авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Анализ долговечности пленочно-тканевыхкомпозиционных материалов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Шакирова Алсу Минсалиховна

Анализ долговечности пленочно-тканевых
композиционных материалов

Специальность

01.02.04 – "Механика деформируемого твердого тела"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

КАЗАНЬ – 2008

Работа выполнена в Казанском государственном архитектурно-строительном университете на кафедре «Сопротивление материалов и основы теории упругости»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Каюмов Рашит Абдулхакович
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Голованов Александр Иванович, доктор физико-математических наук, профессор Серазутдинов Мурат Нуриевич
Ведущая организация: Исследовательский центр проблем энергетики Казанского научного центра РАН

Защита состоится « 19 » июня 2008 г. в 14 часов 30 минут в аудитории мех. 2 на заседании диссертационного совета Д 212.081.11 при Казанском государственном университете по адресу: 420008, Казань, ул. Кремлевская, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Н.И.Лобачевского Казанского государственного университета.

Автореферат разослан « 17 » мая 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат физико-математических наук А.А.Саченков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее время все шире используются пневматические и тентовые конструкции из пленочно-тканевых композитных материалов (ПТКМ). С появлением новых полимерных материалов растет разнообразие и область применения таких конструкций. В качестве достоинств сооружений из ПТКМ можно отметить невысокие капитальные затраты, малую материалоемкость, мобильность и быстроту монтажа.

Анализ опыта применения мягких конструкций показывает, что в отличие от традиционных сооружений, наибольшая эффективность их использования определяется не столько максимальным, сколько экономически обоснованным оптимальным сроком службы. В связи с этим возникает проблема создания ПТКМ не только с максимально возможной, но также с заранее заданной долговечностью в конкретных условиях эксплуатации. На сегодняшний день, одной из важнейших является оценка долговечности тканевых композитов с учетом старения материала под действием атмосферных факторов, температуры и ультрафиолетового облучения.

Принципиальные требования, предъявляемые к материалам пневматических конструкций, сводятся к двум: прочности и воздухонепроницаемости. Обоим этим требованиям удовлетворяют композиционные материалы, состоящие из силовой основы (ткани или сетки) и воздухонепроницаемого слоя (полимерного покрытия или дублирующей пленки).



Для оценки длительной прочности данного типа материалов необходимо знать напряженно-деформированное состояние (НДС) каждой компоненты композита в масштабе элементарной ячейки ткани. Создание компьютерной конечно-элементной модели элементарной ячейки композита, в которой варьируются физико-механические и геометрические параметры структурных составляющих позволит планировать натурные эксперименты и находить новые пути оптимизации структуры и эксплуатационных свойств композита.

Цели работы:

  1. Построить модель поведения фаз армированных полимерных композитных материалов с учетом нелинейной упругости, деформаций ползучести, процессов накопления микроповреждений, старения и деструкции материала под действием ультрафиолетового облучения.
  2. Разработать методику численного решения уравнений механики для представительной ячейки композитного материала, находящейся под действием силовых и несиловых внешних воздействий с учетом геометрической и физической нелинейностей.
  3. Создать компьютерную структурно-имитационную модель элементарной ячейки ПТКМ, провести численные эксперименты, выявить закономерности поведения ПТКМ, его напряженно-деформированного состояния и долговечности при варьировании его геометрических и механических параметров.

Научная новизна:

  1. Разработана модель деформирования композитного материала, учитывающая вязкоупругие свойства материала, процессы накопления в нем микроповреждений и фотодеструкции, а также геометрическую и физическую нелинейности.
  2. Разработана методика расчета и программное обеспечение, для исследования НДС и оценки долговечности ПТКМ с учетом геометрической и физической нелинейностей, старения, ползучести, накопления микроповреждений и фотодеструкции материала.
  3. Выявлены закономерности напряженно-деформированного состояния и долговечности ПТКМ.

Обоснованность и достоверность обеспечивается корректностью постановки задач, применением строгих математических методов, согласованностью численных решений в некоторых частных случаях с известными аналитическими решениями, практической сходимостью численных решений.

На защиту выносятся:

  1. Построение математических моделей деформирования полимерных КМ с учетом старения материала, деформаций ползучести, процессов фотодеструкции материала, накопления микроповреждений, конечности перемещений, физической нелинейности.
  2. Методика, алгоритм и программа для ЭВМ расчета НДС и оценки долговечности элементарной ячейки ПТКМ с учетом старения, ползучести, накопления микроповреждений и влияния ультрафиолетового излучения при конечных перемещениях с учетом физической нелинейности.
  3. Результаты численных экспериментов, полученных при помощи разработанной методики, закономерности поведения ячейки ПТКМ и ее долговечности в зависимости от геометрических и механических характеристик.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских и международных конференциях и семинарах. В том числе: на итоговых научных конференциях Казанского государственного архитектурно-строительного университета (2005 – 2008 г.г.); XXII международной конференции «Математическое моделирование в механике деформируемых тел и конструкций. Методы граничных и конечных элементов» (Санкт-Петербург, 2007 г.); XIII, XIV международных симпозиумах «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» им. А.Г.Горшкова (Москва, 2007, 2008 г.г.); Четвертой Всероссийской научной конференции с международным участием: «Математическое моделирование и краевые задачи: МЗЗ. Математические модели механики, прочности, надежности элементов конструкций» (Самара, 2007 г).

В целом работа докладывалась на кафедре «Сопротивления материалов и основы теории упругости» Казанского государственного архитектурно-строительного университета в 2008 году.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, одна из них в рецензированном издании из списка ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 145 страниц, включая 10 таблиц, 52 рисунка и список литературы из 155 наименований.

Автор считает своим приятным долгом выразить искреннюю и глубокую благодарность своему научному руководителю доктору физико-математических наук, профессору Каюмову Рашиту Абдулхаковичу за постоянное внимание, содействие и помощь, оказанные на всех этапах работы, а также коллективу кафедры «Сопротивление материалов и основы теории упругости» Казанского государственного архитектурно-строительного университета за предоставленные и столь ценные в период выполнения диссертации материалы и консультации.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность изучаемой проблемы, сформулирована цель работы, кратко изложено содержание диссертации, и приведены основные результаты, которые выносятся на защиту.

Раздел 1 посвящен краткому обзору работ, связанных с исследованием долговечности ПТКМ при воздействии эксплуатационных факторов, а также работ, посвященных разработке методов расчета с учетом накопления повреждений, ползучести, геометрической и физической нелинейностей.

Отмечается, что одним из наиболее существенных недостатков современных материалов типа ПТКМ является низкая стабильность их свойств во времени. С течением времени под воздействием механических напряжений и климатических факторов материалы стареют – в них протекают процессы, сопровождающиеся изменением их химического состава и физической структуры, что приводит к падению прочности материала. К определенному сроку службы материал ограждения перестает быть достаточно прочным, наступает предельное состояние всего сооружения.

Анализ литературы показал, что долговечность ПТКМ зависит от ряда факторов: химической основы армирующих тканей и вида полимеров в покрытиях, толщины полимерного покрытия по ткани и степени его светопропускания, величины и вида механических напряжений в материалах, интенсивности эксплуатационных воздействий. Выявлено, что одним из основных факторов старения ПТКМ во времени является температура и солнечная радиация.

Вопросам старения полимерных строительных материалов посвящены работы Воробьева В.А., Елшина И.М., Зайцева А.Г., Зуева Ю.С., Минскера К.С., Федосеевой П.С., Рэнби Б., Рабекка Я, Сулейманов А.М. К основным факторам старения полимерных материалов они относили температуру и влажность окружающей воздушной среды, наличие в окружающей воздушной среде агрессивных газов или паров и т.д. Показано, что солнечный свет, а именно его ультрафиолетовая часть, является наиболее агрессивным фактором старения этих материалов.

Из анализа работ, посвященных разработке теории накопления повреждений, видно, что теория накопления повреждений, разработанная Ю.Н. Работновым и Л.М. Качановым явилась основой для получения ряда критериальных соотношений длительного разрушения различных материалов.

Исходная искривленность нитей тканой армирующей основы и малая жесткость матрицы, выделяют ПТКМ как особый тип композиционных материалов, а именно высокодеформативных (10-15%). Даже при небольших деформациях композита в целом при рассмотрении деформирования ткани появляется необходимость учитывать геометрическую нелинейность, поскольку углы поворота нитей уже не являются малыми. Следовательно, использование линейной теории может привести к большому расхождению результатов численных и натурных экспериментов. Поэтому актуальным является разработка методики расчета рассматриваемых объектов в геометрически и физически нелинейной постановке.

Отмечается, что анализ литературы подтверждает актуальность определения долговечности ПТКМ с учетом физической нелинейности, ползучести, накопления микроповреждений, облучения ультрафиолетом при конечных перемещениях.

В разделе 2 описана общая постановка задачи, приведена геометрия элементарной ячейки ПТКМ, создана математическая модель материала типа ПТКМ.

Для облегчения решения задачи в геометрически нелинейной постановке она решается в приращениях, разрешающие соотношения приводятся в матричной форме в предположении о плоской деформации рассматриваемого представительного элемента.

Рис. 1 Геометрия элементарной двумерной ячейки пленочно-тканевого композита


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.