Виконано постановку і наведено розв'язок задачі про біфуркаційну стійкість прямокутних пластин із волокнистих композитних матеріалів із урахуванням прогресованої з ростом навантаження пошкоджуваності матриці.

Предложена схема и развита теория разрушения композита с единичным волокном.

Розглянуто ефективний метод для визначення функції деформування композита на базі дробово-експоненційного представлення функцій деформування матеріалів компонент. Для одержання в'язкопружного розв'язку використано принцип Вольтерра. Згідно з запропонованим методом функція деформування композитного матеріалу подається у вигляді функції деякого оператора базового класу. Таким чином, задачу зведено до апроксимації функції ланцюговим дробом та застосування методу операторних ланцюгових дробів. У результаті функції деформування композита подано у вигляді суми операторів базового класу. Наведено та проілюстровано детальну процедуру обчислень. Для ілюстрації методу використано дані поздовжньої релаксації поліметилметакрилату. Досліджено задачу про деформування волокнистого композиту, компоненти якого виявляють в'язкопружні властивості; для цього дані поліметилметакрилату використано як параметри наповнювача.

Структурна теорія короткочасної мікропошкоджуваності матеріалу узагальнюється на випадок, коли мікропошкодження відбуваються в матриці волокнистого композита, а матеріал волокон деформується за фізично нелінійним законом. Теорія базується на стохастичних рівняннях пружності волокнистого композита з пористою матрицею. Умовою руйнування мікрооб'ємів матеріалу матриці приймається критерій міцності Губера - Мізеса. Сформульовано рівняння балансу зруйнованих мікрооб'ємів для матриці композита, що разом з рівняннями зв'язку між макронапруженнями та макродеформаціями волокнистого композита з пористою матрицею і фізично нелінійними волокнами утворюють замкнену систему, яка описує спільний процес фізично нелінійного деформування і мікропошкоджуваності, що відбуваються в різних компонентах композита. Побудовано алгоритми обчислення залежностей мікропошкоджуваності матриці від макродеформацій і макронапружень в композиті від макродеформацій, а також одержано відповідні криві для одновісного розтягу волокнистого композита у випадку, коли матеріал волокон деформується за законом лінійного зміцнення.

Побудовано узагальнення структурної теорії короткочасної мікропошкоджуваності (МП) матеріалу на випадок, коли неушкоджений матеріал ізотропної матриці волокнистого композита (ВК) із трансверсально-ізотропними волокнами деформується нелінійно під впливом навантажень, що викликають у композиті складний напружений стан, причому мікроруйнування мають місце тільки в матриці. В основу покладено стохастичні рівняння пружності ВК із пористою матрицею, матеріал каркаса якої деформується за нелінійним законом. Критерій руйнування мікрооб'ємів матеріалу матриці приймається у формі Губера - Мізеса. Виходячи з властивості функції розподілу статистично однорідного випадкового поля границі мікроміцності матеріалу, сформульовано рівняння балансу зруйнованих мікрооб'ємів для фізично нелінійного матеріалу матриці, що разом із рівняннями зв'язку між макронапруженнями (МН) та макродеформаціями (МД) ВК із пористою фізично нелінійною матрицею утворює замкнену систему, яка описує спільний процес фізично нелінійного деформування та МП. Побудовано алгоритми обчислення залежностей МН у композиті від МД і МП матриці від МД, а також одержано відповідно криві у разі спільної дії нормального та дотичного навантажень на композит у випадку, коли матриця композита деформується за лінійно зміцнювальним законом. Досліджено діаграми деформування залежно від об'ємного змісту волокон і наявності дотичних навантажень для волокнистого композитного матеріалу.

Розроблено методику дослідження механічних характеристик під час розтягу неметалічних волокон з крихких матеріалів та методику визначення фізико-механічних характеристик ортотропних композитів за умов зсуву крученням стрижнів прямокутного перерізу до 3300 К. Створено установку для дослідження механічних характеристик під час розтягу неметалічних волокон за температур 290 - 1870 К та установку для визначення фізико-механічних характеристик неметалічних композиційних матеріалів під час кручення у діапазоні температур 290 - 3300 К. Одержано розрахункові співвідношення для великих прогинів у процесі випробувань на згин. Визначено величини характеристик міцності волокнистих композитів за різних видів випробувань. Основні результати дослідження використано у процесі розробки нових неметалічних волокнистих композиційних матеріалів, а також для аналізу міцності конструкцій нової техніки.

Досліджено процеси зародження та розвитку мікро- та макротріщин в об'ємі композита та пружні динамічні поля, які під час цього виникають. Розроблено науково обгрунтовані методологічні основи акустико-емісійного діагностування з урахуванням змін параметрів пружних хвиль, залежно від механізмів їх утвомрення. З цією метою розроблено фізичну модель виникнення та докритичного розвитку тріщин у матриці, когезивному шарі та скловолокні, основні положення якої верифіковано теоретично й експериментально розроблено на підставі застосування трипараметричного критерію.

Для односпрямованих волокнистих композитів побудовано узагальнення теорії довготривалої пошкоджуваності. Процес пошкоджуваності матриці матеріалу моделюється утворенням в ній стохастично розташованих мікропор. Критерій руйнування одиночного мікрооб'єму матриці характеризується його довготривалою міцністю, обумовленою залежністю часу крихкого руйнування від ступеня близькості еквівалентного напруження до його граничного значення, що характеризує короткочасну міцність за критерієм Губера - Мізеса, яке приймається випадковою функцією координат. Для довільного моменту часу сформульовано рівняння балансу пошкодженості (пористості) матриці. Побудовано алгоритми обчислення залежностей мікропошкоджуваності матриці волокнистого матеріалу, макронапружень або макродеформацій від часу, а також відповідні криві у випадку дробово-степеневого закону довговічності.

Проанализированы аналитические микромеханические модели для прогнозирования постоянных упругости композиционных материалов, армированных однонаправленными волокнами. На примере однонаправленного эпоксидного углепластика и ламинатов на его основе, выполнена сравнительная оценка рассматриваемых методик, даны рекомендации по их использованию.

Побудовано теорію довготривалої пошкоджуваності для волокнистих композитних матеріалів з урахуванням температурного впливу. Процес пошкоджуваності матриці композита моделюється утворенням в ній стохастично розташованих мікропор. Критерій руйнування одиничного мікрооб'єму характеризується його довготривалою міцністю, обумовленою залежністю часу крихкого руйнування від ступеня близькості еквівалентного напруження до його граничного значення, що характеризує короткочасну міцність за критерієм Шлейхера - Надаї, яке приймається випадковою функцією координат. Для довільного моменту часу сформульовано рівняння балансу пошкодженості (пористості) матриці з урахуванням температурної складової. Побудовано алгоритми обчислення залежностей мікропошкоджуваності матриці від часу, макронапружень від часу, а також одержано відповідні криві та досліджено вплив температури на деформування та мікропошкоджуваність матеріалу.

Виконано постановку, розроблено методику і надано розв'язок задачі про біфуркаційну стійкість оболонок обертання із волокнистих композитних матеріалів у разі довготривалої пошкоджуваності наповнювача.

Викладено теоретико-експериментальні засади кількісного оцінювання докритичного розтріскування скловолоконних композитних матеріалів, армованих склотканиною з її довільним пошаровим укладанням у пластичній матриці. Докритичне розтріскування таких композитів є передвісником спонтанного їх руйнування під дією механічного навантаження. Об'єктом дослідження є процеси зародження та розвитку мікро- та макротріщин в об'ємі композиту, пружні динамічні поля, які у цьому разі виникають. Розроблено науково обгрунтовані методологічні основи акустико-емісійного діагностування з урахуванням змін параметрів пружних хвиль залежно від механізмів їх генерування. Створено фізичну модель виникнення та докритичного розвитку тріщин у матриці, когезивному шарі та скловолокні, основні положення якої верифіковано теоретично й експериментально і яка замикається на застосуванні трипараметричного критерію оцінювання початку зародження руйнування.

Проаналізовано конструкційні матеріали на основі базальту з точки зору взаємозв'язку їх структури з міцністю й опором руйнуванню. Показано, що їх міцність визначається розміром початкових тріщиноподібних дефектів, а опір руйнуванню - кількістю і протяжністю ослаблених меж, які перпендикулярні напрямку поширення магістральної тріщини. За допомогою методу гарячого пресування одержано зразки базальтового однокомпонентного матеріалу з односпрямованою волокнисто-канальною структурою. Показано вплив температури і тривалості витримки зразка під тиском на структуру матеріалу і його поведінку у разі руйнування.

Побудовано теорію довготривалої пошкоджуваності для волокнистих композитів з фізично нелінійною матрицею. Процес пошкоджуваності матриці моделюється утворенням в ній стохастично розташованих мікропор. Критерій руйнування її одиничного мікрооб'єму характеризується його довготривалою міцністю, зумовленою залежністю часу крихкого руйнування від ступеня близькості еквівалентного напруження до його граничного значення, що характеризує короткочасну міцність за критерієм Губера - Мізеса, яке приймається випадковою функцією координат. Для довільного моменту часу сформульовано рівняння балансу пошкодженості (пористості) фізично нелінійної матриці. Побудовано алгоритми обчислення залежностей її мікропошкоджуваності від часу, макронапружень від часу, а також відповідні криві. Досліджено вплив нелінійності матриці на криві макродеформування і пошкоджуваності композита.

Технология автоматической укладки термопластичного композитного волокна, являющаяся одной из радикальных технологий получения больших или очень больших компонентов композитов с комплексными формами поверхности, широко используется в авиационно-космической промышленности. В качестве объектов исследования использовали восемь групп слоистых материалов с различными углами конструктивного размещения, которые были созданы с помощью алгоритма размещения переменного угла конической оболочки. Представлены алгоритм размещения переменного угла для конической оболочки и модель на основе метода конечных элементов для термопластичных слоистых композитов с переменным углом. Для каждой группы материалов проведены статистический анализ, исследование методом разложения по собственным формам и расчет устойчивости. Установлено, что зависимость напряжение - деформация, модальная прочность и прочность при продольном изгибе слоистых материалов с переменным углом периодически изменяются в зависимости от угла конструктивного размещения.

Викладено теорію мікропошкодженості волокнистих матеріалів із ортотропними компонентами. Мікроруйнування змодельовано порожніми порами. Критерій руйнування в мікрооб'ємі прийнято у формі Губера - Мізеса, де границя міцності є випадковою функцією координат із степеневим розподілом або розподілом Вейбулла. Напружено-деформований стан визначено на базі стохастичних рівнянь теорії пружності для матеріалів із ортотропними компонентами. Замикання рівнянь деформування та пошкоджуваності здійснено на базі рівняння балансу пористості компонентів. Побудовано нелінійні залежності сумісних процесів деформування таких матеріалів від макродеформацій.

Теорію довготривалої мікропошкоджуваності для однорідних матеріалів, в основу якої покладено рівняння механіки стохастично неоднорідних середовищ, узагальнено на випадок композита з ортотропними включеннями. Процес пошкоджуваності компонентів композита змодельовано утворенням у них стохастично розташованих мікропор. Критерій руйнування одиничного мікрооб'єму характеризується його довготривалою міцністю, зумовленою залежністю часу крихкого руйнування від ступеня близькості еквівалентного напруження до його граничного значення, що характеризує короткочасну міцність за критерієм Губера - Мізеса, яке приймається випадковою функцією координат. На базі методу ітерацій побудовано алгоритми обчислення залежностей мікропошкоджуваності компонентів дискретно-волокнистого матеріалу від часу, макронапружень або макродеформацій від часу, а також одержано відповідні криві у випадку експоненціально-степеневої функції мікродовговічності.

Для композитных материалов, армированных волокнами, актуальной является оптимизация размещения последних, что обеспечивает минимальное повреждение на стыке волокон и матрицы. Исследована кинетика развития повреждений в направлении действия максимальных сдвиговых напряжений с помощью генетического алгоритма, ранее разработанного авторами. Для 2-х композитов типа T300 и PEEK с использованием предложенного генетического подхода получены расчетные данные для различных скоростей сдвиговых деформаций на стыке волокон и матрицы, которые хорошо согласуются с полученными на основании математических моделей Кокса и Вейбулла. В дальнейших исследованиях планируется изучение влияния термомеханического нагружения на сдвиговое повреждение зоны стыка волокон и матрицы.

Описанная в сообщении 1 генетическая модель используется для оптимизации повреждения в плоскости максимальных сдвиговых напряжений на стыке волокон и матрицы в нанокомпозитном графито-эпоксидном материале. Получена хорошая корреляция между численными расчетами и экспериментальными данными для композита и нанокомпозитов на основе графита, усиленного нанополимерами. Экспериментальные данные также хорошо согласуются с результатами, полученными на основании расчетной методики Ясмина. В дальнейших исследованиях планируется изучение влияния термических напряжений на подобную оптимизацию.

Розглянуто відомі методики прогнозування пружних сталих для моделі композитного матеріалу, що армований односпрямованими волокнами, через мікромеханічні параметри його складових. Запропоновано методику врахування одержаних ефективних характеристик для цього типу композитного матеріалу у шарах розробленого багатошарового скінченного елемента тонкої неоднорідної оболонки.