XV Петербургские чтения по проблемам прочности, посвящённые 100-летию со дня рождения академика С.Н. Журкова
Журков Серафим Николаевич (29.05.1905 - 13.09.1997) [р. 03(16).05.1905, деревня Трубиткино Лебедянского уезда Тамбовской губернии], советский физик, академик АН СССР (1968; член-корреспондент 1958). Окончил Воронежский университет (1929). С 1930 работал в Ленинградском физико-техническом институте, с 1947 профессор Ленинградского университета. Основные исследования по механическим свойствам твёрдых тел и полимеров. Работы С.Н. Журкова посвящены выяснению природы прочности хрупких материалов и полимеров, изучению общих закономерностей механического разрушения в зависимости от температуры и длительности действия механического напряжения. С.Н. Журков провёл исследования молекулярного механизма перехода в твёрдое состояние (стеклования) полимеров и аморфных веществ развил теорию пластификации полимеров. |
“ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ И ВЕЛИЧИНЫ ПРЕДЕЛА ТЕКУЧЕСТИ МАТРИЦЫ И АРМИРУЮЩЕГО СЛОЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОДЕЛЬНЫХ СЛОИСТЫХ КОМПОЗИТОВ ТИПА LiF-LiF: Mg2+ ”
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет,
Лаборатория "Вычислительная механика" (CompMechLab)
Боровков А.И., Клявин О.И., Пальмов В.А., Шевченко Д. В.
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Клявин О.В., Никифоров А.В.
Аннотация
Впервые в рамках совместных физико-механических исследований предложен подход к прогнозированию упруго-пластических (прочностных) свойств композитов на основе модельных слоистых монокристаллов (СМ) типа LiF-LiF: Mg2+.
На основе разработанных математических моделей упруго-пластического деформирования анизотропных СМ и пространственных конечно-элементных (КЭ) моделей исследованы поля пластических деформаций, включая явления типа "free edge effect" и явления локализации пластических деформаций, а также закономерности их перераспределения по мере возрастания сжимающей нагрузки, определены "эффективные" кривые сжатия СМ с различной ориентацией армирующих (примесных) слоев.
Детально изучены вопросы первоначального несовпадения "КЭ-кривых" с экспериментальными кривыми. Установлено, что это несоответствие, в первую очередь, связано с неучётом начальных (технологических) напряжений и появлением больших локальных внутренних напряжений в матрице в процессе пластического деформирования. Эти напряжения значительно понижают силовые характеристики деформируемых образцов.
Учёт полей самоуравновешенных технологических (остаточных) напряжений, возникающих в процессе выращивания СМ на основе модифицированного метода А.В. Степанова, и дополнительное введение в модель распределённых случайным образом жестких включений на плоскостях раздела слоев, как источников локальных пластических сдвигов, позволил получить достаточно хорошее согласие экспериментальных и КЭ кривых сжатия СМ.
Исследовано влияние предела текучести, ширины и ориентации армирующих слоев на "эффективный" предел текучести СМ. Экспериментальные и КЭ-кривые зависят от ориентации армирующих слоев и характера силового преодоления в них примесных комплексов пластическими сдвигами, возникающими в матрице.
На основе полученных результатов для повышения прочностных характеристик СМ предлагается управлять составом примесных слоёв (т.е. их физико-механическими свойствами) и дефектной структурой матрицы с целью уменьшения локальных внутренних напряжений, возникающих в процессе её пластического деформирования.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ (грант № 04-01-00887 - "Прогнозирование прочностных свойств композиционных материалов на основе изучения физико-механического поведения модельных слоистых кристаллов").
Рис. 1. Распределение эквивалентных напряжений по Мизесу для СМ типа I |
Рис. 2. Распределение интенсивности пластических деформаций для СМ типа III |
Рис. 3. Распределение эквивалентных напряжений по Мизесу для СМ типа I с жёсткими включениями 2x2x2 мкм, распределённых случайным образом на плоскостях раздела слоёв