Центральный Дом Знаний - Черепанов Г.П. Механика разрушения композиционных материалов

Информационный центр "Центральный Дом Знаний"

Заказать учебную работу! Жми!



ЖМИ: ТУТ ТЫСЯЧИ КУРСОВЫХ РАБОТ ДЛЯ ТЕБЯ

      cendomzn@yandex.ru  

Наш опрос

Я учусь (закончил(-а) в
Всего ответов: 2653

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0


Форма входа

Логин:
Пароль:

Черепанов Г.П. Механика разрушения композиционных материалов

Черепанов Г.П. 

М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1983. -296 с. 


Разрушение конструкций из составных материалов с различными физическими свойствами обладает многими специфическими особенностями, весьма затрудняющими адекватное теоретическое описание основных механизмов их деформирования и разрушения. В книге излагаются на современном уровне теоретической строгости наиболее принципиальные вопросы механики разрушения композитов: закономерности развития и торможения трещин, армирование упругих тел сингулярными элементами, оптимальное проектирование композиционных материалов. Рассмотрены волокнистые и многослойные материалы, а также сингулярно-армированные элементы конструкций. Предназначена для научных работников, занимающихся механикой разрушения, а также разработкой и применением композиционных материалов. Будет полезна также инженерам, преподавателям, аспирантам и студентам, занимающимся механикой твердого тела, а также проблемами прочности и разрушения.

ОГЛАВЛЕНИЕ:
Предисловие.................................... 4
Глава 1. Механизмы и закономерности разрушения композитов......... 7
§ 1. Основы механики разрушения......................... 7
§ 2. Теория адгезии............„...................... 28
§ 3. Вязкость скольжения. Энергия адгезии.................... 41
§ 4. Торможение трещины границей раздела различных упругих сред .... 55
§ 5. Растяжение однонаправленных волокнистых композитов........ 66
§ 6. Развитие поперечной трещины в композите (стохастический процесс) 76
§ 7. Вязкость и энергия разрушения........................ 83
§ 8. Сжатие однонаправленных волокнистых композитов........... 90
§ 9. Усталостное и коррозионное разрушение композитов.......... 94
§ 10. Композиты с дисперсными включениями.................. Ш
Глава 2. Асимптотическая теория армирования упругих тел............ 129
§ 1. Общий метод. . . , ;............................... 129
§ 2. Инвариантные Г-интегралы в особых точках и на особых линиях
поля (теория Г-вычетов)............................. 135
§ 3. Точечные соединения пластин, оболочек и трехмерных тел....... 145
§ 4. Передача усилий в стержни, армирующие оболочку или пластину . . . 159
§ 5. Расчет клепаных панелей............................. 178
§ 6. Один аналог задачи Койтера........................... 183
§ 7. Армирование трехмерных тел стержнями . . . .............. 190
Глава 3. Оптимальное проектирование некоторых композиционных материалов на основе механики разрушения..................... 206
§ 1. Введение...................................... 206
§ 2. Однородные пластины максимальной долговечности........ 217
§ 3. Оптимальное проектирование многослойных пластин (непрерывная
задача)........................................ 228
§ 4. Оптимальное проектирование многослойных пластин (дискретная
задача)........................................ 247
§ 5. Многослойные пластины и оболочки переменной толщины....... 258
§ 6. Общая теория трещины расслаивания в многослойных оболочках. . . 266
§ 7. Некоторые задачи о трещинах расслаивания...............'.. 279
Приложение.   Алгоритм конструирования оптимальной многослойной пластины.................................... 286
Литература..................................... 289


ПРЕДИСЛОВИЕ
Хотя слово "композит" сравнительно новое, к композитам, т.е. составным материалам, можно отнести почти все искусственные материалы, применяемые в инженерной практике. Однако, если в прошлом находка нового материала иногда приводила к новой эпохе в истории человечества, то в наше время новые материалы, обладающие замечательными свойствами, создаются целенаправленно и довольно часто, а в будущем, несомненно, материалы с заданными свойствами будут проектироваться подобно конструкциям. Тем не менее структура и свойства некоторых природных композитных материалов, без сомнения, достойна изучения и подражания (к таким материалам можно отнести, например, нефрит, материал зубов, кровеносных сосудов и многие другие). Несомненно, например, что механизм разрушения древесины во многом схож с механизмом разрушения таких современных однонаправленных композитов, как углепластик, стеклопластик, боралюминий и некоторые другие, уже нашедших широкое применение.
Опыт показывает, что уже на стадии изготовления композитов или же на очень ранней стадии их эксплуатации в композитах появляются трещины.
Теория разрушения твердых тел основана на представлении о том, что работоспособность и долговечность материалов в конструкции определяется закономерностями развития трещин и трещиноподобных дефектов. Механика разрушения, занимающаяся изучением развития трещин в твердых телах, как самостоятельный раздел физики сложилась за последние двадцать лет, когда были открыты некоторые основные закономерности процесса разрушения. Она является основным научным звеном, связывающим инженерное конструирование и материаловедение с фундаментальными дисциплинами: физикой и механикой твердого тела. От состояния этого звена в значительной степени зависит решение проблемы качества современных конструкций и материалов, позволяющее оптимальным образом увязать противоречивые требования надежности и экономичности.
Конструирование новых композиционных материалов, обладающих высокой удельной прочностью, жесткостью и вязкостью разрушения, обычно достигается путем армирования матрицы высокопрочным и жестким составляющим. Этот прием с давних пор известен строителям и конструкторам, которые для увеличения жесткости, прочности и несущей способности конструкции применяют всевозможные накладки, стрингеры, перекрытия и т.п. элементы.
Теория деформирования и разрушения таких составных систем наталкивается на существенные трудности в тех случаях, когда армирующий элемент является сингулярным, т.е. приводит к теоретически бесконечным перемещениям в точках прикрепления его к матрице. Таковы, например, все клепаные конструкции, в которых армирование или соединение различных элементов происходит в точках, т.е. на площадках очень малых размеров. Таковы материалы, армированные весьма тонкими и жесткими нитями, и многое другое.
Хотя в этой области было опубликовано огромное число работ, теории армирования не было создана, так как не была преодолена основная трудность: как записать условие совместной работы упругих элементов в сингулярных точках? Исследователи обычно уходили от ответа на этот вопрос, отказываясь от таких полезных абстракций, как точка, идеально тонкий стержень и т.п. Получающиеся в результате простые, но трудоемкие задачи приходилось решать или грубо, приближенно, или на ЭВМ. Таким образом, создание рациональной и строгой теории армирования является одной из стержневых проблем механики разрушения композиционных материалов.
Настоящая книга состоит из трех глав. В первой главе дается математическое описание некоторых основных эффектов, ответственных за развитие и торможение трещин в композиционных материалах и тем самым определяющих механизмы их разрушения. Излагаемая здесь теория основана на инвариантных Г-интегралах и постулате подобия.
Во второй главе развивается строгая (асимптотическая) теория армирования упругих тел сингулярными элементами. Условие разрушения таких систем оказьюается возможным записать при помощи инвариантных Г-интегралов.
В третьей главе предлагается теория оптимального проектирования некоторых многослойных материалов на основе механики разрушения.
Теория армирования, исследование механизмов разрушения и оптимальное управление ими в практических целях — таковы наиболее принципиальные вопросы механики разрушения композитов, поскольку они оказывают наиболее существенное влияние на технологию и производство материалов.
Математический аппарат, используемый в книге, включает в себя метод Винера-Хопфа, краевые задачи Римана - Гильберта, методы теории случайных функций, методы теории операций.
Монография основана на публикациях автора и его учеников. Часть результатов публикуется впервые.
Для чтения книги весьма полезно (но не обязательно) предварительное ознакомление с методами механики разрушения и с экспериментальными Данными по современным композиционным материалам. Наиболее полнбе изложение указанных вопросов имеется в следующих изданиях:
1. Fracture (Ed. by H.Liebowitz),vol. 1-7, Academic Press, New York and London, 1968-1974.
2. Composite Materials (Ed. by LJ. Broutman and R.H. Krock), vol. 1-8, Academic Press, New York and London, 1973-1976.'
3. Treatise on Materials Science and Technology (Ed. by H. Herman), vol. 1 -11, Academic Press, New York and London, 1976-1978.
4. Cherepanov G.P. Mechanics of Brittle Fracture. - Mc Graw Hill, New York, 1979, pp. 950.
Для первоначального ознакомления с основными видами структур композиционных материалов, основными типами их разрушений в различных условиях и с некоторыми теоретическими моделями можно рекомендовать том 5 из упомянутой энциклопедической серии "Composite Materials", переведенный на русский язык: Композиционные материалы. Разрушение и усталость. — М.: Мир, 1978,483 с.
Перечислим наиболее часто встречающиеся в монографии обозначения. Величина Г — инвариантный контурный интеграл или Г-интеграл. Нижний индекс у Г обычно совпадает с обозначением контура интегрирования. Безындексное обозначение Г применяется для величин Г-вычета, т.е. для значения Г-интеграла по произвольному замкнутому контуру, охватывающему особую точку физического поля и стягивающемуся в нее. Если из предыдущего изложения ясно, что речь идет о Г-вычете для конца трещины, то нижний индекс применяется для обозначения величины Г-вычета, характеризующей ту или иную стадию развития трещины, механизм локального разрушения или внешние условия. Например, индекс sec (stress corrosion cracking) для Yscc означает пороговую величину Г-вычета в конце трещины, ниже которой не происходит докритического роста трещины в образце, находящемся в химически активной среде под постоянной нагрузкой: индекс с (critical) для Гс означает величину Г-вычета в конце трещины в начале быстрого критического роста трещины в хрупком образце, подвергаемом монотонному нагружению в химически инертной среде, так что при Г < Гс роста трещины не происходит; индекс у (yielding) для Ту означает величину Г-вычета в конце трещины, ниже которого не происходит роста усталостной трещины в упруго-пластическом материале при циклическом нагружении. При наличии докритического роста трещины вследствие химической актив-нос ги внешней среды, усталости материала и т.п. величина Гс характеризует начало быстрого, критического ускорения роста трещины.
Вычисление расходящихся Г-интегралов называется Г -интегрированием; оно основано на строго выводимом правиле "конечная часть расходящегося интеграла", обоснованном лишь для Г-интегралов.
Величины К\, Кц , Кщ — коэффициенты интенсивности напряжений, характеризующие поле напряжений и деформаций вблизи конца трещины в упругом теле; нижние индексы I, II и III (римские цифры) означают нормальный разрыв или отрыв, поперечный и продольный сдвиг соответственно (в английской литературе эти типы разрушения называются opening, sliding and tearing modes соответственно). Дополнительные нижние индексы обозначают то же, что и для Г, однако имеют смысл только в случае квазихрупкого разрушения или, точнее, при наличии тонкой структуры в конце трещины.
Аналогично kh fcn> кш - коэффициенты интенсивности напряжений, характеризующие поле напряжений и деформаций в сверхтонкой структуре вблизи конца трещины в упругом теле.
Остальные обозначения относятся к более традиционным понятиям механики. Они объясняются в основном тексте и не требуют дополнительных пояснений.
Loading

Календарь

«  Май 2019  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
  12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031

Архив записей

Друзья сайта

  • Заказать курсовую работу!
  • Выполнение любых чертежей
  • Новый фриланс 24