Решение инженерных задач на высокопроизводительном вычислительном к

расположены под некоторым углом к оси образца, что инициирует разрушение срезом. Для эксперимента по модели «с учетом трения» и податливости опорных плит области возможного разрушения сосредоточены на опорной поверхности, что приводит к разрушению образцов от смятия.

Кроме анализа влияния рассмотренных факторов, вычислительные эксперименты позволяют смоделировать и оценить новые варианты проведения натурных экспериментов и сравнить их с существующими. Так для предотвращения смятия опорных поверхностей образцов крупноячеистых ПАКМ предложен метод заливки торцевых граней мягким сплавом («модифицированная модель»). Для ограничения сплава используют стальную обойму в виде кольца.

Моделирование процесса было проведено с учетом трения. Математическая постановка эксперимента записывается уравнениями (26.1)–(26.3). Граничные условия записываются соотношениями (26.4)–(26.7):

–на всех точках опорной поверхности нагружающей плиты задано перемещение (26.4); на соприкасающихся поверхностях образца, сплава и обоймы с поверхностью плиты формулируются контактные условия в форме закона Кулона (26.5), (26.7); между поверхностями нитей и матрицы, образца и сплава, сплава и обоймы имеет место идеальный контакт (26.5); остальные поверхности модели являются свободными (26.6).

Результаты «модифицированного» вычислительного эксперимента для партии из 10 рассматриваемых образцов представлены на рис. 26.3. Анализ результатов и сравнение с предыдущими вычислительными экспериментами позволяет сделать следующие выводы:

–величина разброса наибольших значений максимальных касательных напряжений в матрице для партии из 10 образцов

может составить до 26,1% при f = 0,3 (τmax = 71,8 МПа для образца B, τmin = 53,1 МПа для образца J) и 24,5 % при f = 0,6 (τmax = 73,3 МПа для образца B, τmin= 55,3 МПа для образца I);

311

–для одного и того же образца увеличение значения коэффициента трения приводит к росту напряжений в матрице от 1 до 4 %;

–по сравнению с экспериментом по модели «с учетом трения» для каждого образца наблюдается снижение уровня на-

пряжений от 7,6 до 45,8% (для f = 0,3) и на 13–42,6 % ( для f = 0,6).

Рис. 26.3. Наибольшие значения максимальных касательных напряжений вматрицахобразцовA–J для модифицированного вычислительного эксперимента

Это означает, что заливка торцов образцов мягким сплавом позволяет снизить разброс и влияние трения на получаемые прочностные характеристики ПАКМ. Кроме того, данный вариант проведения испытания на сжатие приводит к смене механизма разрушения материала: разрушение произойдет от сдвиговых напряжений вдоль плоскости под углом к опорной поверхности, а не от смятия. В реальном эксперименте такой механизм разрушения приводит к наибольшим значениям прочности.

Таким образом, построенные трехмерные компьютерные модели экспериментов механического испытания ортогональноармированного композиционного материала крупноячеистой структуры на сжатие, явным образом описывающие структуру материала образца и взаимодействие с элементами нагружающего приспособления, позволяют проанализировать напряженное состояние в компонентах образца. Выявлено что трение, возникающее на соприкасающихся плоскостях образца и плиты нагружающего приспособления, приводит к занижению прочностных

312

свойств ПАКМ, причем с увеличением коэффициента трения значения измеряемой на образцах прочности существенно падают. Установлено, что различное положение армирующего каркаса относительно граней образца приводит к нестабильности (разбросу) прочностных свойств трехмерно-направленных ортогональных композиционных материалов. Предложена модификация методики эксперимента на сжатие, дающая более высокие и более стабильные замеряемые значения прочности композита: заключение торцовобразца вобойму смягким сплавом.

Список литературы

1.Тарнопольский Ю.М., Кинцис Т.Я. Методы статических испытаний армированных пластиков – 3- е изд., перераб. и доп. –

М.: Химия, 1981. – 272 с.

2.Технология и проектирование углерод-углеродных композитов и конструкций / Соколкин Ю.В., Вотинов А.М., Ташкинов А.А., Постных А.М., Чекалкин А.А. – М.: Наука, 1996. –

240 с.

3. Comprehensive Composite Materials / Ed C. Zweben,

S.W.Tsai // Elsevier. – 2 000. – Vol. 4. – P. 622.

4. Ошева И.Ю., Ташкинов А.А., Шавшуков В.Е. Краевые эффекты при испытании призматического образца композиционного материала крупноячеистой структуры на сжатие // Механика композиционных материалов и конструкций. – 2011. –

Т. 17, № 4. – С. 498–511.

5. Ошева И.Ю., Шавшуков В.Е. Компьютерное моделирование сжатия образца из крупноячеистого пространственноармированного композита, заключенного в обойму для устранения влияния краевых эффектов // Вестник Самар. гос. техн. ун-та.

Сер. Физ.-мат. науки. – 2011. – Вып. 3(24) . – С. 176–180.

6. Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А. Механика деформирования и разрушения структурно-неоднородных тел. – М.: Наука,

1984. – 115 с.

313