Заключение

В работе разработана и исследована модель ПКМ на основе непрерывных стеклянных волокон и поликапроамидной матрицы, модифицированной слоистым алюмосиликатом монтмориллонитом. Модель содержит дефект в виде трещины на границе раздела волокно-матрица, которая растёт в результате развития деформаций.

В литературном обзоре описаны виды дефектов в армированных ПКМ. Рассмотрены материаловедческие и технологические основы модификации термопластичных матриц ПКМ наночастицами. Приводится описание стеклянных волокон, их физико-механических свойств, влияние химического состава стекла и диаметр волокон на его прочность, а также свойства элементарных волокон. Рассмотрены основные физические причины специфики наноматериалов, особенности получения и свойства наномодифицированных полимерных матриц.

Рассмотрен метод конечных элементов при моделировании ПКМ, принципы разбиения моделей на КЭ, микроподход в моделировании ПКМ, аналитические микромеханические модели для прогнозирования деформационно-прочностных свойств ПКМ, подходы моделирования для прогнозирования роста трещин. Определены теоретическая базовая модель для прогнозирования деформационно-прочностных свойств ПКМ и метод Холпина - Цая расчёта модуля упругости полимерной матрицы модифицированной наночастицами.

В исследовательской части решены следующие задачи: сформулированы начальные и граничные условия, обоснованы допущения, построена физическая модель, выбран метод расчета, проанализированы полученные данные, проведена верификация модели на адекватность. Методом конечных элементов проведён анализ предложенной модели. Расчеты проводились с помощью программного комплекса ANSYS. Получены зависимости, характеризующие напряженное состояние ПКМ при различной степени деформирования. Анализ полей напряжений, возникающих в ПКМ при разрушении, показал, что модификация матрицы наночастицами позволяет достичь равномерного перераспределения напряжений, при этом нормальные и сдвиговые напряжения не превосходят свои предельные значения, а материал, сохраняет работоспособность. Это является следствием того, что на начальной стадии пластических деформаций в нанокомпозите формируются микротрещины в матрице между стопками силикатных пластинок, которые выполняют роль стопперов, что приводит к значительному повышению трещиностойкости материала. Модель хорошо коррелирует с экспериментальными данными, может быть усовершенствована путем уточнения начальных условий, исключения допущений и оптимизирована путем варьирования параметров.

Список литературы

1. Алымов М.И., Зеленский В.А. Методы получения и физико-механические свойства объемных нанокристаллических материалов. - М.: МИФИ, 2005. – 52 с.

2. Алымов М.И. Механические свойства нанокристаллических материалов. – М.: МИФИ, 2004. – 32 с.

3. Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. – М.: Машиностроение –1, 2003 – 112 с.Фрейдин А.С., Турусов Р.В. Свойства и расчет адгезионных соединений - М.: Химия, 1990. – 54 с.

4. Лякишев Н.П., Алымов М.И., Добаткин С.В. Объемные наноматериалы конструкцонного назначения // Металлы, 2003. №3. С.3-16

5. Новые материалы. Под ред. Ю.С. Карабасова – М.: МИСИС, 2002 – 736 с.

6. Андриевский Р. А. Наноматериалы: концепция и современные проблемы. // Рос. хим.ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И.Менделеева), 2002-т. XLVI- №5-,С. 50-56.

7. Ч.Пул-мл., Ф.Оуэнс / Под ред. Ю.И. Головина. – М.: Техносфера, 2007. – 375 с.

8. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления развития. / Под ред. М.К. Роко, Р.С. Уильямса и П. Аливисатоса: Пер. с англ. - М.: Мир, 2002. -С. 292.

9. D.P.N. Vlasveld. Fibre reinforced polymer nanocomposites.- Delfi University of Technology 199c.

10. Фудзи Т., Дзако М. Механика разрушения композиционных материалов / Пер. с яп. яз. С.А. Маслиникова / Под ред. В.И. Бурлаева – М.: Мир, 1982. – 232 с.

11. Л.Нильсен. Механические свойства полимерво и полимерных композиций,/ перевод с англ. П.Г.Бабаевского, Химия, 1978, 310 с.

12. М.Ричардсон. Промышленные полимерные композиционные материалы/перевод с англ. П.Г.Бабаевского, А.А.Грабильникова, С.Г.Кулика, Химия, 1980, 472 с.

13. Э.Кинлок Адгезия и адгезивы. Наука и технология / Пер. с англ. канд. хим. наук А.Б. Зильбермана / Под. ред. д-ра хим. наук проф. Л.М. Притыкина - М.: Мир, 1991. - 485 с.

14. Моделирование состава и структуры композиционные материалов в среде ANSYS. Руководство пользователя 2004.- SAS Ltd. - 500 с.

15. Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах – М.: Компьютер пресс, 2002.-224 с.

16. Кисилев Б.А. Стеклопластики - М: Госхимиздат, 1961. – 240 с.

17. Кулик В.И Композиционные материалы, классификация, армирующие волокна и реактопластичные связующие. / Под ред. Мешкова Е.В. – СПб. : 2000. - 294 с.

18. Канович М.З. Применение методов механики полимеров для создания высокопрочных ориентированных стеклопластиков / Автореферат – М.: 1985. – 45 с.

19. Пластики конструкционного назначения. Реактопласты / Под ред. Е.Б. Тростянской. – М.: Химия, 1994. - 303 с.

20. Бунаков В.А., Головкин Г.С.,. Машинская Г.П Армированные пластики / Под ред. Г.С. Головкина, В.И. Семенова - М.: МАИ. 1997. – 404 с.

21. Наполнители для полимерных композиционных материалов: Справочное пособие / Пер. с англ. / Под ред. П.Г. Бабаевского - М.: Химия, 1981. – 736 с.

22. Канович М.З., Рогинский С.Л. Высокопрочные стеклопластики – М.: Химия, 1979. – 143 с.

23. Ф. Морган. Стеклопластики / Пер. с англ. / Под ред. Я.Д. Авраcина. - М: Издательство иностранной литературы, 1961. – 287с.

24. Михайлин Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. – СПб.: Научные основы и технологии, 2008. – 822 с.

25. F. P. van der Meer, “Mesolevel Modeling of Failure in Composite Laminates: Constitutive, Kinematic and Algorithmic Aspects,” Arch. Comput. Methods Eng., vol. 19, no. 3, pp. 381–425, Sep. 2012.

26. C. A. Rose, C. G. Dávila, and F. A. Leone, “Analysis methods for progressive damage of composite structures,” Hampton, VA, NASA/TM–2013-218024, Jul. 2013

27. Термопласты конструкционного назначения. Под ред. Е.Б. Тростянской.М.,Химия,1975,240с.

28. Thermoplastic composite materials. Ed. L.A.Carisson,Elsevier Scientific Publ.Co , 1990,360 p.

29. Баренблатт Г. И. Математическая теория равновесных трещин, образующихся при хрупком разрушении//Изв. АН СССР. ПМТФ. 1961. №4. С. 3—56