Экспериментально-теоретическое моделирование процессов нелинейного деформирования и прогрессирующего разрушения слоисто-неоднородных композитных материалов и конструкций при комбинированных квазистатических и динамических воздействиях

Проект направлен на решение мало изученной фундаментальной проблемы механики – исследование закономерностей нелинейного поведения и прочности композитных материалов и конструкций при квазистатических и импульсных нагрузках. Композитные материалы широко используются в различных областях техники. Развитие и совершенствование технологий создания композитных материалов с заданными свойствами, обеспечивающими их оптимальное использование в различных конструкциях, значительно расширило область их применения. В наибольшей мере это относится к конструкциям, эффективное функционирование которых возможно только при оптимизации их элементов по многим параметрам. К настоящему времени образовался значительный разрыв между практическим применением композитных материалов и уровнем знаний о физико-механических свойствах таких материалов как при статических, так и динамических нагрузках. Кроме того, технологическая взаимозависимость процессов создания композитных материалов и конструкций предопределяет и существенные качественные различия в их реакции на внешнюю нагрузку по сравнению с традиционными материалами. Это приводит к необходимости разработки методов комплексного экспериментально-теоретического подхода к рассматриваемой проблеме, а именно проведение согласованных экспериментальных исследований и математического моделирования деформирования и разрушения композитных материалов и конструкций с различной структурой деформационных и прочностных характеристик при квазистатических и импульсных воздействиях. Математическое и компьютерное моделирование будет проводится в полной трехмерной постановке с учетом реальных свойств материалов и конструкций: прогрессирующий характер разрушения, различные значения упругих и прочностных характеристик при сжатии и растяжении, влияния скорости деформации на физико-механические характеристики материалов, вязкоупругое и упругопластическое деформирование. Для оснащения построенных моделей необходимыми материальными параметрами будет разработан оригинальный метод, основанный на минимизации целевых функционалов невязки компьютерного и экспериментального анализа напряженно-деформированного состояния композитных элементов конструкций, изготовленных из исследуемых материалов. При компьютерном моделировании будут разработаны эффективные численные методы и параллельные алгоритмы решения задач квазистатического и нестационарного деформирования многослойных композитных конструкций разномасштабной структуры пакета по толщине (в частности, композиции «пластик-металл»), ориентированные на использование многопроцессорных вычислительных систем. Для экспериментального изучения процессов квазистатического и динамического деформирования и разрушения композиционных материалов будет использоваться комплекс экспериментального оборудования, имеющийся в НИИ механики ННГУ, включающий в себя газодинамические установки, реализующие метод Кольского и его модификации, а также экспериментальный комплекс для проведения квазистатических испытаний. Научная новизна проекта состоит в том, что будут разработаны согласованные с экспериментом современные верифицированные математические модели деформирования и разрушения композитных материалов и конструкций в широком диапазоне скоростей деформаций, амплитуд нагрузок и вида напряженно-деформированного состояния. Будут сформулированы рекомендации по использованию разработанных моделей нелинейного деформирования и критериев разрушения композитных материалов в программных конечно-элементных комплексах для расчета напряженно-деформированного состояния и оценки несущей способности конструкций, испытывающих интенсивные комбинированные статические и динамические воздействия.