже при малой доли введения частиц в эластомер выявлено существенное различие в характере поведения нанокомпозитов. Видно, что наибольший усиливающий эффект получается при использовании в качестве наполнителя одностенных нанотрубок и детонационных наноалмазов. На основе сложных экспериментов по одноосному циклическому нагружению образцов изучались вязкоупругие свойства и эффект размягчения Маллинза [1-4] для полученных материалов. В заданных экспериментах пошагово менялась амплитуда деформаций и на каждом шаге задавались остановки по времени для завершения процессов перестройки структуры. В результате яркий эффект размягчения после первого цикла деформирования и значительные гистерезисные потери проявились у материала, наполненного одностенными нанотрубками. Для остальных нанокомпозитов эти характеристики незначительны при двукратном удлинении. В соответствии с полученными результатами предложен новый вариант математической модели для описания свойств вязкоупругих полимерных материалов. Для каждого материала вычислены константы определяющих соотношений, проведено сравнение теоретических и экспериментальных кривых нагружения. Получено, что введенная модель способна описывать поведение эластомерных нанокомпозитов с высокой точностью, и при этом она относительно проста в использовании, пригодна для широкого диапазона скоростей деформирования и кратностей удлинения материала, при этом нет необходимости помнить всю историю деформирования, как это требуется для интегральных моделей вязкоупругости.

Бесплатно

Исследование карт деформационных структур при растяжении металлов

Исследование карт деформационных структур при растяжении металлов

Баранникова С.А., Исхакова П.В.

Статья научная

Рассматриваются закономерности макроскопической неоднородности пластического течения при одноосном растяжении плоских образцов Fe-Cr-Ni толщиной 2 мм. Их ось растяжения была ориентирована вдоль направления прокатки. Средний размер зерна составлял 12,5 ± 3 мкм. Кривые пластического течения сплава имели продолжительные стадии линейного деформационного упрочнения во всем исследованном температурном интервале испытаний 180 K

Бесплатно

Исследование конвективного теплообмена в кабельном канале, проложенном в земле

Исследование конвективного теплообмена в кабельном канале, проложенном в земле

Навалихина Екатерина Юрьевна, Труфанова Наталия Михайловна

Статья научная

Построена математическая модель процессов конвективного теплообмена в кабельном канале, проложенном в земле без учета и с учетом теплового излучения. Приведена зависимость температуры на поверхности кабеля от разбиения на конечные элементы. Получены траектории движения частиц в кабельном канале, поля температур. Представлены зависимости температуры на поверхности кабельного канала от теплопроводности различных конструктивных элементов в кабельном канале.

Бесплатно

Исследование концентрации напряжений в тонкостенных конструкциях cо сверхнормативными дефектами формы и материала и создание технологии оценки условий их эксплуатации

Исследование концентрации напряжений в тонкостенных конструкциях cо сверхнормативными дефектами формы и материала и создание технологии оценки условий их эксплуатации

Головачев Антон Александрович, Сметанников Олег Юрьевич

Статья научная

В работе приведены результаты расчета двух конечно-элементных моделей фрагмента стенки нефтеналивного резервуара с дефектом в виде вмятины: первая - для выборки реальных вмятин в геометрически и физически нелинейной постановке на прямоугольной сетке, вторая - идеализированные вмятины в линейной постановке на радиально-окружной сетке. По результатам сравнения определен оптимальный параметр аппроксимации для описания формы идеализированной вмятины. Приведены результаты расчета двух видов дефектов трубопровода: первый - коррозионного происхождения (каверна), второй - механического происхождения (вмятина). С использованием языков программирования VBA и APDL автоматизирован процесс расчета дефектов, находящихся на заданном участке трубопровода.

Бесплатно

Журнал