|
@@ -72,10 +72,18 @@ table[
|
|
|
\section{Математическая модель упруго-хрупкого поведения слоя тканого композита
|
|
\section{Математическая модель упруго-хрупкого поведения слоя тканого композита
|
|
|
c керамическими волокнами и поликристаллической матрицей}
|
|
c керамическими волокнами и поликристаллической матрицей}
|
|
|
|
|
|
|
|
-\subsection{Коэффициенты концентрации напряжений}
|
|
|
|
|
|
|
+\subsection{Коэффициенты концентрации напряжений при деформации двухстороннего
|
|
|
|
|
+равнокомпонентного растяжения в плоскости слоя}
|
|
|
|
|
|
|
|
-Максимальные значения коэффициентов концентрации напряжений представлены на
|
|
|
|
|
-рисунке~\ref{fig:c3:max_k_s1}:
|
|
|
|
|
|
|
+Найдем коэффициенты концентрации напряжений в слое тканого композита с
|
|
|
|
|
+керамическими волокнами и поликристаллической матрицей с учетом граничных
|
|
|
|
|
+условий~\ref{eq:b_cond}, соответствующие деформации двухстороннего
|
|
|
|
|
+равнокомпонентного растяжения в плоскости слоя.
|
|
|
|
|
+
|
|
|
|
|
+Максимальные значения коэффициентов концентрации в точке, соответствующей
|
|
|
|
|
+центру межволоконного пространства для компонент тензора напряжений модели с
|
|
|
|
|
+гарантированной прослойкой матрицы представлены на
|
|
|
|
|
+рисунке~\ref{fig:c3:max_k_s0}.
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{figure}[ht!]
|
|
\begin{figure}[ht!]
|
|
|
\centering
|
|
\centering
|
|
@@ -83,78 +91,125 @@ c керамическими волокнами и поликристаллич
|
|
|
\caption{Максимальные коэффициенты концентрации напряжений в центре
|
|
\caption{Максимальные коэффициенты концентрации напряжений в центре
|
|
|
межволоконного пространства тканого композита при двухосном равнокомпонентном
|
|
межволоконного пространства тканого композита при двухосном равнокомпонентном
|
|
|
растяжении в плоскости слоя}
|
|
растяжении в плоскости слоя}
|
|
|
- \label{fig:c3:max_k_s1}
|
|
|
|
|
|
|
+ \label{fig:c3:max_k_s0}
|
|
|
\end{figure}
|
|
\end{figure}
|
|
|
|
|
|
|
|
-Как видно из таблицы, наибольший вклад в коэффициенты концентрации для всех
|
|
|
|
|
-типов дефектов кроме внутренней технологической поры вносит касательная
|
|
|
|
|
-составляющая тензора напряжений $\sigma_{13}$, её значение в модели с
|
|
|
|
|
-дефектом более чем в $2$ раза превышает соответствующее значение в идеальной
|
|
|
|
|
-периодической модели. В случае внутренней технологической поры значения
|
|
|
|
|
-коэффициентов концентраций превышают $4$ и соответствуют касательным
|
|
|
|
|
-составляющим тензора напряжений $\sigma_{12}$ и $\sigma_{23}$.
|
|
|
|
|
-
|
|
|
|
|
-На рис.~\ref{fig:k_d1d2_s1}~--~\ref{fig:k_d5_s1} показаны распределения
|
|
|
|
|
|
|
+Как видно из рисунка, наибольший вклад в коэффициенты концентрации для дефекта,
|
|
|
|
|
+представляющего собой пропуск волокна основы вносит касательная составляющая
|
|
|
|
|
+тензора напряжения $\sigma_{23}$. При возникновении такого дефекта как разрыв
|
|
|
|
|
+волокна основы максимальный вклад вносит нормальная компонента тензора
|
|
|
|
|
+напряжений $\sigma_{22}$. При одновременном разрыве волокон основы и утка
|
|
|
|
|
+максимальный вклад вносит касательная компонента тензора напряжений
|
|
|
|
|
+$\sigma_{13}$. При наличии внутренней технологической поры максимальный вклад
|
|
|
|
|
+вносит касательная компонента тензора напряжений $\sigma_{12}$. Для всех
|
|
|
|
|
+дефектов кроме разрыва волокон основы может произойти разрушение матрицы по
|
|
|
|
|
+механизмам сдвигов в плоскости слоя. Разрыв волокна основы может привести к
|
|
|
|
|
+расслоению матрицы. При этом дополнительные технологические операции по
|
|
|
|
|
+доуплотнению полости, образованной дефектом, позволяют снизить влияние
|
|
|
|
|
+концентраторов напряжений.
|
|
|
|
|
+
|
|
|
|
|
+На рис.~\ref{fig:k_d1d2_s0}~--~\ref{fig:k_d7_s0} показаны распределения
|
|
|
коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в слое тканого композита с
|
|
коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в слое тканого композита с
|
|
|
-искривленными волокнами и поликристаллической матрицей при наличии различных
|
|
|
|
|
|
|
+искривленными волокнами и поликристаллической матрицей для случая когда
|
|
|
|
|
+волокна окружены гарантированной прослойкой матрицы при наличии различных
|
|
|
типов технологических дефектов и с учётом дополнительной пропитки композита
|
|
типов технологических дефектов и с учётом дополнительной пропитки композита
|
|
|
материалом матрицы. Расположение областей, в которых интенсивность напряжений
|
|
материалом матрицы. Расположение областей, в которых интенсивность напряжений
|
|
|
достигает максимальных значений в местах, где искривленные волокна основы или
|
|
достигает максимальных значений в местах, где искривленные волокна основы или
|
|
|
утка имеют наибольшую кривизну, строго периодично. Исключение составляют
|
|
утка имеют наибольшую кривизну, строго периодично. Исключение составляют
|
|
|
-области, расположенные вблизи локальных дефектов, где интенсивности напряжений
|
|
|
|
|
-превышают соответствующие интенсивности напряжений определенное для композита
|
|
|
|
|
-идеальной периодической структуры в $1{,}2$ раза для случаев разрыва волокна
|
|
|
|
|
-основы и внутренней технологической поры, в $1{,}4$ раза для случая пропуска
|
|
|
|
|
-волокна основы и в $1{,}5$ раз для одновременного разрыва волокон основы и
|
|
|
|
|
-утка. При этом, в случае пропуска волокна основы или разрыва волокон основы и
|
|
|
|
|
-утка, значение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений может быть
|
|
|
|
|
-снижено до $1{,}3$ с помощью дополнительных операций доуплотнения
|
|
|
|
|
-поликристаллической матрицы.
|
|
|
|
|
|
|
+области, расположенные вблизи локальных дефектов, при этом, в случае наличия
|
|
|
|
|
+дефекта максимальные значения коэффициентов концентрации напряжений приходятся
|
|
|
|
|
+на фазу тканого наполнителя. При наличии материала матрицы в полостях,
|
|
|
|
|
+образованных дефектами максимальные значения коэффициентов концентрации
|
|
|
|
|
+интенсивностей напряжений приходятся на фазу матрицы.
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{figure}[ht!]
|
|
\begin{figure}[ht!]
|
|
|
\includegraphics[width=17cm]{concentrators/v1/s0/s0d1d2}
|
|
\includegraphics[width=17cm]{concentrators/v1/s0/s0d1d2}
|
|
|
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
|
|
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
|
|
|
слое тканого композита с пропуском волокна основы~(а) и с учётом
|
|
слое тканого композита с пропуском волокна основы~(а) и с учётом
|
|
|
доуплотнения~(б)}
|
|
доуплотнения~(б)}
|
|
|
- \label{fig:k_d1d2_s1}
|
|
|
|
|
|
|
+ \label{fig:k_d1d2_s0}
|
|
|
\end{figure}
|
|
\end{figure}
|
|
|
|
|
|
|
|
-\pagebreak
|
|
|
|
|
-
|
|
|
|
|
\begin{figure}[ht!]
|
|
\begin{figure}[ht!]
|
|
|
\includegraphics[width=17cm]{concentrators/v1/s0/s0d3d4}
|
|
\includegraphics[width=17cm]{concentrators/v1/s0/s0d3d4}
|
|
|
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
|
|
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
|
|
|
слое тканого композита с разрывом волокна основы~(а) и с учётом
|
|
слое тканого композита с разрывом волокна основы~(а) и с учётом
|
|
|
доуплотнения~(б)}
|
|
доуплотнения~(б)}
|
|
|
- \label{fig:k_d3d6_s1}
|
|
|
|
|
|
|
+ \label{fig:k_d3d4_s0}
|
|
|
\end{figure}
|
|
\end{figure}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+\pagebreak
|
|
|
|
|
+
|
|
|
\begin{figure}[ht!]
|
|
\begin{figure}[ht!]
|
|
|
\includegraphics[width=17cm]{concentrators/v1/s0/s0d5d6}
|
|
\includegraphics[width=17cm]{concentrators/v1/s0/s0d5d6}
|
|
|
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
|
|
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
|
|
|
слое тканого композита с разрывом волокон основы и утка~(а) и с учётом
|
|
слое тканого композита с разрывом волокон основы и утка~(а) и с учётом
|
|
|
доуплотнения~(б)}
|
|
доуплотнения~(б)}
|
|
|
- \label{fig:k_d4d7_s1}
|
|
|
|
|
|
|
+ \label{fig:k_d5d6_s0}
|
|
|
\end{figure}
|
|
\end{figure}
|
|
|
|
|
|
|
|
-\pagebreak
|
|
|
|
|
-
|
|
|
|
|
\begin{figure}[ht!]
|
|
\begin{figure}[ht!]
|
|
|
\centering
|
|
\centering
|
|
|
\includegraphics[width=10cm]{concentrators/v1/s0/s0d7}
|
|
\includegraphics[width=10cm]{concentrators/v1/s0/s0d7}
|
|
|
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
|
|
\caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
|
|
|
слое тканого композита с внутренней технологической порой}
|
|
слое тканого композита с внутренней технологической порой}
|
|
|
- \label{fig:k_d5_s1}
|
|
|
|
|
|
|
+ \label{fig:k_d7_s0}
|
|
|
|
|
+\end{figure}
|
|
|
|
|
+
|
|
|
|
|
+Структура распределения максимальных значений коэффициентов концентрации
|
|
|
|
|
+напряжений в точке, соответствующей центру межволоконного пространства, при
|
|
|
|
|
+условии наличия площадки контакта с трением между волокнами показана на
|
|
|
|
|
+рис.~\ref{fig:c3:max_k_s1_f}.
|
|
|
|
|
+
|
|
|
|
|
+\begin{figure}[ht!]
|
|
|
|
|
+ \centering
|
|
|
|
|
+ \kdiagram{tables/p1s0.csv}
|
|
|
|
|
+ \caption{Максимальные коэффициенты концентрации напряжений в центре
|
|
|
|
|
+межволоконного пространства тканого композита при равнокомпонентном двухосном
|
|
|
|
|
+растяжении}
|
|
|
|
|
+ \label{fig:c3:max_k_s1_f}
|
|
|
|
|
+\end{figure}
|
|
|
|
|
+
|
|
|
|
|
+Из рисунка видно, что при наличии контакта с трением между волокнами для всех
|
|
|
|
|
+типов дефектов наибольший вклад в коэффициенты концентрации вносит нормальная
|
|
|
|
|
+составляющая тензора напряжений $\sigma_{22}$, что может свидетельствовать о
|
|
|
|
|
+возможном начале разрушения слоя материала по механизмам расслоения матрицы в
|
|
|
|
|
+направлении, перпендикулярном плоскости слоя. Дополнительное насыщение полости,
|
|
|
|
|
+образованной дефектом позволяет снизить коэффициенты концентрации в $1{,}2$ --
|
|
|
|
|
+$1{,}6$ раз.
|
|
|
|
|
+
|
|
|
|
|
+Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений, вызванных
|
|
|
|
|
+наличием различных типов дефектов, в слое тканного композита при условии
|
|
|
|
|
+наличия контакта с трением между волокнами показаны на
|
|
|
|
|
+рис.~\ref{fig:c3:k_d3d4_s0} -- \ref{fig:c3:k_d5d6_s0}.
|
|
|
|
|
+
|
|
|
|
|
+\begin{figure}[ht!]
|
|
|
|
|
+ \includegraphics[width=17cm]{concentrators/v2/scheme1/d1d3}
|
|
|
|
|
+ \caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
|
|
|
|
|
+слое тканого композита с разрывом волокна основы~(а) и с учётом
|
|
|
|
|
+доуплотнения~(б)}
|
|
|
|
|
+ \label{fig:c3:k_d3d4_s0}
|
|
|
|
|
+\end{figure}
|
|
|
|
|
+
|
|
|
|
|
+\begin{figure}[ht!]
|
|
|
|
|
+ \includegraphics[width=17cm]{concentrators/v2/scheme1/d2d4}
|
|
|
|
|
+ \caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
|
|
|
|
|
+слое тканого композита с разрывом волокон основы и утка~(а) и с учётом
|
|
|
|
|
+доуплотнения~(б)}
|
|
|
|
|
+ \label{fig:c3:k_d5d6_s0}
|
|
|
\end{figure}
|
|
\end{figure}
|
|
|
|
|
|
|
|
-\subsection{Коэффициенты концентрации напряжений при чистом сдвиге}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-Если в краевой задаче \eqref{eq:Eqvilibrium} -- \eqref{eq:Guck} заменить
|
|
|
|
|
-граничные условия \ref{eq:b_cond} граничными условиями
|
|
|
|
|
|
|
+\subsection{Коэффициенты концентрации напряжений при деформации чистого
|
|
|
|
|
+формоизменения}
|
|
|
|
|
+
|
|
|
|
|
+Найдем коэффициенты концентрации напряжений в слое тканого композита с
|
|
|
|
|
+керамическими волокнами и поликристаллической матрицей с учетом граничных
|
|
|
|
|
+условий~\ref{eq:c3:b_cond:s1}:
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{equation}
|
|
\begin{equation}
|
|
|
\begin{array}{c}
|
|
\begin{array}{c}
|
|
|
- u_1 {\bf (r)}|_{\Gamma_2} = -u_1^0, \quad u_3 {\bf (r)}|_{\Gamma_1} = u_3^0,\\
|
|
|
|
|
|
|
+ u_1 {\bf (r)}|_{\Gamma_2} = u_1^0, \quad u_3 {\bf (r)}|_{\Gamma_1} = -u_1^0,\\
|
|
|
u_1 {\bf (r)}|_{\Gamma_4} = u_3 {\bf (r)}|_{\Gamma_3} = u_2
|
|
u_1 {\bf (r)}|_{\Gamma_4} = u_3 {\bf (r)}|_{\Gamma_3} = u_2
|
|
|
{\bf (r)}|_{\Gamma_5} = u_2 {\bf (r)}|_{\Gamma_6} = 0, \\
|
|
{\bf (r)}|_{\Gamma_5} = u_2 {\bf (r)}|_{\Gamma_6} = 0, \\
|
|
|
\sigma_{12} {\bf (r)}|_{\Gamma_4} = \sigma_{13} {\bf (r)}|_{\Gamma_4} =
|
|
\sigma_{12} {\bf (r)}|_{\Gamma_4} = \sigma_{13} {\bf (r)}|_{\Gamma_4} =
|
|
@@ -162,18 +217,10 @@ c керамическими волокнами и поликристаллич
|
|
|
\sigma_{12} {\bf (r)}|_{\Gamma_5} = \sigma_{13} {\bf (r)}|_{\Gamma_5} =
|
|
\sigma_{12} {\bf (r)}|_{\Gamma_5} = \sigma_{13} {\bf (r)}|_{\Gamma_5} =
|
|
|
\sigma_{12} {\bf (r)}|_{\Gamma_6} = \sigma_{13} {\bf (r)}|_{\Gamma_6} = 0,
|
|
\sigma_{12} {\bf (r)}|_{\Gamma_6} = \sigma_{13} {\bf (r)}|_{\Gamma_6} = 0,
|
|
|
\end{array}
|
|
\end{array}
|
|
|
- \label{eq:b_cond:s2}
|
|
|
|
|
|
|
+ \label{eq:c3:b_cond:s1}
|
|
|
\end{equation}
|
|
\end{equation}
|
|
|
|
|
|
|
|
-\noindent получим задачу на чистый сдвиг, решив которую получим распределение
|
|
|
|
|
-интенсивностей напряжений, показанных на рис.~\ref{fig:vmis_v1_s2}.
|
|
|
|
|
-
|
|
|
|
|
-\begin{figure}[ht]
|
|
|
|
|
- \includegraphics[width=15cm]{vmis_v1_s2}
|
|
|
|
|
- \caption{Поля интенсивности напряжений в слое тканого композита с идеальной
|
|
|
|
|
-периодической структурой при чистом формоизменении}
|
|
|
|
|
- \label{fig:vmis_v1_s2}
|
|
|
|
|
-\end{figure}
|
|
|
|
|
|
|
+\noindent соответствующие деформации чистого формоизменения.
|
|
|
|
|
|
|
|
Максимальные значения коэффициентов концентрации напряжений в слое тканного
|
|
Максимальные значения коэффициентов концентрации напряжений в слое тканного
|
|
|
композита с искривленными волокнами и поликристаллической матрицей при наличии
|
|
композита с искривленными волокнами и поликристаллической матрицей при наличии
|
|
@@ -420,15 +467,6 @@ $\sigma_{13}$ и $\sigma_{23}$ и нормальная составляющая
|
|
|
\label{fig:c3:vmis_v2_s1}
|
|
\label{fig:c3:vmis_v2_s1}
|
|
|
\end{figure}
|
|
\end{figure}
|
|
|
|
|
|
|
|
-\begin{figure}[ht!]
|
|
|
|
|
- \centering
|
|
|
|
|
- \kdiagram{tables/p1s0.csv}
|
|
|
|
|
- \caption{Максимальные коэффициенты концентрации напряжений в центре
|
|
|
|
|
-межволоконного пространства тканого композита при равнокомпонентном двухосном
|
|
|
|
|
-растяжении}
|
|
|
|
|
- \label{fig:c3:max_k_s1_f}
|
|
|
|
|
-\end{figure}
|
|
|
|
|
-
|
|
|
|
|
На рис.~\ref{fig:c3:k_d1d3_s1} и \ref{fig:c3:k_d2d4_s1} представлены
|
|
На рис.~\ref{fig:c3:k_d1d3_s1} и \ref{fig:c3:k_d2d4_s1} представлены
|
|
|
распределения коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений для
|
|
распределения коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений для
|
|
|
слоя модельного тканого композита с разрывом волокна основы и разрывом волокон
|
|
слоя модельного тканого композита с разрывом волокна основы и разрывом волокон
|
|
@@ -445,22 +483,6 @@ $\sigma_{13}$ и $\sigma_{23}$ и нормальная составляющая
|
|
|
(рис.~\ref{fig:c3:k_d1d3_s1}~б) и $3{,}1$ при разрыве волокон основы и утка
|
|
(рис.~\ref{fig:c3:k_d1d3_s1}~б) и $3{,}1$ при разрыве волокон основы и утка
|
|
|
одновременно (рис.~\ref{fig:c3:k_d2d4_s1}~б).
|
|
одновременно (рис.~\ref{fig:c3:k_d2d4_s1}~б).
|
|
|
|
|
|
|
|
-\begin{figure}[ht!]
|
|
|
|
|
- \includegraphics[width=17cm]{concentrators/v2/scheme1/d1d3}
|
|
|
|
|
- \caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
|
|
|
|
|
-слое тканого композита с разрывом волокна основы~(а) и с учётом
|
|
|
|
|
-доуплотнения~(б)}
|
|
|
|
|
- \label{fig:c3:k_d1d3_s1}
|
|
|
|
|
-\end{figure}
|
|
|
|
|
-
|
|
|
|
|
-\begin{figure}[ht!]
|
|
|
|
|
- \includegraphics[width=17cm]{concentrators/v2/scheme1/d2d4}
|
|
|
|
|
- \caption{Распределение коэффициентов концентрации интенсивностей напряжений в
|
|
|
|
|
-слое тканого композита с разрывом волокон основы и утка~(а) и с учётом
|
|
|
|
|
-доуплотнения~(б)}
|
|
|
|
|
- \label{fig:c3:k_d2d4_s1}
|
|
|
|
|
-\end{figure}
|
|
|
|
|
-
|
|
|
|
|
\subsection{Коэффициенты концентрации напряжений в слое тканого композита с
|
|
\subsection{Коэффициенты концентрации напряжений в слое тканого композита с
|
|
|
соприкасающимися волокнами при чистом сдвиге}
|
|
соприкасающимися волокнами при чистом сдвиге}
|
|
|
|
|
|