Механика композитных материалов 3 1979

Решение II Всесоюзной конференции по проблемам биомеханики

36*

564

C O N T E N T S

565

УДК 539.4:678.5.06:539.2

Обзор и перспективы исследования межфазной трещины. Дундурс Дж., Комниноу М.

Механика композитных материалов, 1979, № 3, с. 387—396.

Анализируется природа сингулярностей при переходе от адгезии к контакту и обсужда­ ются два решения, полученные в последнее время для бесфрикционного контакта в вер­ шине. Сформулирована задача о межфазной трещине в монотонно возрастающем сдвиго­ вом поле при учете трения в контактных зонах и получены некоторые результаты. Ста­ вится задача оценки корректности большого числа имеющихся решений, содержащих осциллирующие сингулярности. Ил. 4, библиогр. 16 назв.

УДК 539.4:678.5.06:539.612

Поверхность углеродных волокон, ее модифицирование и влияние на разрушение высо­ комодульных углепластиков. Калнин И. Л. Механика композитных материалов, 1979, № 3, с. 397—406.

Обсуждаются существующие виды обработки поверхности углеродных волокон, сопро­ вождающиеся изменением ее свойств, а также влияние состояния поверхности на микро­ разрушение ориентированных углепластиков. Табл. 1, ил. 3, библиогр. 59 назв.

УДК 539.3:678.5.06

Оптимизация схемы армирования композита по деформируемости при заданных на­ пряжениях. Крегер А. Ф., Мелбардис Ю. Г Механика композитных материалов, 1979, № 3, с. 407—413.

Обсуждается постановка задачи определения схемы армирования композита, которая обладала бы наименьшей деформируемостью, для случая, когда на материал ожидается воздействие не одного, а нескольких разных напряженных состояний. Совокупность этих напряжений образует одну или несколько замкнутых поверхностей в шестнмерном про­ странстве напряжений, которые названы поверхностями ожидаемых напряженных со­ стояний. Характеристикой деформируемости материала принята длина вектора дефор­ мации Re в шестимерном пространстве деформаций. Лучшей из нескольких рассматри­ ваемых схем армирования считается та, у которой для принятой поверхности ожидаемых напряженных состояний наибольший из всех Re будет меньше. Решено несколько задач оптимального армирования материала для конкретных поверхностей ожидаемых напря­ женных состояний. Найдено, что для достижения наибольшей жесткости материала при отношении модулей упругости арматуры и матрицы меньше 10, а также при коэффи­ циенте армирования меньше 0,1 практически всю арматуру следует ориентировать в направлении наибольшего по абсолютному значению главного напряжения. Выявлены случаи, когда косоугольные схемы армирования эффективнее, чем армирование по на­ правлениям главных напряжений. Табл. 4, ил. 4, библиогр. 11 назв.

УДК 539.375:678.5.06

К теории вязкоупругости композиционных материалов. Победря Б. Е. Механика компо­ зитных материалов, 1979, № 3, с. 414—423.

Предлагается метод решения динамических и квазистатических задач линейных вязкоупругих тел с регулярной структурой. Этот метод заключается в решении последова­ тельности задач анизотропной теории вязкоупругости. Для решения квазистатических задач такого типа предлагаются два метода, первый из которых применяется в случае, если известно аналитическое решение соответствующей задачи теории упругости, а вто­ рой — когда это решение может быть найдено только численно или экспериментально. Выписываются в явном виде все соотношения и функции, позволяющие определять микронапряжения, обусловленные композиционной структурой слоистого вязкоупру­ гого материала при достаточно большом числе слоев. Библиогр. 9 назв.

УДК 539.374.001

Интегральные представления тензоров второго ранга и полевая теория пластичности.

Лагздинь А. Ж. Механика композитных материалов, 1979, № 3, с. 424—433.

Исследуются возможности представления тензоров интегралами от специального вида полевых тензоров на группе трехмерных вращений и па единичной сфере. Предлагается новый вариант феноменологической теории пластичности, основанный на интегральном представлении тензора пластических деформаций. Библиогр. 6 назв.

УДК 539.4:678.5.06

Механика разрушения композитных материалов. Си Дж. Механика композитных мате­ риалов, 1979, № 3, с. 434—446.

Рассмотрены как теоретические, так и экспериментальные исследования волокнистых композитов с дефектами. Определено, при каких условиях связь, основанная на обычной концепции механики разрушения для однофазного однородного материала, будет при­ менима. При этом дискретная природа композита не принимается во внимание, а исполь-

567

У В А Ж А Е М Ы Й Ч И Т А Т Е Л Ь !

Виздательстве «Зинатне» готовится к изданию книга

А.К. МАЛМЕЙСТЕР, В. П. ТАМУЖ, Г А. ТЕТЕРС

СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ И к о м п о з и т н ы х МАТЕРИАЛОВ

(3-е переработанное и дополненное издание)

В монографии развиваются теории деформирования и прочности и методы расчета конструкций из полимерных и композитных материалов. В ней изложен полный спектр этой проблемы. В исследовании использованы результаты многочисленных отечествен­ ных и зарубежных ученых, в том числе ряд оригинальных работ, выполненных авторами с сотрудниками в Институте механики полимеров Академии наук Латвийской ССР. Пер­ вые главы монографии посвящены физической механике как основе инженерных методов расчета и методологии учения о сопротивлении материалов. Излагаются теории напря­ женно-деформированного состояния твердого тела в тензорном виде. Строятся и иссле­ дуются определяющие соотношения, устанавливающие связь между напряжениями и де­ формациями в случаях анизотропного упругого тела, нелинейно-упругого тела, рассмат­ риваются реономные свойства материалов, основные положения теории пластичности, основы теорий пластичности, построенные на статистической концепции локальности де­ формаций, связь между напряжениями и деформациями в армированных средах. Обсуж­ даются и исследуются соответствующий математический аппарат и физико-механи­ ческие проблемы и их возможные схематизации с учетом статистических представлений о структуре полимерных и композитных материалов. На основе теории локальности де­ формаций развивается методика решения задач сложного нагружения материалов с не­ явно выраженным пределом текучести, в частности, при решении задач о потере устой­ чивости оболочек из полимерных и композитных материалов.

Разработаны теории прочности и разрушения композитных и полимерных материа­ лов, обсуждаются предельные температурно-временные напряженно-деформированные состояния. Обращается внимание на изложение теоретических основ и практических результатов по прогнозированию и методам диагностики жесткости и прочности совре­ менных полимерных и композитных материалов.

Даны постановки и решения задач об определении напряженно-деформированного состояния и устойчивости стержней, балок, пластин и оболочек, показано влияние ани­ зотропии, пластических деформаций и реономных свойств полимерных и композитных материалов на напряженно-деформированное состояние, кратковременную и длительную устойчивость соответствующих конструктивных элементов. Обсуждена и показана необ­ ходимость учета низкой сдвиговой жесткости материала. Разработана методика приме­ нения теории локальности деформаций в задачах устойчивости.

Завершающая глава монографии посвящена постановке задачи и конкретным ре­ зультатам оптимального проектирования пластин и оболочек из композитных материа­ лов, задача сформулирована как задача нелинейного математического программирова­ ния: критерием качества конструкции может быть масса или стоимость или другое качество оболочки при ограничениях на комплекс предельных состояний (устойчивость, прочность, частота колебаний, критическое время и др.); оптимизируемыми параметрами является структура композита и геометрия оболочки или пластины. Решены конкретные задачи оптимизации для слоистых пространственно армированных и гибридных компо­ зитов. Глава опирается на данные предыдущих глав, посвященных исследованиям струк­ турной механики композитов, прочности, устойчивости и других проблем.

Первое и второе издания книги привлекли внимание научной общественности — на них появились отзывы как в СССР, так и за рубежом (ГДР, Чехословакия, Венгрия, ФРГ); книга была переведена на немецкий и на английский языки и издана в ГДР и в США.

Третье издание книги дополнено результатами оригинальных разработок, выполнен­ ных главным образом авторами и их сотрудниками.

Расширены разделы о вязкоупругих свойствах, теории армирования, прочности и разрушении полимерных и композитных материалов; добавлены характерные экспери­ ментальные данные о кратковременной и длительной прочности и разрушении при слож­ ном напряженном состоянии; изложены теоретические и экспериментальные основы ди­ агностики и прогнозирования механических свойств полимерных и композитных материа­ лов; дополнены разделы по теории и расчету оболочек из композитов, по их устойчи­ вости; добавлена глава об основах оптимального проектирования оболочек и пластин из слоистых пространственно армированных и гибридных композитов.

Поскольку значительная часть монографии, в том числе основная часть дополнений к третьему изданию, содержит информацию о сопротнйленнн композитных материалов на полимерной основе, авторы решили уточнить название книги.

Объем книги 40 изд. листов. Ориентировочная цена — 3 р.

Заказы на книгу следует направлять по адресу: 226018, Рига, ул. Тургенева, 19, изда­ тельство «Зинатне».

зуются усредненные механические характеристики волокнистого композитного мате­ риала. Были измерены и проанализированы критический коэффициент концентрации на­ пряжений и скорость высвобождения энергии. Результаты показывают хорошее соответ­ ствие с предсказаниями механики разрушения на уровне, когда композит как единое целое откликается на внешнее воздействие. Большие расхождения были обнаружены в случае, когда имеет место заметное разделение материала на фазы. Табл. 2, ил. 15, библиогр. 14 назв.

УДК 539.4:678,5.06

Экспериментальное исследование разрушения композитных материалов. Роуланде Р. Э., Стоун Э. Л. Механика композитных материалов, 1979, № 3, с. 447—452.

Обсуждается применение экспериментальных методов, в частности «фотомеханики», и испытаний на усталость к изучению разрушения композитных материалов при нормаль­ ной и криогенной температурах. Исследуется как статическое, так и динамическое нагру­ жение. Ил. 7, библиогр. 19 назв.

УДК 539.4:678.5.06

Множественное разрушение слоистых пластиков. Келли А. Механика композитных ма­ териалов, 1979, № 3, с. 453—458.

Рассмотрен теоретический расчет растрескивания многослойных композитов. По резуль­ татам сопоставления предельных деформаций поперечных и продольных слоев была пред­ сказана опасность растрескивания в зависимости от структуры материала и степени армирования. Ил. 4, библиогр. 11 назв.

УДК 539.4:678.5.06

Природа роста трещин в композитных материалах. Бюнсель А. Р. Механика композит­ ных материалов, 1979, № 3, с. 459—465.

Рассмотрены особенности и различия разрушения разных композитов, а именно, компо­ зитов с хрупкой матрицей — асбестоцемента, бороалюминия и углепласта. Если в первом случае концепция линейной механики разрушения применима, то в двух последних картина и расчетные значения разрушения отличны от предсказанных линейной механи­ кой разрушения. Ил. 8, библиогр. 13 назв.

УДК 539.4:678.5.06

Некоторые интересные механические свойства композитных материалов. Чиао Т Т Меха­ ника композитных материалов, 1979, № 3, с. 466—469.

Описываются две обнаруженные особенности механического поведения арамидоэпоксидных и стеклоэпоксидных композитов. Одна из них заключается в том, что разгруженные незадолго до разрушения образцы композитов после длительного предварительного воздействия постоянных напряжений почти полностью сохраняют свою первоначальную (исходную) прочность. Вторая особенность заключается в поразительно малом влиянии низкомодульных с большим предельным удлинением связующих на свойства стекло­ пластиков. Обсуждаются вопросы о применимости результатов испытаний по определе­ нию остаточной прочности композитов, а также эффективность использования пизкомодульных связующих в волокнистых композитах. Ил. 4, библиогр. 7 назв.

УДК 539.4:678.5.06

Анализ трещин в композитном материале при термическом нагружении. Херман К-, Браун X. Механика композитных материалов, 1979, № 3, с. 470—479.

Развивается квазистатический подход к анализу распространения трещин в однонаправ­ ленном малоармированном композите с круглыми волокнами гексагональной структуры при тепловом воздействии. Используется приближенное аналитическое решение с приме­ нением метода комплексного переменного и метода интегральных уравнений, а также метода конечных элементов. Рассматриваются два вида трещин в характерной ячейке двухфазного композита с целью получения численных результатов по перемещению края трещины, сил, при которых происходит распространение трещины, и коэффициента интен­ сивности критических напряжений для некоторых комбинаций материалов. Показано, что для круглой характерной ячейки аналитическое решение задачи по распространению трещин при термическом нагружении дает хорошую аппроксимацию за исключением кон­ тактной поверхности между волокном и матрицей. Исследовалось также явление пре­ кращения распространения трещины в волокне. Табл. 4, ил. 11, библиогр. 22 назв.

УДК 539.4:678.5.06

Характеристика и особенности разрушения графито-алюминиевых композитов. Лакман У. Л. Механика композитных материалов, 1979, № 3, с. 480—484.

Усовершенствование процесса инфильтрации жидкими металлами и создание барьерных покрытий на поверхности раздела волокно—матрица привели к разработке нового класса композитов па основе графитовых волокон и металлических матриц. На пилотной уста­ новке непрерывного действия получен полуфабрикат композитного материала на основе

569

У В А Ж А Е М Ы Й Ч И Т А Т Е Л Ь !

В и з д а т е л ь с т в е « З и н а т н е » в ы ш л а к н и г а :

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Сборник содержит три раздела. Содержание статей первого раздела «Исследование молекулярного и надмолекулярного строения материала» затраги­ вает широкий круг вопросов, связанных со строе­ нием полимерного материала на различных уровнях структуры. Все работы по задачам и полученным результатам можно свести к следующим основным направлениям: 1) раскрытие новых закономернос­ тей связи структуры и свойств и 2) создание новых методов регулирования структуры и связанных с ним свойств. Большинство работ связано с изуче­ нием структурного состояния полимеров на различ­ ных уровнях строения. Статьи второго раздела «Ис­ следование процесса изготовления материала» от­ ражают результаты поиска связей между характе­ ристиками механических свойств готового мате­ риала и показателями молекулярного или надмоле­ кулярного строения, полученными в процессе его изготовления.

Изучение механизмов старения, деформирования и разрушения полимерных материалов необходимо как для предсказания их поведения в эксплуатаци­ онных условиях, так и для обоснования путей улуч­ шения их свойств. Исследования, направленные на решение этих задач, излагаются в статьях третьего раздела сборника «Исследования процесса старе­ ния, деформирования и разрушения». В них пред­ ставлена информация о поведении материалов при длительном воздействии сред, изменениях структуры при воздействии температуры и ультрафиолетового облучения. Рассмотрен вопрос прогнозирования свойств полимеров при многостадийном процессе. Все перечисленные проблемы были подробно рас­ смотрены на III Всесоюзной конференции по меха­ нике полимеров, состоявшейся в ноябре 1976 г. в Риге, и отражены в материалах предлагаемого чи­ тателю сборника.

Эта книга, в которой освещены новые данные о структуре полимерных материалов, послужит по­ лезным пособием для исследователей, работающих в области теоретической механики, и инженеровконструкторов.

Объем книги 16,91 изд. листов. Цена — 1 р. 80 к.

Заказы на книгу следует направлять по адресу: 226018, Рига, ул. Тургенева, 19, издательство «Зинатне».

графитовых волокон и жидкого алюминия. Прочность изготовленного композита превос­ ходит 1035 МПа, значение модуля достигает 145 ГПа. Рассмотрены вопросы разруше­ ния, механического поведения и технологии этого нового класса композитов. Табл. 3, ил. 7, библиогр. 2 назв.

УДК 539.4:678.5.06

Разрушение сплава алюминия, армированного волокнами бора. Райт М. А., Уэлч Д., Джоллей Дж. Механика композитных материалов, 1979, № 3, с. 485—494.

Исследовано разрушение сплава алюминия 6061, армированного волокнами бора в про­ дольном и поперечном направлениях под углами 0°/90° и 0о/90о±45°. Результаты пред­ ставлены через критическую интенсивность напряжений K Q . Коэффициенты критической интенсивности были получены подстановкой разрушающего напряжения и исходной длины трещины в соответствующее выражение для K Q . Полученные таким образом ве­ личины зависят от размеров образцов. Это позволяет сделать заключение, что для опре­ деленного (конкретного) вида испытываемого образца значения критической интенсив­ ности напряжения K Q не являются характеристикой материала. Табл. 5, ил. 8, библиогр. 20 назв.

УДК 624.074 + 539.376:678.5.06

Устойчивость вязкоупругих стержней и оболочек при действии нагрузок, меняющихся во времени. Потапов В. Д. Механика композитных материалов, 1979, № 3, с. 495—500.

В квазистатической постановке задачи исследуется устойчивость вязкоупругих стержней

иоболочек при действии периодически меняющихся во времени нагрузок, а также под действием нагрузок, представляющих собой стационарный случайный процесс. При ма­ лых прогибах анализ движения конструкций сводится к рассмотрению линейных инте­ гральных уравнений с переменными коэффициентами. Для решения уравнения с периоди­

ческими коэффициентами используется разложение искомого решения в ряд Фурье, а уравнение со случайными коэффициентами решается методом моментных функций. Для замыкания системы уравнений относительно моментных функций применяется гипотеза о гауссовской зависимости между моментами высших и низших порядков. Приведен пример вычисления критических значений параметров нагрузки. Табл. 3, библиогр. 7 назв.

УДК 624.074 + 539.376:678.5.06

Нелинейные уравнения теории типа Тимошенко многослойных анизотропных оболочек. Буяков И. А. Механика композитных материалов, 1979, № 3, с. 501—507.

Из нелинейной теории упругости с помощью вариационного принципа Рейсснера полу­ чена разрешающая система нелинейных уравнений для многослойных анизотропных оболочек с учетом деформаций поперечного сдвига в слоях (теория типа Тимошенко). Порядок разрешающей системы зависит от числа слоев. Последовательное сохранение линейного закона изменения прогиба по толщине слоя привело к появлению дополнитель­ ных нелинейных членов в уравнениях и граничных условиях. Структура нелинейных соот­ ношений, связывающих перерезывающие силы с деформациями поперечного сдвига, по­ зволяет проводить анализ напряженно-деформированного состояния оболочечных конст­ рукций с нулевой жесткостью на сдвиг в поперечном направлении. Ил. 1, библиогр. 12 назв.

УДК 539.3:611.71

Исследование костей черепа человека изгибными волнами ультразвука. Дзенис В. В., Пуриныи Ю. И. Механика композитных материалов, 1979, № 3, с. 508—514.

Предложен метод контроля костей черепа человека при помощи экспоненциальных кон­ центраторов ультразвука с собственной частотой 50 кГц на базе измерения 20 мм. Метод реагирует на швы в черепе и может быть использован для выявления точного их распо­ ложения. Результаты ультразвукового обследования больных с патологией головы зна­ чительно отличаются от данных, полученных на здоровых людях, — у больных наблюда­ лись более низкие скорости по черепу в целом, чем у здоровых людей. В ряде случаев от­ мечено сильное отклонение коэффициентов асимметрии от единицы, что указывает на локализацию патологического процесса на одной стороне черепа. В отдельных случаях, при наличии новообразований в мозгу, по точкам, где при измерении была отмечена низ­ кая скорость, можно было определить локализацию процесса с достаточно четко выра­ женными границами. Табл. 2, ил. 6, библиогр. 5 назв.

УДК 539.135:611,1

Численное моделирование движения вязкой жидкости (крови) в трубке с активно де­ формирующейся стенкой. Зайко В. М., Старобин И. М., Уткин А. В. Механика композит­ ных материалов, 1979, № 3, с. 515—523.

Проведены численное моделирование движения вязкой, гомогенной, ньютоновской не­ сжимаемой жидкости в осесимметричной цилиндрической трубке с активно деформирую­ щейся стенкой, изменяющейся во времени по закону бегущей волны, и сравнение полу-

571

чепных результатов численного эксперимента с аналитическими данными линейной тео­ рии. Изучены зависимости перепада давления и сдвигового напряжения от геометриче­ ских характеристик и скорости перистальтической волны в общем нелинейном случае. Табл. 4, ил. 4, библиогр. 22 назв.

УДК 539.135:611.1

Интегральная оценка гидродинамических свойств протезов аортальных клапанов. Ага­ фонов А. В., Литвинов М. М. Механика композитных материалов, 1979, № 3, с. 524—527.

На основании решения уравнений Навье—Стокса выведены коэффициенты для оценки гидродинамических свойств протезов клапанов сердца. Показано их преимущество перед ранее применяемыми критериями оценки гидродинамических свойств клапанов сердца. Приведены числовые значения коэффициентов, характеризующих гидродинамические свойства клапанов, предназначенных для имплантации в аортальную позицию. Табл. 1, библиогр. 4 назв.

УДК 539.3:611.1

Материалы к изучению функциональной анатомии корня аорты. Константинов Б. А., Дземешкевич С. Л., Иванов А. С. Механика композитных материалов, 1979, № 3, с. 528—531.

Проведено морфо- и стереометрическое изучение клапанно-аортального комплекса при различных нагрузках, а также кинокардиографическое исследование профиля кровотока через корень аорты в зависимости от фазы сердечного цикла. Установлено, что в основе клапанно-аортального комплекса имеется упругий каркас сложной конфигурации, состоя­ щий из фиброзного кольца основания, участков фиксации комиссур полулунных створок и арочного кольца, связывающего вершины комиссур. Новые сведения по функциональ­ ной анатомии корня аорты положены в основу предложенного авторами принципа ра­

УДК 539.26:678.01

Упругость кристаллической решетки полиэфиримида на основе диангидрида п-фенилен- бис-тримеллитата и 4,4/-диаминодифенилсульфида. Гинзбург Б. М., Магдалев Е. Т., Во­ лосатое В. Н., Туйчиев Ш. Механика композитных материалов, 1979, № 3, с. 532—535.

По смещению большеугловых рентгеновских рефлексов при растяжении ориентирован­ ных волокон из полиэфиримида на основе диангидрида п-феннлен-бис-трнмеллитата п 4,4'-диаминодифенилсульфида определены значения модуля Юнга кристаллической ре­ шетки вдоль направления макромолекул (£ 3=1050±20 кге/мм2), жесткости отдельной макромолекулы f 1(yo= (0,27+0,01) •10-5 дин и продольных коэффициентов Пуассона

кристаллической решетки в направлениях [100], [010] и [120] поперек цепей. Наблюдается анизотропия коэффициента Пуассона: Vi3=0,62±0,04 и v23= 0,47 ±0,04, а в направлении [120] — v= 0,4±0,l. Ил. 7, библиогр. 9 назв.

УДК 620.111.3:678.01

Определение параметров вспенивания полиуретановых композиций по скорости про­ дольных ультразвуковых волн. Мельников В. М., Путниньш Э. А., Путниня В. О., Карливан В. П. Механика композитных материалов, 1979, № 3, с. 535—537.

Приведены результаты исследования кинетики скорости ультразвука в процессе получе­ ния пенополиуретана. Показано, что началу и окончанию подъема пены соответствуют определенные этапы изменения скорости ультразвука. Установлена возможность опреде­ ления основных технологических показателей процесса вспенивания — индукционного периода и времени подъема пены — по изменению скорости ультразвука Ci для полиуре­ тановых композиций с индукционным периодом от 10 до 100 с. Ил. 2, библиогр. 4 назв.

УДК 611.1:539.4

Анализ динамики искусственных клапанов сердца. Агафонов А. В., Киселев С. Н. Меха­ ника композитных материалов, 1979, № 3, с. 537—539.

Приведен аналитический расчет динамики шаровых искусственных клапанов сердца на основании экспериментально полученных кривых изменения давления на клапанах. По­ лучены числовые значения скорости удара шарика о каркас. Результаты расчета сопо­ ставлены с экспериментальными исследованиями и данными эхокардиографии. Опреде­ лена величина силы удара шарика о дужки ограничительного каркаса при открывании клапана.

УДК 611.71:539.4

Основные параметры механических свойств позвонков человека. Аникин Ю. М., Обысов А. С. Механика композитных материалов, 1979, № 3, с. 540—541.

Проведен структурно-математический анализ возрастной динамики строения, функций и прочностных свойств позвонков, позволяющий выявить элементы организации костного вещества в целостный морфофупкциональный орган. Ил. 1, библиогр. 4 назв.

573