Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics
Статьи журнала - Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика
Все статьи: 1111
Статья научная
Представлены результаты циклических и статических механических испытаний на растяжение и кручение образцов, выращенных в разных направлениях методом селективного лазерного сплавления из алюминиевого порошка АСП35. Представлены результаты макро- и микроструктурных исследований полученного аддитивного алюминиевого сплава AlSi10Mg. Показано, что в массиве наплавленного алюминиевого сплава присутствуют поры различных размеров и несплавленные частицы алюминиевого порошка. Образцы для испытаний на кручение и растяжение были изготовлены из выращенных цилиндрических заготовок методом механической обработки. Для циклических испытаний на растяжение была выбрана корсетная форма рабочей части образца вследствие высокой чувствительности полученного сплава AlSi10Mg к концентрации напряжений. Испытания на усталость при кручении проводились на образцах с цилиндрической рабочей частью. Проведены серии циклических испытаний при растяжении и кручении в области многоцикловой усталости в режиме мягкого нагружения при симметричном цикле напряжений. Построены кривые усталости при растяжении и кручении для разных ориентаций выращенных образцов. Проведено сопоставление значений коэффициентов анизотропии механических свойств при усталостном растяжении и кручении и коэффициентов анизотропии при статических испытаниях на растяжение и кручение. Обнаружено, что при циклическом кручении коэффициент анизотропии свойств имеет наибольшее значение, чем при статических испытаниях и циклических испытаниях при растяжении. По результатам циклических испытаний на растяжение определен предел выносливости рассматриваемого алюминиевого сплава для всех направлений выращивания образцов. Осуществлен анализ поверхностей излома образцов после циклических испытаний на растяжение. Показано, что на циклическую долговечность наибольшее влияние оказывают дефекты в виде пор и нерасплавленных частиц алюминиевого порошка.
Бесплатно
Модальный анализ трубы, поврежденной водородом, как неоднородной по толщине оболочки
Статья научная
Водородная коррозия труб магистральных газо- и нефтепроводов часто приводит к авариям. Возникает необходимость оценки ресурса ослабленных водородом труб. В них под давлением водородосодержащей среды образуется внутренний слой с ухудшенными механическими характеристиками. В работе проведен расчет свободных колебаний такой трубы с учетом деградации ее материала. Труба моделируется двуслойной цилиндрической оболочкой по классической теории, влияние ослабленного водородом слоя учитывается при расчете жесткостей и смещения нейтральной линии оболочки. Рассмотрено три варианта усреднения параметров, определяющих жесткость оболочки, проведены численные эксперименты и найдены собственные частоты оболочки. Сравнение с вычислениями по методу конечных элементов в программе ANSYS позволило оценить степень применимости каждого варианта усреднения. Метод усреднения модуля Юнга по толщине оболочки не «чувствует» асимметрии слоев относительно нейтральной линии. Метод добавления поправки на радиус нейтральной линии оболочки приемлемо работает для осесимметричных мод и балочной моды. Следующее по точности приближение - усреднение жесткостей оболочки по ее толщине с учетом приведенного радиуса. Этот метод позволяет получать приемлемые результаты в достаточно широком диапазоне частот и для мод, связанных с деформированием сечения оболочки. Предложен метод принципиального восстановления параметров, характеризующих жесткость оболочки, по трем экспериментально полученным фиксированным частотам. На основе этих исследований предложены формулы, позволяющие по частотным характеристикам трубы восстановить параметры ослабления ее материала в результате водородной коррозии как по толщине, так и по времени.
Бесплатно
Модели влияния водорода на механические свойства металлов и сплавов
Статья научная
В статье представлен обзор основных моделей механики, которые используются для описания эффектов водородной хрупкости, водородного растрескивания и индуцированного водородом разрушения. Основное внимание уделено моделям, которые применяются для расчета напряженнодеформированного состояния металлических образцов, деталей и узлов машин и имеют потенциал для конкретных инженерных приложений. С механической точки зрения влияние водорода на свойства материалов представляет собой классическую задачу о влиянии малого параметра, так как критические для прочности и пластичности металлов концентрации водорода, как правило, невелики. Подавляющая часть моделей сводит это влияние к перераспределению водорода внутри объема металла и локализации его концентраций в критических зонах разрушения. Авторами выделено четыре основных подхода, которые позволяют учесть влияние малого параметра: усиленная водородом декогезия (HEDE), усиленная водородом локализованная пластичность(HELP), учет дополнительного внутреннего давления, которое создает растворенный в металлах водород, и би-континуальный подход, который учитывает внутреннее давление водорода и ослабление материала в рамках единой модели сплошной среды. Установлены связи между основными подходами. Проведена систематизация публикаций, выделены сходства и различия в описании внутреннего переноса и накопления водорода в металлах. Указано, что самое большое количество публикаций посвящено HEDE-модели, вместе с тем нет опубликованных данных о применении этой модели к реальным задачам инженерной практики, рассматривались только задачи о моделировании результатов механических испытаний цилиндрических и призматиче- ских образцов, с этой точки зрения другие, менее популярные подходы имеют больше практических применений. Основным нерешенным вопросом при верификации всех моделей остается локальная концентрация водорода, которая является источником преждевременного разрушения металлов под нагрузкой. Все методы измерения локальных концентраций являются косвенными. Даже в случае применения тонких физических методов требуется механическая подготовка поверхности, во время которой сохранить естественную, исходную концентрацию водорода невозможно. Отсутствие достоверных данных о распределении концентрации водорода не дает возможности однозначно определить все параметры моделей, что, с одной стороны, позволяет осуществить подгонку к любым экспериментальным данным, с другой - снижает прогностическую инженерную ценность всех моделей, так как при инженерном расчете на прочность недостаточно только качественного соответствия.
Бесплатно
Модели и численное решение некоторых динамических контактных задач наномеханики
Статья научная
Исследуются некоторые задачи нанотрибологии, представляющие собой важный класс задач наномеханики. Объектом исследования в трибологических задачах является процесс контактного взаимодействия двух наносистем при задании их относительного движения. В настоящей работе рассматриваются одномерные динамические задачи нанотрибологии; найдено решение задачи об определении усилий контактного взаимодействия двух наноструктур, состоящих из дискретных частиц (атомов), заполняющих области в форме куба
Бесплатно
Модели молекулярной динамики: обзор EAM-потенциалов. Часть 1: потенциалы для однокомпонентных систем
Статья научная
Статья является первой частью обзора современных подходов к построению потенциалов межатомного взаимодействия на базе метода погруженного атома ( embedded atom method, EAM ) для различных однокомпонентных материалов. Приведены основные положения и соотношения метода молекулярной (атомарной) динамики, отмечены недостатки подхода к моделированию атомных систем с использованием классических парных потенциалов взаимодействия. Приведены основные положения и соотношения метода погруженного атома, а также различные модификации метода. Рассмотрен алгоритм использования EAM-потенциалов в расчетах молекулярно-динамических систем, а также способы повышения эффективности вычислительных алгоритмов, в том числе, связанные с введением радиуса обрезания и обоснованием его выбора для тех или иных материалов. В рамках обзора особое внимание уделено способам построения и видам функции погружения для различных материалов, а также физико-механическим свойствам материалов, которые хорошо описываются тем или иным видом потенциала. Приведен краткий обзор способов получения параметров потенциалов: из квантово-механических расчетов (часто в иностранной литературе называемых «из первых принципов», « ab initio ») либо с использованием экспериментально определяемых свойств (дифракционными, рентгеновскими методами или при помощи электронной микроскопии), а также перечень физико-механических свойств, которые возможно определять для материала с использованием методов молекулярной динамики с применением современных EAM-потенциалов. Сделана попытка подробно рассмотреть работы, в которых предложены потенциалы, в настоящий момент наиболее точно описывающие свойства таких сложных (для прямого моделирования) материалов, как бериллий, железо, вольфрам, ниобий, титан, уран, и некоторые другие. Актуальность исследований структуры и свойств именно этих материалов обусловлена во многом перспективностью их применения в деталях и конструкциях для атомной энергетики, аэрокосмической промышленности, в биомедицине. Отдельно рассмотрены работы, посвященные построению EAM-потенциалов, позволяющих описывать структуру и свойства ряда металлов (лития, никеля, меди, алюминия и других) как в состоянии расплава, так и после кристаллизации.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлена вторая часть обзора современных подходов и работ, посвященных построению потенциалов межатомного взаимодействия с использованием методологии погруженного атома (EAM-потенциалы). Эта часть обзора посвящена одной из наиболее остро стоящих проблем в молекулярной динамике - вопросам построения потенциалов, которые были бы пригодны для описания структуры и физико-механических свойств многокомпонентных (в первую очередь - бинарных и тернарных) материалов. Отмечены первые работы, в которых предлагались подходы к построению функций перекрестного взаимодействия для сплавов никеля и меди - как с использованием методологии EAM, так и несколько отличающийся по процедуре построения потенциал типа Финисса-Синклера. Рассматриваются работы, в которых производится сопоставление различных подходов к построению потенциалов, а также к процедуре идентификации их параметров на примере одних и тех же многокомпонентных систем (типа Al-Ni или Cu-Au). Кроме того, особый интерес представляют некоторые тернарные системы, например Fe-Ni-Cr, W-H-He или U-Mo-Xe, которые являются ключевыми для материалов атомной энергетики и которые в последние годы активно изучаются как возможные материалы для использования в термоядерных ректорах. Приведены примеры работ, в которых предлагаются и исследуются потенциалы для описания многокомпонентных систем, пригодных для использования в аэрокосмической промышленности и изготовленных прежде всего на основе никеля. Рассмотрены результаты исследований различных интерметаллических соединений, отмечены работы, в которых при помощи построенного EAM потенциала удалось количественно точно описать фазовые диаграммы соединений и вычислить характеристики фазовых переходов.
Бесплатно
Модели неупругого деформирования перекрестно армированных слоистых композитов
Статья научная
Рассматривается неэластичная стохастическая краевая задача для ламинарного композита со стохастическим ламинарным расположением для расчета составного нелинейного поведения. Нелинейные конститутивные функции для составных слоев связаны с решением некоторой обратной краевой задачи для поперечных ламинарных пластиков. Рассчитанные результаты сравниваются с экспериментальной датой.
Бесплатно
Статья научная
Точное решение динамических задач в нелинейной постановке сопряжено с известными математическими трудностями. В исследовательских работах, посвященных решению задач на динамический прогиб и устойчивость стержней при ударном взаимодействии, рассматривались идеальные стержни с прямолинейной осью и при отсутствии каких-либо внешних воздействий. Учет дополнительных внешних факторов, оказывающих влияние на состояние ударной системы, ведет к дальнейшему усложнению решения поставленной задачи. В настоящей работе с применением метода начальных параметров и волновой модели продольного удара делается попытка разработать методику расчета динамического прогиба однородного стержня, совершающего поперечные колебания при продольном ударе о жесткую преграду, с учетом поперечной нагрузки. В зависимости от предударного состояния стержня задаются соответствующие начальные параметры - начальные прогиб, угол поворота, изгибающий момент и поперечная сила. Использование волновой модели продольного удара и метода характеристик учитывает кратковременность действия ударной сжимающей нагрузки, после прекращения действия которой стержень представляется колебательной системой, имеющей начальную скорость и отклонение от положения равновесия. В таком состоянии стержень совершает поперечные затухающие колебания. В представленной работе излагается методика расчета амплитуды поперечных колебаний стержня постоянной продольной жесткости, испытывающего удар об абсолютно жесткую преграду. Особый интерес представляет применение данной методики в расчетах системы однородных и ступенчатых стержней, совершающих поперечные колебания при продольном ударе. Такие системы стержней часто встречаются в современных ударных механизмах и являются элементами строительных конструкций: стержневые элементы ферм, рам, стоек, колонн, свай и проч.
Бесплатно
Моделирование аэрогидроупругости несущих поверхностей в авиатике мягких летательных аппаратов
Статья научная
Описывается алгоритм метода крупных частиц для решения задачи о напряженно-деформированном состоянии купола парашюта. Купол рассматривается как мягкая оболочка (мембрана). Приводятся результаты тестовых расчетов. Отмечается реальная анизотропность ткани купола при полетной нагрузке.
Бесплатно
Статья научная
Аддитивные технологии позволяют изготавливать изделия за счет послойного синтеза и таким образом получать изделия сложной формы. Задача численного моделирования физического процесса изготовления деталей с помощью аддитивных технологий является комплексной и должна учитывать различные термомеханические процессы, что неразрывно связано с широким использованием конечно-элементного компьютерного моделирования средствами специализированных программных комплексов, реализующих математические модели процессов. В работе рассматривается разработанный и реализованный в пакете ANSYS алгоритм расчета нестационарных температурных полей и напряженно-деформированного состояния конструкции в процессе ее создания 3D-наплавкой проволочных материалов. Проводится верификация разработанного численного алгоритма решения трехмерной задачи производства металлических изделий с использованием дуговой наплавки проволочных материалов с результатами эксперимента. 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 (данная технология реализуется в пакете ANSYS). Непрерывное наращивание материала производится дискретно, на каждом шаге расчета, соответствующем «возрождению» очередной подобласти из «мертвых» элементов, решается краевая задача теплопроводности и термомеханики, причем результат решения предыдущего шага служит начальными условием для последующего. Для описания вязкоупругопластического поведения исследуемого сплава использована модель «Ананд». Идентификация модели «Ананд» для исследуемого материала проводилась по данным эксперимента на растяжение с заданной скоростью при различных температурах. Данные, полученные из расчетов по разработанной численной модели, хорошо согласуются с экспериментом.
Бесплатно
Моделирование взаимодействия виброплиты с поверхностью грунта
Статья научная
В работе представлена трёхмассная реологическая модель системы «грунт - основание виброплиты - рама виброплиты». Реологическая модель позволяет воспроизводить различные режимы взаимодействия основания виброплиты с грунтом: без отрыва от грунта и с различными видами отрыва от грунта. Верификация модели осуществлялась сравнением экспериментальных значений размаха вертикальных колебаний основания и рамы виброплиты Zitrek CNP 20 с рассчитанными значениями. В диапазоне изменения значений динамического модуля деформации грунта 13…30 МПа, расчетные значения размаха вертикальных колебаний основания и рамы виброплиты Zitrek CNP 20 в целом удовлетворительно коррелируют с экспериментальными данными. По реологической модели был проведен вычислительный эксперимент. В качестве независимых параметров вычислительного эксперимента были использованы: масса виброплиты (50; 150; 250; 350; 450; 550; 650; 750 кг), коэффициент упругого сопротивления грунта (30; 60; 90; 120 МН/м) и коэффициент вязкого сопротивления грунта (100; 200; 300 кН·с/м). Общее количество сочетаний параметров равнялось 96. На основании обработки результатов вычислительного эксперимента получены регрессионные зависимости для расчета максимального значения силы реакции грунта, времени нагружения грунта (увеличения значений силы реакции грунта) t1 и времени разгрузки грунта (уменьшения значений силы реакции грунта) t2 . Результаты моделирования показывают, что в пределах одного цикла воздействия время нагружения грунта t1 меньше времени разгрузки грунта t2 . На соотношение t1 / t2 оказывает влияние масса виброплиты, а также значения коэффициентов упругого и вязкого сопротивления грунта. Данная особенность ( t1 / t2 function show_abstract() { $('#abstract1').hide(); $('#abstract2').show(); $('#abstract_expand').hide(); }
Бесплатно
Моделирование взаимодействия фуллерита C60 с подложкой твердого тела
Статья научная
Широкое применение углерода в различных отраслях машино- и приборостроения обусловило большое количество исследований, связанных с его наноразмерными аллотропными формами - графеном, нанотрубками, фуллереном и фуллеритом. В данной статье исследовался процесс взаимодействия фуллерита C60 с подложкой твердого тела с целью установления условий, при которых сам фуллерит или образующие его фуллерены осаждаются на поверхности подложки. Практическим следствием проводимых изысканий может стать создание новых износостойких покрытий. Исследование процесса взаимодействия фуллерита C60 с подложкой твердого тела проводилось при различных параметрах системы. В исследовании варьировались: температура системы - 300, 700, 1150 K; скорость движения фуллерита - 0,005, 0,01, 0,02 Å/фс; ориентация фуллерита относительно подложки. Вектор скорости фуллерита C60 направлялся по нормали к верхней поверхности подложки. Ориентация фуллерита определяла, какой частью он будет взаимодействовать с подложкой - гранью, ребром или вершиной. В качестве подложки моделировался кристалл железа Fe(100). Для проведения компьютерного моделирования применялся программный комплекс LAMMPS, использующий методы молекулярной динамики. Результатами проведенных исследований являются выявленные закономерности поведения фуллерита C60 в целом и фуллеренов, входящих в его состав, в частности при контакте с подложкой. Так, например, установлено, что с увеличением скорости фуллерита C60 количество фуллеренов, осаждающихся на подложке, уменьшается. Кроме того, ориентация фуллерита C60 относительно подложки оказывает значительное влияние как на процесс их взаимодействия, так и на поведение осевших фуллеренов.
Бесплатно
Статья научная
Применение вибрационных воздействий для целенаправленного влияния на такие процессы, как формирование капли, формирование ванны расплава и кристаллизация наплавляемого валика, позволяет управлять тепломассопереносом в жидкости, процессом кристаллизации и формой валика в технологических процессах наплавки. Рассматривается влияние вибрационных воздействий на характер движения жидкости в капле, которое отражается в изменении значения коэффициента поверхностного натяжения. Предложена математическая модель течения жидкости с учетом силы поверхностного натяжения в формализме метода гидродинамики сглаженных частиц. Этот метод позволяет напрямую учитывать влияние вибрационных воздействий через введение дополнительных граничных условий. Верификация разработанной математической модели проведена в сравнении с натурными экспериментами, в которых определялась зависимость величины коэффициента поверхностного натяжения от амплитуды скорости вибрационных воздействий. Для определения коэффициента поверхностного натяжения реализовано два метода: метод висячей капли и сталагмометрический метод. Реализованная модель удовлетворительно описывает эффект снижения коэффициента поверхностного натяжения для воды. Проведена серия численных экспериментов по определению влияния вибрационных воздействий на значение коэффициента поверхностного натяжения для стали марки 12Х18Н10Т. Выявлено, что при вибрациях с амплитудой скорости, равной 2,0 м/с, наблюдается снижение значения коэффициента поверхностного натяжения на 30 %. Снижение коэффициента поверхностного натяжения должно облегчить реализацию непрерывного стекания металла с проволоки, что может положительно сказаться на формировании металла при проволочной наплавке. Таким образом предложенная математическая модель позволяет явно моделировать эффект влияния вибрационных воздействий на значение коэффициента поверхностного натяжения и позволит в дальнейшем исследовать влияние вибрационных воздействий при аддитивном производстве.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты теоретического исследования напряжений в двигательных единицах в зависимости от отклонения размеров.
Бесплатно
Моделирование влияния механических напряжений на кинетику роста кислородных преципитатов в кремнии
Статья научная
В данной работе развита модель, описывающая кинетику образования преципитатов кислорода в кремниевых пластинах с учетом внутренних механических напряжений, возникающих в системе преципитат - кремниевая матрица. Рассмотрен случай преципитата сферической формы и записаны механические напряжения, вызываемые в кремниевой матрице разностью удельных объемов Si и SiO2. В рамках модели преципитации введены конкретные механизмы влияния механических напряжений на энергии активации процессов диффузии и захвата кислорода. Приведен анализ изменения количественного критерия, определяющего, какой из процессов (диффузия кислорода или его захват) лимитирует скорость преципитации. Выполнены оценки относительного изменения критического размера преципитата под действием механических напряжений, возникающих на его границе, при температуре Т = 700 °С
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена изучению электропластического эффекта с точки зрения гипотезы о залечивании дефектов в материале под воздействием высокоэнергетического импульсного электромагнитного поля. Рассматриваются процессы, протекающие в материале при обработке металлических образцов кратковременными импульсами электрического тока большой плотности. Изучаются изменения электрического, температурного полей, напряженно-деформированного состояния и фазовые трансформации в окрестности микродефектов с линейными размерами порядка 10 мкм. Такие дефекты всегда имеются между зернами в поликристаллическом металле после отливки или возникают в нем в процессе его деформирования при технологической обработке. Предлагается связанная квазистационарная модель кратковременного воздействия интенсивным электромагнитным полем на предварительно поврежденный упругопластический материал с упорядоченной системой дефектов. Модель учитывает плавление и испарение металла, а также зависимость всех его физико-механических свойств от температуры. Решение получающейся системы уравнений ищется численно методом конечных элементов на подвижных сетках с использованием смешанного эйлеро-лагранжева метода. Краевая задача решается для представительного элемента материала с микродефектом в случае плоской деформации. Рассматриваются микродефекты в форме плоских трещин с закругленными кончиками. Наличие микротрещин приводит к неоднородности всех изучаемых физических полей в материале. Моделирование показало, что в окрестности микродефектов возникают высокие значения плотности тока с большими градиентами поля. Это вызывает быстрый локальный нагрев в окрестности кончика микротрещины, сопровождаемый тепловым расширением, а впоследствии и плавлением материала. Неоднородный нагрев приводит к большим сжимающим напряжениям и интенсивному пластическому течению материала в окрестности микротрещины. Возникающее при этом поле напряжений вызывает не только смыкание берегов микротрещины, но и уменьшение ее длины и выброс металла в трещину. Выброс металла происходит посредством формирования струи расплавленного материала, направленной внутрь трещины. Эти процессы могут сопровождаться не только плавлением в окрестности кончика, но и испарением металла в трещину для микротрещин, расположенных вблизи внешних границ образца.
Бесплатно
Статья научная
Построена и исследована математическая модель распространения и неустойчивости волн на поверхности цилиндрического столба магнитной жидкости бесконечной длины, окружающей коаксиально расположенное, бесконечно длинное ядро (из пористого материала) круглого сечения. Найдены условия, при которых возмущения поверхности жидкого столба становятся неустойчивыми и приводят к его распаду на цепочку из соединенных капель. Учитывается наличие поверхностного натяжения. Сила тяжести предполагается отсутствующей. Ось пористого цилиндра совпадает с осью коаксиально расположенного соленоида, создающего однородное магнитное поле. Задача решается в цилиндрической системе координат ( r, θ, z ), в которой жидкий столб покоится. Ось z направлена по оси соленоида. Записаны уравнения движения магнитной жидкости внутри и вне пористой среды, а также уравнения для магнитного поля в пористой среде, жидкости и воздушном зазоре. Сформулированы граничные условия для гидродинамических и магнитных величин на поверхностях раздела сред. Возмущенное (в связи с распространением волны) магнитное поле ищется внутри и вне пористой среды, а также в воздушном зазоре соленоида. Найдено полное решение краевой задачи для гидродинамических и магнитных величин. Проведен численный анализ полученного дисперсионного уравнения, описывающего распространение поверхностных волн. Рассмотрены различные частные случаи. Найдены условия, при которых возмущения поверхности жидкого столба устойчивы (затухающие волны) либо неустойчивы (что приводит к нарастанию возмущений и распаду цилиндра на цепочку капель). Показано, что размер образующихся при распаде капель увеличивается с ростом магнитного поля, т.е. магнитное поле оказывает стабилизирующее влияние на распад жидкого столба.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается композит на основе карбида кремния, армированный углеродными нанотрубками. Эффективные термоупругие характеристики композита рассчитываются в предположении, что нанотрубки концентрируются на границах зерен. Для расчёта привлекаются прикладные варианты градиентной теории упругости и теплопроводности. Приводится пример расчёта элемента конструкции, указывающий на возможную перспективность использования подобных керамических материалов.
Бесплатно
Статья научная
Исследуется механическое поведение и разрушение пористых материалов с алюминиевой матрицей. Целью работы является создание численных моделей разрушения таких материалов и выявление зависимостей характера процессов разрушения от особенностей структурной морфологии. Компьютерные модели представительных объемов данных материалов представляют собой случайные неоднородные структуры с ячейками закрытого и открытого типов. Для создания трехмерных геометрических моделей структур закрытого типа использовались методы последовательного синтеза сфер, с возможностью их взаимного пересечения. Для создания моделей взаимопроникающих структур открытого типа используются методы, основанные на аналитическом определении поверхностей, разделяющих две фазы. В данной работе были изучены и реализованы три подхода к численному моделированию разрушения представительных объемов пористых материалов. Первый подход - это реализация модели упругого поведения и накопления повреждений, основанная на деградации упругих свойств в соответствии с выполнением критерия максимальных напряжений с понижением коэффициентов матрицы жесткости в отдельных элементах. Второй подход - это реализация той же модели, но с удалением разрушенных элементов. Третий подход основан на модели упругопластического поведения и разрушения Джонсона - Кука. Численное моделирование представительных объемов проводилось с помощью конечно-элементного анализа с использованием каждого из вышеобозначенных подходов. Влияние внутреннего строения представительных объемов пористых материалов на процессы деформирования и разрушения исследовано на примере нескольких структур открытого и закрытого типа. Изучено влияние концентраторов напряжений на распределение напряжений в представительных объемах и характер их последующего разрушения.
Бесплатно
Моделирование динамики армированных пологих оболочек из нелинейно-упругих материалов
Статья научная
Сформулирована задача динамического поведения гибких армированных пологих оболочек, изготовленных из нелинейно-упругих материалов фаз композиции. Армирование осуществляется перекрестно по поверхностям, эквидистантным срединным поверхностям конструкций. Структура армирования по толщине оболочек является квазиоднородной. Геометрическая нелинейность задачи рассматривается в приближении Кармана, а ослабленное сопротивление композитных конструкций поперечному сдвигу описывается соотношениями неклассической теории Редди, в рамках которой учитывается искривление поперечных нормалей к срединным поверхностям пологих оболочек. Численное интегрирование поставленной начально-краевой задачи осуществляется на основе метода шагов по времени с привлечением явной схемы типа «крест». Проведены конкретные расчеты динамического поведения относительно тонких и толстых пологих сферических оболочек и пластин, имеющих в плане кольцевую форму, при наличии жесткой внутренней шайбы и нагружении избыточным давлением, вызванным взрывной воздушной волной. Тонкостенные конструкции имеют жесткое закрепление по внешней кромке и осесимметричное армирование по логарифмическим спиралям в плане. Изучается влияние углов армирования на податливость и напряженно-деформированное состояние в материалах фаз композиции гибких пластин и пологих оболочек. Выявлено, что на множестве рассматриваемых структур армирования рациональным является армирование по радиальным (меридиональным) направлениям, так как такая структура обеспечивает минимальную податливость и наименьшее напряженное состояние в материале связующей матрицы композиции. Показано, что в силу геометрической и физической нелинейности исследуемой задачи динамический отклик композитных пологих оболочек существенно зависит от того, к какой лицевой поверхности (выпуклой или вогнутой) прикладывается избыточное давление взрывного типа.
Бесплатно
