Тема: Влияние диссипативных процессов на закономерности разрушения стареющих вязко-упругих сред

В связи с массовым внедрением полимеров и композитов на их основе в машиностроении, сельском хозяйстве, медицине, автомобиле- и аэростроении актуальным стоит вопрос прогнозирования работоспособности этих материалов. Композиционные материалы отличаются прочностью, легкостью и стойкостью к коррозии, что способствует их применению в различных инженерных приложениях. Эксплуатационные условия, в которых могут находиться пластмассы, полимерные изделия и конструкции, защитные покрытия, не всегда бывают благоприятными для устойчивого состояния материала. Полимерные материалы подвергаются влиянию механических (напряжения различной интенсивности), физических (тепло, свет, радиация), химических (кислород, вода и др.) факторов. Внутренние физико-химические процессы, протекающие в результате этих воздействий, приводят к изменению характеристик полимеров. В материале накапливаются различные повреждения, вызванные механическими воздействиями. Кроме этого физико-химические процессы способствуют изменению свойств материала в результате их старения. Полимеры и композиты на их основе, в отличие от металлов, менее стабильны и процессы старения в них протекают более интенсивно, существенно ускоряясь при воздействии механических напряжений и различных физико-химических полей. Теплота и радиация, в частности, ультрафиолетовое облучение активизируют процессы окислительной реакции разложения (деградации). Исследования процессов старения и разрушения полимеров находятся на начальной стадии сравнительно с металлами, оптимизация свойств которых в зависимости от состава и обработки изучается в течение столетий.
В работе рассматриваются процессы поврежденности и старения на основе механических моделей. Вводится модель композиционной структуры, составленной из упругого и вязкого элементов. В рамках модели описывается широкий диапазон свойств материалов от абсолютно сжимаемого до вязкого, несжимаемого. Подобные композиционные структуры широко внедряются во многих областях современной техники и медицины, в частности, в электронной и оптической промышленности. При этом особое внимание уделяется качеству материала, его надежной и длительной работоспособности. Зачастую эти показатели являются главными. В связи с этим исследование поведения полимерных материалов, подвергнутых старению, соответствующими реологическими моделями является достаточно актуальной задачей, как с точки зрения практического применения, так и с точки зрения фундаментальной науки. В работе рассматривается модифицированная упруго-вязкая модель Максвелла, записанная в шкале эффективного времени. Параметр эффективного времени, введенный Р.А. Арутюняном, описывает взаимосвязанные деформационные и физико-химические процессы. Вводится кинетическое уравнение для параметра поврежденности на основе концепции поврежденности Качанова-Работнова. При этом в качестве параметра поврежденности может рассматриваться необратимое изменение объема, разрыхление материала (по терминологии Новожилова) или изменение плотности (согласно подходу Арутюняна).

Купить

Выполнен обзор научной литературы по старению полимерных материалов, по модели Максвелла и по концепции поврежденности Качанова- Работнова. Для описания ползучести стареющей среды используется модель Максвелла, записанная в шкале эффективного времени. Получено соотношение для функции ползучести стареющего материала. Наблюдается хорошее согласие теоретических и экспериментальных кривых ползучести. Используется кинетическое уравнение для параметра поврежденности (разрыхления) Новожилова-Арутюняна, позволяющее преодолеть недостатки теории Качанова-Работнова. В работе считается, что материал сжимаем, и в качестве параметра сплошности рассматривается относительное изменение плотности. На основе этого параметра и с учетом закона сохранения массы формулируются взаимосвязанные уравнения ползучести и сплошности. Для решения кинетического уравнения для параметра поврежденности используются приближенные методы, в частности рассматривается только линейный член разложения экспоненциальных функций. Построены теоретические кривые сплошности и длительной прочности. Наблюдается качественное согласие полученных кривых с результатами опытов над образцами из полимерного материала.
Проведенные исследования показали, что одним из путей дальнейшего развития уравнений, характеризующих вязко-упругое поведение, является использование в классических соотношениях параметра эффективного времени и экспериментальных зависимостей, отражающих структурные изменения в материалах. Такой подход позволяет уточнить описание механического поведения стареющей полимерной среды и расширяет возможности уравнений вязко-упругости.

Купить