Метод прогнозування втрати роботоздатності нанокомпозитних елементів конструкцій внаслідок теплової нестійкості при циклічному навантаженні

Abstract

Розроблено метод прогнозування втрати роботоздатності нанокомпозитних елементів конструкцій внаслідок теплової нестійкості. В основу методу покладено модель моногармонічної апроксимації реакції матеріалу на циклічне навантаження, амплітудні співвідношення між основними польовими змінними та концепцію комплексних модулів. Розвинуто методи оцінки модулів накопичення та втрат складових нанокомпозита, а також модель урахування впливу поверхні контакту волокно матриця. Розроблено модифіковану процедуру гомогенізації, що ґрунтується на методі Морі Танака, розвинуту для отримання комплексних модулів нанокомпозита з випадковою або однонаправленою орієнтацією нановолокон. Температурно та амплітудозалежні комплексні модулі використано для вивчення впливу дисипативного розігріву на механічну стійкість полімерного нанокомпозитного стрижня, що перебуває під дією комбінованого статичного і моногармонічного навантаження. Досліджено вплив амплітуди навантаження та об ємного вмісту нановолокон на теплову нестійкість полімерного нанокомпозитного стрижня.

Разработан метод прогнозирования потери работоспособности нанокомпозитных элементов конструкций в результате тепловой неустойчивости. В основу метода положена модель моногармонической аппроксимации реакции материала на циклическую нагрузку, амплитудные соотношения между основными переменными и концепция комплексных модулей. Развиты методы оценки модулей накопления и потерь компонентов нанокомпозита, а также модель учета влияния поверхности контакта волокно матрица. Разработана модифицированная процедура гомогенизации, основанная на методе Мори Танака и развитая для получения комплексных модулей нанокомпозита со случайной или однонаправленной ориентацией нановолокон. Температурно- и амплитудозависимые комплексные модули использованы для изучения влияния диссипативного разогрева на механическую устойчивость полимерного нанокомпозитного стержня, который находится под действием комбинированной статической и моногармонической нагрузок. Исследовано влияние амплитуды нагрузки и объемного содержимого нановолокон на тепловую неустойчивость полимерного нанокомпозитного стержня.

The method of predicting thermal instability-initiated performance losses by nanocomposite structure elements is developed. It is based on the model of monoharmonic approximation of the material response to cyclic loading, amplitude ratios between main field variables, and concept of complex moduli. The methods of evaluating the moduli of accumulation and losses of nanocomposite components as well as the model allowing for the effect of the fiber-matrix contact surface were evolved. The modified homogenization procedure based on the Mori–Tanaka method was elaborated to obtain the complex moduli of a nanocomposite with random or unidirectional nanofiber orientation. Temperature- and amplitude-dependent complex moduli were used to study the effect of dissipative heating on the mechanical stability of a polymer nanocomposite bar under combined static and monoharmonic loadings. The effect of a load amplitude and volume content of nanofibers on the thermal instability of the bar was investigated.