ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛОИСТЫХ ВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИТОВ И ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ: ТЕОРИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТ

Приведены методики идентификации механических характеристик волокнистых композитов по результатам испытаний изготовленных из них тест-образцов на растяжение, сжатие и трехточечный изгиб, которые применены к анализу экспериментальных данных, полученных для углеленты HSE 180 REM с прямолинейными волокнами и эпоксидного связующего ЭДТ-69НМ. Исследованы структуры однонаправленного волокнистого композита двух типов – углеволокна марки ЭЛУР-П на основе связующего холодного отверждения ХТ-118 и препрега марки HSE 180 REM на основе связующего горячего отверждения. Проведены замеры диаметров волокон и пучков волокон (нитей) обоих видов композитов, исследовано их взаимное расположение относительно друг друга как в составе полуфабриката (неотверждённом состоянии), так и в изготовленном состоянии. В отверждённом состоянии композитов выявлены их дефекты, которые характерны для обоих типов связующего и технологий их изготовления. Предложены расчетные схемы для постановки задач о пространственных форм потери устойчивости (ФПУ) волокна (пучка волокон) монослоя композита с учетом взаимодействия со связующим. Проведен анализ и составлены соотношения основных трехмерных уравнений теории упругости при конечных перемещениях и деформациях твердых тел, выраженных через компоненты истинных (по В.В. Новожилову) деформаций удлинений и мер истинных сдвиговых деформаций. Проведены экспериментальные исследования на растяжение образцов из листовой технической резины и проведена обработка экспериментальных результатов на основе полученных аналитических зависимостей, справедливых при конечных деформациях. Для случая малых деформаций проведены их упрощения, приводящие в геометрически нелинейном квадратичном приближении (в полном и неполном вариантах) к корректным и непротиворечивым уравнениям. На их основе проведён анализ возможных форм потери устойчивости (ФПУ) прямых композитных стержней при различных видах нагружения. Предложена теоретико-экспериментальная методика определения механических характеристик слоистых волокнистых композитных материалов, основанных на проведении испытаний на растяжение и сжатие плоских тест-образцов со структурами [0]s, [90]s, [45]2s. Для ВКМ со структурой [45]2s выведены соотношения, позволяющие определить компоненты деформаций и напряжений в осях ортотропии материала отдельного монослоя ВКМ через замеряемые в эксперименте осевую деформацию и коэффициент Пуассона образца. На основе известных подходов и в развитие полученных ранее результатов предложена уточненная математическая модель для описания процесса нелинейного деформирования по цилиндрической форме пластин из волокнистых композитов, основанная на аппроксимации тангенциальных перемещений полиномом третьей степени по поперечной координате, в которой соответствующие коэффициенты разложения считаются независимыми, а прогиба – линейным законом. Построена уточненная трансформационная модель динамического деформирования стержня-полосы, консольно закрепленного на двухстороннем опорном элементе через упругие прослойки. Сформулированы условия кинематического сопряжения, закрепленного и незакрепленного участков стержня, при использовании которых на основе вариационного принципа Даламбера-Лагранжа получены уравнения движения, сформулированы граничные условия к ним, а также силовые условия сопряжения отмеченных участков стержня. Данная модель предназначена для уточненной постановки и решения задач о циклическом нагружении композитных тест-образцов при их испытаниях на усталость в условиях растяжения, сжатия и изгиба.