Численное моделирование и оптимизация прочности композитных конструкций

Одной из важных задач для науки сегодня является создание более прочных конструкций за счёт форм, сплавов, структуры материала. Важно создать механизм, который бы помог искать такие конструкции. В настоящее время композиты получают все большее распространение в различных отраслях хозяйства. Актуальность их применения обуславливается физическими характеристиками, такими как повышенная износостойкость, высокая удельная прочность, жесткость или гибкость, сверх электропроводность и другое — качествами, заданными при создании композита. Незаменимыми стали композиты в тяжелой и легкой промышленностях, в сельском хозяйстве. Развитие аэрокосмической отрасли вообще нельзя представить без сверхпрочных конструкций из композитных материалов. Однако композитам присуща анизотропия — различие свойств материала в зависимости от направления приложения усилий. Эту особенность важно учитывать при нагрузках и направленных воздействиях, поскольку в различных направлениях предел прочности материала на сжатие может отличаться в разы. В то время как аналитические выражения могут описать волновые процессы, протекающие в композиционном материале только для ограниченного класса задач. Имея неоднородные и многослойные материалы, такие как композиты, необходимо учитывать волновые процессы при соударении. Особенно при динамическом воздействии можно наблюдать сложную интерференционную картину распространения упругих волн в образце из-за множественных переотражений от внутренних контактных границ между слоями. Такие проблемы механики разрушения материалов сложной формы и реологии решаются при помощи компьютерного моделирования и численных методов. В данной работе для расчёта прочности используется сеточно-характеристический метод с присущим ему высоким пространственным и временным разрешением. Сеточно-характеристический метод успешно применяется для численного решения задач в различных областях прикладной науки, в том числе механике деформируемого твердого тела и разрушения. Моделирование процессов заменяет естественные опыты, тем самым значительно удешевляя и ускоряя получение результата.