Определение безопасных уровней статических нагрузок для полимерных композитов, ослабленных трещинами

Abstract

В работе предложены и проиллюстрированы научные методики, которые позволяют проводить расчеты безопасного уровня нагрузок пластинчатых элементов конструкций, изготовленных из вязкоупругих полимерных композитных материалов (ПКМ). Теоретическая часть исследования выполнена с использованием модели нелинейной механики разрушения, учитывающей особенности поведения материала в окрестности вершины трещины, линейной теории вязкоупругости для ортотропных тел с трещинами нормального разрыва, критерия критического раскрытия трещины и основаны на теории длительного разрушения вязкоупругих тел, изложенной в монографиях Предложенные методики также включают теоретическое определение вязкоупругих характеристик ортотропных ПКМ на основе подхода микромеханики композитных материалов, исходя из их структуры и реологических и механических свойств наполнителя и связующего.

У рамках нелінійної механіки руйнування досліджено задачу про розкриття тріщини нормального відриву в полімерному композитному матеріалі з в’язкопружними властивостями, що перебуває під дією розтягувальних напружень. Викладено аналіз моделювання в’язкопружних властивостей композита і тріщини. Запропоновано методики дослідження деформування композита з тріщиною, а також методики визначення безпечного навантаження, при якому не відбувається розвитку тріщини. Шляхом порівняння отриманих теоретичних результатів та експериментальних даних для полімерних композитів, які використовуються у конструкціях сучасних літаків, встановлено ефективність запропонованої методики розрахунків.

Within the framework of the nonlinear fracture mechanics, a problem of mode I crack opening in the polymer composite material with viscoelastic properties is investigated. The material is undergone the tension stresses. An analysis of modeling of viscoelastic properties of composite and crack is set. The techniques of investigation are proposed for deformation of composite with crack as well as for determination of the safe load at which the crack does not propagate. By comparison of the theoretical results and experimental data for polymeric composites that are used in the modern aircraft structures an efficiency of proposed technique is established.