Влияние структурных особенностей зернистых композитов на характер процессов разрушения

А.В. Ильиных (Пермь)

Поведение зернистых композитов, находящихся в условиях сложного напряженно - деформированного состояния, зависит от таких особенностей структуры, как размеры и ориентации в пространстве анизотропных зерен, наличие пористости или других включений с иными свойствами. В работе [1] проводилось исследование зернистых композиционных материалов, которые представлялись системой структурных элементов с различными прочностными и жесткостными характеристиками. В настоящей работе структура зернистых композитов рассматривается в виде ортотропных зерен, которым соответствует система конечных элементов с характерными для зерна деформационно - прочностными свойствами.

Для оценки влияния особенностей структуры на механическое поведение зернистых композитов рассматривалась стохастическая краевая задача механики деформирования и разрушения структурно - неоднородных сред. На основе численного моделирования методом конечных элементов с использованием процедуры метода переменных параметров упругости исследовался процесс накопления повреждений зернистых композиционных материалов на структурном уровне, протекающий по различным механизмам, которые описываются совокупностью критериев прочности.

Разработаны алгоритмы компьютерного синтеза объемных случайных структур зернистых композитов с учетом заданных законов распределения параметров ориентации, размеров и формы структурных элементов. Представлены результаты численного моделирования процессов разрушения с построением равновесных диаграмм деформирования для различных видов сложного макрооднородного напряженно - деформированного состояния. Проанализированы особенности механического поведения рассматриваемых материалов на закритической стадии деформирования. Выявлено, что на такие эффективные характеристики материала, как прочность и трещиностойкость, существенное влияние оказывают сочетание вида макрооднородного напряженно-деформированного состояния и особенности структуры зернистых композитов, а также наличие пор или жестких включений.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант РФФИ-Урал № 01-01-96479).

 

1. Вильдеман В.Э., Зайцев А.В. Равновесные процессы разрушения зернистых композитов. ¾ Механика композиционных материалов и конструкций. 1996, Т.32, № 6, 808-817.