Введение к работе
Актуальность проблемы. Одно из центральных мест в механике деформируемого твердого тела занимает проблема математического описания определяющих свойств сплошных сред.
В связи с бурным развитием производства полимерных, в том числе новых конструкционных композитных материалов и ответственных изделий из них, объем которого стал соизмерим с объемом выпуска других основных материалов (металлов, бетонов и т.п.) и изделий, актуальной является задача построения определяющих соотношений для полимерных тел.
Многие полимеры уже при незначительных механических и иных физико-химических воздействиях (температурном, влажностном, ионизирующим облучением, агрессивной средой и т.д.) проявляют нелинейные реологические свойства. Для этих и с аналогичным поведением других сред разработан ряд теорий "нелинейной вязко-упругости", базирующихся на различных принципах и гипотезах. Эти теории обладают определенными достоинствами и недостатками, связанными с возможностями адекватного описания процессов деформирования тел, в частности при немонотонном воздействии, с возможностями практического применения и со степенью их сложности.
Среди полимеров и иных материалов особо следует выделить класс "реологически сложных сред", описание определяющих характеристик которых сопряжено со значительными трудностями, обусловленными происходящими в них при деформировании нетривиальными процессами. Анализ существующих в настоящее время исследований показывает, что решение проблемы описания поведения этих сред еще далеко от завершения. Поэтому тема диссертации остается актуальной.
Цели и задачи исследования. Настоящая работа посвящена развитию наметившегося в последнее время, но еще практически не разработанного подхода к описанию материальных свойств реологически сложных сред, основанного на феноменологическом, эндо-хронном определении реологически сложной среды, когда используется несмешанный единый инвариантный способ учета нелиней-ностей исключительно трансформированием времени, посредством явного "сложного" преобразования времени, с применением в общем случае масштабов трансформирования — функционалов. При этом применяется нелинейное суммирование отрезков трансформированного времени и линейная суперпозиция механических последействий в его пространстве. В рамках построенных математических моделей
проводится экспериментальное и численное изучение свойств и поведения изотропных и анизотропных армированных и неармирован-ных реологически сложных полимерных сред разного строения при немонотонном деформировании и физическом воздействии.
Методика выполнения работы. При построении определяющих соотношений для реологически сложных полимерных сред были использованы современный перспективный макроскопический подход и специально поставленные эксперименты, необходимые для определения входящих в уравнения функций, изучения сред и проверки работоспособности соотношении при различных физико-механических воздействиях на среды.
Достоверность основных научных положений. Процессы нелинейной вязкоупругости известны в науке и изучаются специалистами в области механики, физики, химии и материаловедения. Полученные в диссертационной работе новые экспериментальные результаты по испытаниям нескольких сотен образцов являются продолжением этих исследований и подтверждаются для полимеров различного строения и отличающихся условий проведения опытов. Примененный для описания материальных свойств реологически сложных сред эндохронный подход соответствует определению этих сред и является эффективным способом механики деформируемого твердого тела - описания феноменологическими параметрами определяемыми по данным реально протекающих в полимерах физико-механических процессов в условиях сложных (немонотонных) тем-пературно-силовых воздействий.
Научная новизна и практическая ценность. Исследована применимость известных теорий нелинейной вязкоупругости к реологически сложным средам. Построены новые уравнения состояния этих сред. Экспериментально изучены функции соотношений, по которым проанализированы свойства различных реологически сложных полимерных сред. Проведено исследование процессов деформирования сред при различных монотонных и немонотонных физико-механических воздействиях. Выполнено экспериментальное обоснование уравнений. Полученные соотношения и экспериментальные данные могут быть использованы для решениий краевых задач механики полимеров, связанных с запросами проектировщиков и изготовителей ответственных полимерных изделий.
Публикации и аппробация работы. Основные результаты опубликованы в восемнадцати работах и более чем десяти заключительных отчетах госбюджетных и хоздоговорных научных тем, а также были доложены на различных международных, всесоюзных и региональных конференциях.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Диссертация изложена на 120 страницах и содержит 18 рисунков. Библиография включает в себя 164 наименования.