АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ХАСП СРЕДИ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ 6
1.1 Композитные материалы 6
1.2 Общие представления о ХАСП 6
1.2.1 Стеклопластики 7
1.2.3 Стекломат 10
1.2.4 Полиэфирные смолы 11
1.3 Структурные особенности стеклопластиков 12
1.3.1 Учет неоднородности 12
2 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХАСП 14
3 ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ПРОЧНОСТИ КОМПОЗИТОВ 15
композитного материала 15
3. 2 Термодинамический подход прогнозирования прочности КМ 16
4 МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ 27
5 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 29
6 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМИРОВАНИЯ
ХАСП 30
6.1.1 Определение объемной доли волокон в композите 33
6.2 Изготовление образцов методом ручной укладки 35
7 МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ОБРАЗЦОВ 37
7.1 Определение интегральной жесткости образцов партии № 1 37
7.3 Определение упругих и прочностных характеристик образцов
партии №1 41
7.3.1 Растяжение гладких образцов партии №1 41
7.4 Растяжение образцов партии №1 с различной величиной
одностороннего надреза 43
7.5 Прочностные характеристики образцов партии №2 45
Нелинейность диаграммы деформирования, возможно, связана со
скольжением разорванного волокна в матрице 47
7.6 Циклическое нагружение образцов партии №2 47
7.7 Определение прочности образцов партии №2 с различными
концентраторами 49
8 РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ХАСП 54
8.1 Модель изотропного линейно-упругого однородного 55
материала 55
8.1.1 Упругий расчет прямоугольная пластина с трещиноподобным
дефектом (партия №1) 55
8.1.2 Упругий расчет прямоугольная пластина с отверстием (партия №2) .. 59
8.2 Модель изотропного нелинейного однородного материала 63
8.3 Модель изотропного линейно-упругого неоднородного 67
материала 67
8.4 Модель изотропного упругопластического неоднородного 72
материала 72
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 76
Хаотично армированный стеклопластик (ХАСП) приобрел свое широкое распространение из-за таких достоинств, как низкая себестоимость, малый удельный вес, простота изготовления и др. Его отличительной особенностью среди стеклопластиков является неоднородность, которую необходимо учитывать при проектировании ответственных элементов конструкции.
Развивающимися на сегодняшний день в механике композитных материалов являются нелокальные подходы к оценке прочности конструкционных материалов с концентраторами, рассматривающие идеи, заложенные более двадцати лет назад [1].
Существуют многопараметрические модели, которые рассматривают разные аспекты, связанные с неоднородностью, в частности, учет накопления повреждений и анизотропию свойств. Данные модели требуют подробного исследования и достоверного определения параметров, входящих в расчет, что представляет собой трудоемкую задачу.
Поэтому разработка малопараметрических моделей для оценки прочности конструкций, обеспечивающих достаточную для инженерных приложений точность, стала целью нашей работы.
В результате расчетно-экспериментального анализа оценки прочности элементов конструкций из ХАСП выполнены все поставленные в ВКР задачи.
1. Экспериментально исследованы разбросы локальных толщин двух стекломатов с различной поверхностной плотностью и показано, что они имеют нормальное распределение с коэффициентами вариации в диапазоне 9,7-12,0%.
2. Исследованы разбросы контактной жёсткости ХАСП и жёсткости на изгиб и показано, что коэффициенты вариации лежат в пределах 6-17%, что согласуется с разбросами толщин стекломата.
3. Определены механические свойства гладких образцов и образцов с концентраторами при кратковременном квазистатическом растяжении. Предел прочности составляет 184±3МПа, а модуль упругости 11,8±1 ГПа.
4. Определено, что ХАСП слабо чувствителен к концентраторам напряжений. В частности, экспериментально получено, что при наличии отверстия диаметром 2 мм прочность ХАСП при растяжении снижается менее чем на 15%.
5. Разработаны четыре малопараметрические модели механического поведения ХАСП с одним варьируемым параметром - размером КЭ.
6. Показано, что модели 3 и 4 (с включением неоднородности материала по Мотту) позволяют сделать прогноз нагрузки разрушения образца с отверстием при растяжении с погрешностью менее 10%.
