Тема М1210

  У Національному технічному університеті «Харківський політехнічний інститут» завершена молодіжна НДР

«Підвищення характеристик виробів військового

призначення шляхом аналізу та синтезу властивостей матеріалів на основі

 мікроструктурних моделей»

(№ держреєстрації 0117U004970),

2017-2020 рр.

Науковий керівник НДР — докт. техн. наук Микола ТКАЧУК

 

РЕФЕРАТ

ПРИКЛАДНА  ТЕОРІЯ ПРУЖНОСТІ,  МЕТОДИ  ГОМОГЕНІЗАЦІЇ, НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН,  ВОЛОКНИСТІ  МАТЕРІАЛИ, МЕТОД СКІНЧЕННИХ ЕЛЕМЕНТІВ.

Об’єкт дослідження – властивості композиційних матеріалів у складі об’єктів військової техніки як результат моделювання статистичних наборів мікрочастинок у процесі взаємодії між собою.

Мета науково-дослідної роботи – забезпечити підвищення службових властивостей елементів військової техніки на основі створення теоретичних засад статистичної механіки матеріалів і формулювання математично строгих та фізично адекватних моделей поведінки множини мікрооб’єктів, що деформуються та взаємодіють між собою, а також розроблення варіаційних постановок задач дослідження таких статистичних ансамблів та нових моделей гомогенізації властивостей при переході з мікро- на макрорівень.

Методи дослідження – методи статистичного опису випадкових мікроструктур для урахування властивостей елементів, орієнтації та довжини волокон, амплітуди та кривизни нерівностей тощо; варіаційні методи мінімуму повної осередненої енергії для визначення механічної поведінки мікроструктури та обчислення гомогенізованих властивостей матеріалів за скінченних деформацій; методи скінченних та граничних елементів для застосування побудованих моделей до аналізу макроскопічних суцільних тіл, експериментальні методи визначення деформацій зразків матеріалів.

Результати роботи – визначено вплив параметрів мікробудови матеріалів для виготовлення елементів об’єктів військової техніки на їхні механічні властивості.

Результати рекомендується використовувати при аналізі напружено-деформованого стану з урахуванням складної нелінійної поведінки матеріалів при визначенні параметрів елементів військової техніки з високими технічними характеристиками.

Прогнозні пропозиції – надалі планується прикладне застосування результатів роботи для актуальних задач машинобудування.

У роботі сформульована та вирішена актуальна наукова і важлива для промисловості масштабна проблема забезпечення конструкційної міцності елементів машинобудівних конструкцій на основі розробки нових моделей і методів аналізу нелінійної поведінки матеріалів їх елементів із урахуванням мікромеханіки взаємодії волоконних ланцюжків, мікрозерен, ниток та тонких шарів у об’ємі матеріалу.

Етапні дослідження:

1.1. Методи і моделі мікромеханіки волоконних мереж

Мережева структура волокнистого нетканого матеріалу

 

1.2  Удосконалений підхід  до осереднення  Мікроструктури матеріалів та визначення впливу  їхньої будови на механічні властивості

 

початкова неоднорідна конфігурація

результат релаксації тріангуляції Делоне

Генерація випадкового розташування вузлів

 

1.3  Модель шляхів максимального просування

Мінімум повної енергії визначає актуальні положення вузлів, за яких вони досягають рівноваги під дією поздовжніх зусиль

 

 

2.1 Моделювання репрезентативних комірок з мережевою мікроструктурою

а) – макроскопічне суцільне тверде тіло;

б) – волоконна мікроструктура в мікроскопічній комірці

Макроскопічне суцільне тверде тіло із волоконною мікроструктурою

Приклад періодичної мережі

2.2 Пружна деформація періодичної гратки

а) – 0% зсуву; б) – 50% зсуву; в) – 100 % зсуву

Періодична волоконна сітка

 

2.3 Мікромеханіка волоконних структур

 

Модель матеріалу з волоконною мікроструктурою

Шлях максимального просування в мережі та принцип мінімуму осередненої енергії

 

2.4 Мікромеханічна модель в’язкопружності еластомерів

Поділ полімерної мережі на пружну постійно зшиту та в’язкопружну мобільну складові

 

2.5 Моделювання нетканих матеріалів

Два волокна, з’єднані вузлом: якщо сухе тертя перевищене,

буде відбуватися проковзування

Розтягнення нетканої мережі за випадку відгуку

волокон типу ниток

 

3.1 Моделі дискретної мікроструктури  матеріалів

Схема деформування стовпа гідрогелю у прикладах, що передбачають видалення надлишку рідини з вільної поверхні

Схема деформування стовпа гідрогелю у прикладах, в яких вивільнена рідина накопичується над його вільною поверхнею

3.2 Розробка моделей  осередненої мікроструктури матеріалів

       

Мікродеформації еквівалентних ланок комбінованої мережі

з гаусових ланцюжків та жорстких ланок з за одновісного розтягу

 

3.2  Модельні бімодальні мережі

Криві інженерних напружень бімодальних мереж полідіметілсілоксану, утворених з ланцюжків різної молекулярної ваги

3.3 Прикладні задачі пружної гомогенізації

Механічні напруження, що передбачаються пропонованою

моделлю (MAPC) і повною афінною моделлю (FANM) для одноосного та двоосного

розтягування в модельному нестисливому матеріалі

 

4.1  Моделі в’язкопружності для полімерів

  

Розподіл зсувних деформацій у блоці, що підданий зсуву

4.2  Пружна гомогенізація бімодальних мереж

Розподіл мікродеформацій за одноосного розтягнення

у фракціях довгих та коротких ланцюжків

Пропонується розвиток досліджень за тематикою

 

Звертатися: myk.tkachuk@gmail.com

Комментирование запрещено