Задачи строительной механики композитов
4 Задачи строительной механики композитов
Одной из основных особенностей композитов является тот факт, что материал изготавливается в большинстве случаев одновременно с изготовлением конструкции. Это относится как к железобетонным конструкциям, так и к новейшим технологиям. Полимерные композиты могут изготавливаться разными способами – литье под давлением или свободное литье, прессование, экструзия, намоточные технологии, изготовление на основе препрегов и т.д. Во всех случаях изделие и материал получаются в едином процессе. Поэтому задачи, возникающие при разработке технологии материалов, пересекаются с задачами расчета самих конструкций.
Технология композитных материалов включает в себя следующие задачи.
1. Исследование основных характеристик компонентов композитов и материала в целом.
2. Выбор оптимальной структуры материала для заданных условий эксплуатации.
3. Разработка технологии изготовления.
4. Разработка методов расчета для определения свойств материала и описания поведения конструкций.
5. Разработка эффективных экспериментальных методов для анализа характеристик материала, напряженно-деформированного состояния и прочности конструкций, методов оценки сплошности материала и работоспособности изделий.
Очевидно, что широкий спектр композитов, – как по составу, так и по «внутренней» геометрии – требует создания некоторого набора как технологических приемов, так и разработки методов расчета и экспериментальных методик. С точки зрения построения расчетных методик применительно к анализу полей напряжений и деформаций в материале при действии внешних термосиловых полей наиболее очевидны следующие классы задач.
Рекомендуемые материалы
1. Расчет НДС волокнистых композитов регулярного строения.
2. Расчет волокнистых композитов с хаотичным армированием короткими нитями.
3. Расчет дисперсно наполненных композиций.
Рекомендуем посмотреть лекцию "Мотивация и стимулирование персонала в организации".
Задачи, перечисленные выше, являются сложными в силу следующих причин.
Характер работы материалов матрицы и армирующих включений является в большинстве случаев нелинейным.
Сложной является внутренняя геометрия расчетной области. В большинстве случаев приходится решать контактные задачи с множеством поверхностей контакта. Введение же каждой внутренней границы в расчетной области, по некоторым оценкам, приводит к усложнению задачи, эквивалентному повышению ее размерности.
Эти трудности можно отнести к чисто техническим. В то же время можно назвать ряд обстоятельств принципиального свойства.
Например, есть параметры, которые легко ввести в модель, но трудно оценить количественно. Это относится прежде всего к так называемым межфазным слоям. Такие слои всегда образуются на границе между матрицей и армирующими элементами – естественным образом или создаются искусственно. Очень трудно оценить и размер этой области, и ее характеристики, которые необходимо заложить в расчет. Возникает неопределенность, которая носит принципиальный характер.
Второе обстоятельство заключается в неопределенности взаимодействия фаз. Легко моделируются – в том числе при использовании численных методов – случаи, когда на границе между матрицей и включениями адгезия идеальна. Это означает, что перемещения на границе непрерывны. Если же допустить, что возможен отрыв матрицы от включения или взаимное проскальзывание с трением, задача становится неопределенной.
