Применение автоматизированных систем мониторинга обеспечивает деформационную безопасность конструкций. Такие системы деформационного контроля включают в себя инструменты, позволяющие оценивать критичность состояния конструкции на основе измерения вибрационных процессов. Вибрационная диагностика железобетонных конструкций позволяет выявить наличие дефектов и их локализацию, а также оперативно отслеживать их развитие. Результаты, полученные в данном исследовании, связаны с ударно-волновой диагностикой железобетонных конструкций. Особое внимание уделяется диагностике в «щадящем режиме», которая не вызывает неупругих деформаций в элементах исследуемой конструкции. Цель данной работы - найти параметры локального импульсного воздействия для возбуждения в конструкции механических колебаний с желаемым спектром частот или создания упругой волны, волновой фронт которой имеет необходимые характеристики. Одним из основных параметров импульсного воздействия, определяющих эти характеристики, является его длительность. По результатам численного эксперимента, выполненного на основе математической модели динамического упругого взаимодействия элементов системы «ударник-прокладка-железобетонная балка», получена зависимость длительности импульса от ряда факторов, которые можно варьировать в эксперименте (скорость, масса и размеры ударника, толщина и упругость прокладки). Показано, что длительность импульса наиболее чувствительна к изменению скорости ударника и коэффициента упругости прокладки. В пределах выбранного диапазона изменения управляющих параметров возможно изменение длительности силового импульса в пределах от 0,25 до 2,8 мс. Поскольку длительность импульса определяет доминирующую частоту колебаний балки, можно сделать вывод, что при таком изменении длительности импульса частоты будут варьироваться в диапазоне от 200 до 1500 Гц.

Бесплатно

Динамическое расширение цилиндрической полости в сжимаемой упругопластической среде. Анализ сопротивления среды динамическому прониканию остроконечного ударника

Хасанов А.Р.

Статья научная

Приведено решение задачи о динамическом расширении цилиндрической полости в сжимаемой упругопластической среде с учетом конечных деформаций, нелинейной сжимаемости, зависимости предела текучести от давления. Главная цель настоящего исследования - разработка новой инженерной модели проникания остроконечных ударников в диапазоне средних скоростей удара на основе полученных результатов анализа задачи о расширении цилиндрической полости в полупространстве («цилиндрическая» аналогия). На базе аналитического подхода получена модель, определяющая сопротивление среды динамическому расширению полости. Ключевые параметры модели зависят от механических свойств среды, для этих зависимостей предложены аппроксимирующие соотношения на основе обработки механических характеристик ряда материалов (некоторые сплавы и грунты). Для вывода модели динамического проникания использовалось основное допущение А.Я. Сагомоняна о радиальном расширении отверстия: частицы материала преграды движутся в радиальном направлении от поверхности проникающего в преграду ударника. Такое допущение будет оправданным для класса ударников в виде тонких заостренных тел вращения. На базе введенных допущений получена модель сопротивления среды динамическому прониканию тонкого заостренного тела вращения. Новая модель, помимо «стандартных» прочностной и инерционной составляющих, содержит «присоединенную массу», которая меняется в ходе процесса проникания. Проведена верификация новой модели проникания с использованием ряда экспериментальных работ по прониканию ударников различной формы в алюминиевые сплавы. Изучено влияние «присоединенной массы» и инерционных сил сопротивления среды прониканию. Получены условия применимости новой модели: модель проникания предлагается использовать при оценке сопротивления сжимаемой среды прониканию тонкого заостренного тела вращения при скоростях удара 200-800 м/с.

Бесплатно

Дислокационная динамика кристаллографического скольжения

Попов Л.Е., Колупаева С.Н., Вихорь Н.А., Пуспешева С.И.

Статья научная

Основные процессы дефектообразования при деформации кристаллических материалов реализуются в локальных областях кристаллографического сдвига - зонах сдвига. Распространение элементарного кристаллографического сдвига осуществляется при расширении дислокационной петли, образованной в результате потери устойчивости сегментом источником. Рассмотрена динамика дислокаций при формировании зоны кристаллографического скольжения

Бесплатно

Дисперсионные зависимости и особенности переноса энергии изгибными волнами в балке, лежащей на обобщенном упругом основании

Ерофеев В.И., Ленин А.О., Лисенкова Е.Е., Царев И.С.

Статья научная

Рассматривается динамика балки Бернулли - Эйлера, лежащей на упругом основании. Выбирается обобщенная модель упругого основания, включающая в себя два независимых коэффициента постели: жесткости основания на деформации растяжения - сжатия и на деформации сдвига. В отличие от классической модели упругого основания (модель Винклера), обобщенная модель учитывает распределительную способность грунта, т.е. его свойство оседать не только под нагруженной областью, под фундаментом, но и вблизи него. Балка считается бесконечной. Такая идеализация допустима, если на ее границах находятся оптимальные демпфирующие устройства, то есть параметры граничного закрепления таковы, что падающие на него возмущения не будут отражаться. Это позволяет рассматривать модель балки без учета граничных условий, а вибрации, распространяющиеся по балке, считать бегущими изгибными волнами. Изучается влияние двухконстантного упругого основания на параметры изгибной волны, распространяющейся в балке. Показано, что при возрастании сдвиговой жесткости упругого основания волны, имеющие одинаковое волновое число (т.е. волны одинаковой длины) будут иметь большую частоту, большую фазовую и групповую скорости. Для рассматриваемой системы в дивергентной форме записано уравнение переноса энергии. Показано, что средняя скорость переноса энергии равняется групповой скорости изгибной волны. Равенство этих скоростей служит дополнительным фактором, свидетельствующим о внутренней физической непротиворечивости модели изгибных колебаний балки, лежащей на обобщенном упругом основании.

Бесплатно

Дисперсионные характеристики плоских продольных упругих волн, распространяющихся в пористой жидконасыщенной среде с полостями

Айзикович С.М., Ерофеев В.И., Леонтьева А.В.

Статья научная

Многие сплошные на первый взгляд среды обладают многочисленными микропорами, которые содержат или не содержат жидкость. Эти поры гораздо меньше макроскопических размеров среды, но больше атомных или молекулярных размеров. Такие модели пористой среды, как модель грунта, широко применяются в геофизике. Этой моделью объясняется распространение жидкости (нефть, вода) через грунты. Такой моделью пользуются и в биологии, в частности, при описании протекания жидкости через растения, например древесину. В последние годы созданы искусственные пористые материалы, которые широко применяются в быту, в технике и других областях человеческой деятельности. Внастоящей работе рассматривается распространение плоских продольных волн в пористой жидконасыщенной среде с полостями. Предполагается, что диссипацией энергии волны в среде можно пренебречь. Изучается поведение линейных волн в полостно-пористых средах. Как известно, в пористой среде (среде Био) могут распространяться две продольные волны: одна медленная и одна быстрая. В нашей задаче распространяются три продольные волны: две волны, как в среде Био, и одна волна за счет полостности среды. Если бы в среде не было ни пор, ни полостей, то распространялась бы одна быстрая волна. Исследование поведения линейных волн проводится путем получения и анализа дисперсионного уравнения, фазовой скорости и групповой скорости, характеризующей перенос энергии волны. Для определения степени выраженности дисперсии рассматривается плотность спектра частот.В работе построены и проанализированы дисперсионные зависимости для рассматриваемой системы. Найдены области сильной и слабой дисперсии, области нормальной и аномальной дисперсии при конкретных значениях параметров системы.

Бесплатно

Дисперсия и затухание продольной волны, распространяющейся в метаматериале, задаваемом как цепочка "масса-в-массе"

Ерофеев В.И., Колесов Д.А., Крупенин В.Л.

Статья научная

Изучаются особенности распространения продольной волны в акустическом (механическом) метаматериале, моделируемом как одномерная цепочка, содержащая одинаковые массы, связанные упругими элементами (пружинами), обладающими одинаковой жесткостью, при этом каждая масса содержит внутри себя последовательное соединение еще одной массы и вязкого элемента (демпфера). Модель «масса-в-массе» свободна от недостатков, присущих ряду других механических моделей метаматериалов: она освобождает от необходимости наделять деформируемые тела свойством иметь отрицательную массу, плотность и (или) отрицательный модуль упругости. Показано, что рассматриваемая модель позволяет описать дисперсию и частотно-зависимое затухание продольной волны, характер которых существенно зависит от соотношения внешней и внутренней масс метаматериала. Изучается поведение фазовой и групповой скоростей волны, а также эволюция ее профиля как в низкочастотном, так и в высокочастотном диапазонах. Найдены такие соотношения масс, при которых фазовая скорость превосходит по своей величине групповую скорость (нормальная дисперсия), и такие - при которых групповая скорость превосходит фазовую (аномальная дисперсия) в широком частотном диапазоне. Обладая одинаковыми асимптотическими значениями при стремлении частоты к бесконечности, фазовая и групповая скорости имеют существенные различия в поведении, заключающиеся в том, что фазовая скорость является монотонной функцией частоты, а групповая скорость имеет максимум. Кроме того, в области нормальной дисперсии групповая скорость может иметь отрицательное значение, т.е. справедлив так называемый эффект «обратной волны», когда, несмотря на то, что фазовая скорость направлена в положительном направлении пространственной оси, энергия в такой волне переносится в отрицательном направлении.

Бесплатно

Дисперсия продольных волн, распространяющихся в материалах с точечными дефектами

Ерофеев В.И., Леонтьева А.В., Шекоян А.В.

Статья научная

Исследуется распространение гармонических волн в материалах с точечными дефектами. Задача описывается системой дифференциальных уравнений, включающей в себя динамическое уравнение теории упругости и кинетические уравнения плотности дефектов, учитывающей взаимное влияние дефектов и распространяющейся волны, а также взаимную рекомбинацию дефектов. Рассматриваются как предельные случаи - материалы с одним типом точечных дефектов (вакансии, межузлия), так и общий случай, если материал содержит оба типа точечных дефектов (вакансии и межузлия). Проанализировано влияние на амплитуду и скорость гармонической волны параметров точечных дефектов, характеризующих диффузию дефектов, скорость их рекомбинации на стоках и изменение объема материала при образовании в нем одного точечного дефекта. Показано, что в средах с вакансиями продольные волны низкой частоты имеют большую амплитуду и скорость, чем в средах с межузлиями. При этом в средах с вакансиями скорости низкочастотных возмущений достигают больших значений, а в средах с межузлиями - меньших значений по сравнению с высокочастотными возмущениями. Выявлен частотный диапазон, в котором дисперсия продольных волн существенна, в средах с вакансиями она имеет нормальный, а в средах с межузлиями - аномальный характер. Увеличение коэффициента диффузии или уменьшение величины дилатационного параметра способствует более слабому проявлению дисперсии. Отмечено, что коэффициенты диффузии дефектов не влияют на существование дополнительной низкочастотной волны. Для волн высокой частоты среды с вакансиями и межузлиями практически неразличимы, наличие любых точечных дефектов почти не влияет на скорость распространения высокочастотных возмущений и их амплитуду.

Бесплатно

Дифракция упругих волн и рассеяние энергии в композитах со случайными структурами

Паньков А.А.

Статья научная

Разработана самосогласованная статистическая механика для определения эффективных упругих свойств композитов со случайной структурой. Задача сводится к модели единственного включения с неоднородной упругой окрестностью в среде с эффективными динамическими упругими свойствами. Ie неоднородные упругие свойства и размер окрестности определяются случайностью геометрии, случайным размером включений и случайными упругими свойствами включений. Приводятся численные результаты для эффективных динамических упругих свойств композита с однонаправленными полыми волокнами.

Бесплатно

Дифференциальные определяющие уравнения сред, работающих в условиях конечных деформаций

Свистков А.Л.

Статья научная

Предложен метод построения системы определяющих уравнений среды с нелинейными диссипативными свойствами, работающей в условиях конечных деформаций. Для построения системы уравнений используется схема механического поведения материала, точки которой соединены горизонтально расположенными упругими, вязкими и пластическими элементами. Для описания свойств каждого из элементов схемы применяются известные уравнения нелинейной теории упругости, теории нелинейных вязких жидкостей, теории пластического течения материала в условиях конечных деформаций среды. Показано автоматическое удовлетворение в модели неравенства диссипации.

Бесплатно

Диффузия и реология в локально-равновесной термодинамике

Князева А.Г.

Статья научная

Рассмотрено обобщение термодинамики необратимых процессов на деформируемые среды с диффузией и структурными неоднородностями различных типов; приведены примеры расчета диффузионных потоков (компонентов, вакансий, поверхностей) для различных частных случаев, проанализированы перекрестные эффекты между диффузией и сопутствующими процессами (в частности, между диффузией и напряжениями).

Бесплатно

Долговечность сплава амг6 при последовательном ударно-волновом и гигацикловом нагружении

Оборин В.А., Банников М.В., Баяндин Ю.В., Наймарк О.Б.

Статья научная

Экспериментально реализована программа испытаний по сверхмногоцикловому нагружению (количество циклов 107-109) образцов, изготовленных из массивных плоских мишеней (алюминиевый сплав АМг6) и подвергнутых плосковолновому нагружению (метод взрывного генератора). Режимы ударно-волнового нагружения обеспечивали создание контролируемой поврежденности для имитации структурных изменений в материалах лопаток вентиляторов в условиях высокоскоростного соударения с твердыми частицами. Сверхмногоцикловое нагружение осуществлялось на ультразвуковой испытательной машине Shimadzu USF-2000, позволяющей испытывать образцы на базе 108-1010 циклов с амплитудой до нескольких десятков микрометров и частотой испытаний 20 кГц. Показано существенное снижение на 34 % предельного напряжения разрушения на базе 109 циклов для предварительно нагруженного ударной волной сплава АМг6. Применена методика in situ определения усталостных повреждений, основанная на анализе амплитудно-частотных характеристик, соответствующих изменению эффективных упругих свойств, что позволило исследовать стадийность развития поврежденности с учетом нелинейной кинетики накопления дефектов в процессе циклического нагружения в режимах много- и гигацикловой усталости. Установлено аномальное изменение упругих свойств материала при достижении критических уровней поврежденности. Установлены количественные корреляции между механическими свойствами и масштабно-инвариантными (скейлинговыми) характеристиками рельефа поверхностей разрушения, формирующихся в процессах динамического и гигациклового нагружения по данным профилометрии (интерферометр-профилометр New-View 5010 с разрешением от 0,1 нм). Для образцов, подвергнутых предварительному ударно-волновому деформированию, установлено уменьшение показателя Херста по сравнению с недеформированными образцами. Последнее связывается с интенсивной фрагментацией при формировании дислокационных ансамблей в ходе ударно-волнового нагружения, что затрудняет формирование упорядоченной системы дефектов при последующем усталостном нагружении.

Бесплатно

Дополнение к теории Бишопа-Хилла пластического формоизменения монокристалла

Келлер И.Э., Трусов П.В.

Статья научная

Принцип минимального сдвига и принцип максимума пластической работы были доказаны в рамках любого обобщения Шмида 1аги на произвольное состояние деформации. Рассмотрены изотропные твердые жесткопластиковые монокристаллы FCC, деформированные кристаллографическим механизмом скольжения. Использовалась теория непрерывных линейных функционалов на нормированных пространствах. Была рассмотрена конкретная форма критерия выхода с степенной нормой, проанализированы ее свойства и некоторый энергетический смысл. На основе доказанных экстремальных принципов было получено и исследовано связанное правило потока для жестко-пластической монокристаллической среды.

Бесплатно

Еще раз к задаче о полуплоскости, ослабленной полубесконечной трещиной, параллельной границе

Устинов К.Б.

Статья научная

Получено и исследовано однородное решение задачи о полубесконечной трещине, параллельной границе полуплоскости в условиях плоской деформации. Путем применения двухстороннего преобразования Лапласа задача была сведена к матричной задаче Римана [1–4]. Получены асимптотические выражения для напряжений вблизи кончика трещины (коэффициенты интенсивности напряжений, КИН) и асимптотические выражения для смещений берегов трещины вдали от ее кончика. Выражения для КИН совпадают с результатами работ [1–4]. Показано, что ведущие члены асимптотики смещений берегов трещины вдали от кончика соответствуют смещениям балки (пластины), подверженной действию главных вектора и момента при граничных условиях типа обобщенной упругой заделки, т.е. условиях пропорциональности угла поворота и двух компонент вектора смещений в точке заделки главному моменту и двум компонентам главного вектора внешней нагрузки. Данная связь выражается посредством матрицы 3×3 коэффициентов эффективной упругой заделки. Получены выражения для компонент данной матрицы в форме интегралов. Некоторые из компонент матрицы, для которых это возможно, вычислены также из сравнения скорости высвобождения упругой энергии, посчитанной через КИН и через работу сил при деформировании эквивалентной балки. Для трещины конечной длины, параллельной границе, полученные выражения компонент матрицы упругой заделки являются асимптотиками для длинных трещин. Проведено сравнение с имеющимися численными данными. Полученное решение представляется полезным для решения задач о деформировании балочных и консольных конструкций, а также задач об отслоении покрытий и потери ими устойчивости.

Бесплатно

Задача коши для системы дифференциальных уравнений термоупругости

Сильченко Ю.Т.

Статья

Бесплатно

Задача о кручении цилиндрического тела с учетом разупрочнения

Вильдеман В.Э., Мугатаров А.И.

Статья научная

Разупрочнение материала - это процесс, который начинается после достижения критического напряженного состояния. Данный процесс характеризуется снижением уровня напряжений при растущих деформациях и может развиваться при равновесном накоплении структурных повреждений. Равновесное накопление повреждений в структуре материала возможно при обеспечении заданных перемещений точек границы тела, то есть при «жестком» нагружении, а также при достаточной жесткости нагружающей системы. Конструкция становится неспособной выдерживать нагрузки только тогда, когда зоны с ослабленными связями достаточно развиты. Из этого следует, что учет разупрочнения в расчетах на прочность позволяет более точно определить несущую способность конструкции. В работе получено аналитическое решение для задачи кручения однородного цилиндрического тела круглого поперечного сечения при его «жестком» нагружении с учетом разупрочнения материала. Рассмотрены кусочно-линейные аппроксимации упругой и упругопластической среды с линейным разупрочнением на закритической стадии деформирования. Приведены эпюры распределения напряжений по сечению; построены графики зависимости максимального значения крутящего момента и экстремального значения относительного угла закручивания сечения от параметров диаграммы деформирования. Определены зависимости крутящего момента от относительного угла поворота сечений для стадии начальной закритической деформации и стадии закритической деформации и разрушения. Построены графики зависимости крутящего момента от угла поворота сечения. Определены резервы несущей способности конструкции. Отмечено, что учет разупрочнения при кручении цилиндрического тела круглого поперечного сечения целесообразен при расчетах на прочность, а также при определении коэффициента запаса системы.

Бесплатно

Задача потери устойчивости тонкостенных конструкций из композиционных материалов, свойства которых зависят от типа нагружения

Федоренко А.Н., Федулов Б.Н., Ломакин Е.В.

Статья научная

Экспериментальные исследования деформирования слоистых композиционных материалов часто показывают сложную зависимость жесткостных и прочностных характеристик от типа нагружения. Наиболее наглядными примерами являются различие упругих модулей при растяжении и сжатии, нелинейная сдвиговая диаграмма. Учесть подобные эффекты в прикладных расчетах возможно лишь с использованием моделей нелинейной упругости. Такие модели не должны противоречить фундаментальным физическим принципам и, помимо того, не требовать постановки слишком сложных экспериментов для валидации. В данной работе рассмотрена и численно реализована модель нелинейной упругости, основанная на использовании параметра трехосности для описания вида напряженного состояния материала. Для численной реализации использованы возможности расчетного комплекса для конечно-элементного моделирования Abaqus с использованием пользовательских подпрограмм. В качестве демонстрационного примера рассмотрена прикладная задача о сжатии тонкостенной композитной цилиндрической оболочки, подкрепленной ребрами жесткости. В процессе нагружения оболочка проявляет неустойчивое поведение, и напряженное состояние в ее различных областях может радикально изменяться. Например, переходить из преобладающего растяжения в сжатие и наоборот. При этом повреждения материала оболочки не наблюдается вплоть до общего разрушения конструкции вследствие потери устойчивости ребер жесткости, что для данной задачи позволяет обойтись упругой моделью. Применение линейной теории упругости для моделирования такого закритического поведения конструкции приводит к неточным результатам даже на начальном этапе нагружения, в то время как предложенная модель показывает хорошую согласованность диаграммы нагружения, а также форму и величину прогибов оболочки с экспериментом.

Бесплатно

Закономерности механического поведения зернистых композитов, связанные с формой и размерами элементов структуры

Ильиных Артем Валерьевич, Вильдеман Валерий Эрвинович

Статья научная

Представлены результаты синтеза микроструктур и численного моделирования процессов структурного разрушения зернистых композитов в виде расчетных диаграмм деформирования, содержащих закритическую стадию. Установлены связи структурных параметров с закономерностями неупругого деформирования и накопления повреждений.

Бесплатно

Закономерности передачи нагрузки от волокон к матрице в случае неидеального контакта

Большаков Владимир Иванович, Данишевский Владислав Валентинович

Статья научная

В работе получено решение задачи о продольном растяжении (сжатии) однонаправленного композита, состоящего из упругой матрицы и бесконечно длинных цилиндрических линейно упругих волокон постоянного радиуса. Определены закономерности перераспределения нагрузки и исследован краевой эффект при идеальном и неидеальном контакте между компонентами стеклопластика на основе эпоксидной матрицы.

Бесплатно

Закономерности пространственной организации сдвиговой деформации в [001]-монокристаллах Ni3Fe на макроуровне

Теплякова Людмила Алексеевна, Беспалова Ирина Валерьевна, Куницына Татьяна Семеновна

Статья научная

Рассмотрена кристаллогеометрия [001]-монокристаллов с ГЦК-решеткой, имеющих форму параллелепипеда с ориентацией боковых граней {001}. Методом оптической микроскопии изучена картина деформационного рельефа, формирующегося в [001]-монокристаллах разупорядоченного сплава Ni3Fe с гранями {100}, при степенях деформации ε 3Fe и алюминия при идентичных кристаллогеометрических характеристиках монокристаллов и условиях их нагружения. Установлено влияние свойств материала на закономерности протекания первичной макрофрагментации сдвиговой деформации. Представлены результаты измерения количественных характеристик картины сдвига: расстояния между соседними следами сдвига ΔХ и толщины d мезополос (слоя, в котором происходил сдвиг, с образованием следов сдвига на гранях монокристалла). Построены гистограммы значений ΔХ и d для отдельных систем следов сдвига на одной грани монокристалла, усредненные по граням и для всего монокристалла в целом. Среднее значение толщины мезополосы d> по всему образцу составило 6,4 мкм, а величина Х> = 22 мкм. Использование полученных данных позволило определить долю объема монокристалла (δ), вовлеченного в сдвиговую деформацию на макроуровне. Полученная величина δ для [001]-монокристаллов сплава Ni3Fe сопоставлена с величиной δ для [001]-монокристаллов алюминия. Установлено, что более интенсивная локализация сдвиговой деформации происходит в последнем из материалов (монокристаллах алюминия).

Бесплатно

Закономерности случайных полей структуры двухфазных однонаправленно армированных волокнистых композитов

Зайцев А.В., Лукин А.В., Трефилов Н.В.

Статья научная

Анализируется влияние законов распределения диаметров волокон на типы случайных полей сгенерированных стохастических структур однонаправленно армированных композитов. Обнаружено, что дисперсия диаметров волокон является причиной существования локализации, которая предотвращает появление регуляризации, а также фактором, который предопределяет отсутствие неслучайной периодической составляющей в случайных полях структуры композита.

Бесплатно

1
...
6
7
8
9
10
11
12
...
В конец

Журнал