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