Введение к работе
Актуальность проблемы. Все более частое применение
углерод —углеродных композиционных материалов (УУКМ) в
ряде ответственных узлов современной аэрокосмической
техники ставит ряд новых задач по изготовлению таких
элементов конструкций с максимально возможными
свойствами за зшнимально возможный срок.
Отличительной особенностью композиционных материалов является тот факт, что они не являются материалами в классическом смысле этого слова, а сочетают в себе как свойства материала, так и свойстза конструкции, поскольку имеется возможность управлять типом армирующих волокон, параметрами структуры армирования, такими, как число направлений армирования, направляющие косинусы и объемные доли волокна для каждого из направлений армирования.
Следовательно, неотъемлемой частью технологического
процесса изготовления элементов конструкций из
композитов является задача зыбора приемлемых типов
наполнителя, матрицы и параметров структуры
армирования применительно к данной конструкции с учетом
ее специфических особенностей и воздействующих
нагрузок. Поскольку в связи со зсе более расширяющимся
ассортиментом углеродных волокон, выпускаемых
отечественной и зарубежной промышленностью, а также
большим числом термостойких матриц, среди которых
помимо углеродной следует также упомянуть
комбинированные матрицы углерод + карбиды тугоплавких
металлов и углерод + карбид кремния, и многообразием
всевозможных структур армирования становится все
труднее полагаться на интуицию технолога при решении
задач, связанных с выбором наполнителя, матрицы и
структуры армирования композита. Для решения этих задач
является актуальным создание компьютерных методик,
позволяющих имитировать условия работы
композиционного материала в конструкции с учетом ее
специфических особенностей и воздействующих нагрузок.
Такие методики должны включать в себя синтез
характеристик композита исходя из свойств исходных
компонентов и параметров структуры армирования, анализ
температурных полей и напряженно — деформированногс состояния конструкции, структурные критерии прочности позволяющие вычислить прочность композита по прочності и упругим характеристикам наполнителя и матрицы.
Цель работы. Разработка эффективных алгоритмої
математического моделирования процесса деформированш
УУКМ и анализа прочности композиционного материала
исходя из свойств наполнителя и матрицы, позволяющш
решить задачу выбора типа волокна и матрицы і
параметров структуры арзіирования для типичны?
элементов конструкций летательных аппаратов
подверженных воздействию близких к критические температурных и механических нагрузок.
Научная новизна. Специфические особенности УУК> такие, как высокий уровень неоднородности и анизотропии наличие не существующей вне композита хрупкой матрицы сложность структуры пространственного армирования Физические свойства армирующих волокон могу: изменяться вследствие высокотемпературной обработкі композита, являющейся неотъемлемой частью технологического процесса изготовления УУКМ.
Для решения поставленных задач разработанг комплексная методика, позволяющая определять упругие теплофизические и прочностные свойства УУКМ < различными структурами армирования, изготовленных ш одной и той же технологии, исходя из соответствующие свойств ортогонально армированного 3D УУКМ, изготовленного по той же самой технологии.
На основе методики осреднения решения задач теорш
термоупругости и теплопроводности <
быстроосциллирующими коэффициентами получень
соотношения, связывающие модули упругости, коэффициенты линейного расширения и теплопроводносп композиционного материала с произвольной структуро! армирования с соответствующими свойствами волокна і матрицы.
Предложен критерий прочности композита
базирующийся на понятии структурного элемента, по/
которым понимается жгут армирующих волокон
окруженный слоем матрицы. Для оценки прочності
структурного элемента строится тензорно-
полиномиальный критерий прочности.
Практическая ценность диссертации заключается в разработке комплекса программ, позволяющего проводить анализ напряженно —деформированного состояния и прочности элементов конструкций из УУКМ с целью выбора типов наполнителя и матрицы и рациональной структуры армирования композита применительно к анализируемой конструкции, условиям ее работы.
Апробация работы. Основные результаты работы
доложены на VIII Международной конференции по механике композиционных материалов (г.Рига, 1993г.). По результатам диссертации опубликовано 4 печатных работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из взедения, четырех глав и заключения.
Общий объем диссртации 187 страниц. Диссертация содержит 50 рисунков, 9 таблиц. Список литературы содержит 97 наименований.
