Экспериментальные и теоретические исследования на сжатие трехслойных тест-образцов с внешними слоями из волокнистых композитов различной структуры: составляющие деформации и механизмы разрушения

Будет разработана конструкция трёхслойных тест-образцов со структурой несущих слоёв [+/- 45 градусов] из ВКМ для испытаний на четырёхточечный изгиб с применением накладок в зоне нагружающих роликов, которая позволит исключить разрушение несущих слоёв и заполнителя по причине реализации поперечно-сдвиговой формы потери устойчивости несущего слоя или заполнителя в зоне контакта нагружающих роликов с несущим слоем. В соответствии с разработанной схемой будет изготовлена серия тест-образцов для испытаний на четырёхточечный изгиб с укладкой для несущих слоёв [+/-45 градусов] и проведены экспериментальные исследования. Экспериментальным путем в центральном сечении образца будут определены коэффициенты Пуассона в точках лицевых поверхностей сжатого и растянутого внешних слоев, что позволит, исходя из фиксируемых в осях образца диаграмм деформирования «Sigma_x – Epsilon_x» составить и верифицировать в осях ортотропии монослоя композита диаграммы деформирования «касательное напряжение – сдвиговая деформация» как в условиях сжатия, так и растяжения. Для моделирования процесса четырёхточечного изгиба образцов рассматриваемого класса с внешними слоями из слоистых волокнистых композитов [+/-45 градусов] будет дана постановка соответствующей физически и геометрически нелинейной задачи, разработаны численный метод, алгоритмы и программное обеспечение, основанные на редукции системы дифференциальных уравнений задачи к эквивалентным интегро- алгебраическим уравнениям (методе конечных сумм). Принципиальная новизна, в отличие от ранее полученных, заключается в построении и реализации алгоритма, позволяющего исследовать характер напряженно-деформированного состояния в докритическом и закритическом положениях равновесия и форму потери устойчивости при четырёхточечном изгибе трехслойных пластин с внешними слоями из слоистых волокнистых композитов с укладкой слоев [+/-45 градусов]. Это связано с тем, что в результате формирования осевых сжимающих напряжений в несущем слое в осях образца при четырехточечном изгибе его разрушение возможно по причине реализации сдвиговой формы потери устойчивости не в плоскости «хz» образца, а в плоскости «xy». Научной новизной является разработка и реализация метода продолжения по параметру, где в качестве параметра нагружения предлагается использовать сдвиговые деформации в плоскости «xy». Аналогов такого подхода для решения нелинейных задач в научной литературе авторами не обнаружено. Для трехслойных пластин (тест-образцов), имеющих симметричную структуру по толщине, и с заполнителем, относящимся к классу трансверсально-мягких, в развитие результатов, полученных в первый год выполнения проекта, будет построена оригинальная математическая модель деформирования для случая кинематического нагружения участков закрепления конечной длины в приспособлении для испытаний тест-образцов на испытания на сжатие по схеме стандарта ASTM D3410. В предлагаемой модели для описания НДС каждого внешнего слоя будет использоваться известная кинематическая модель деформирования С.П.Тимошенко (модель первого порядка), основанная на линейной аппроксимации по толщине каждого внешнего слоя компонент его перемещений с введением в рассмотрение по три одномерных неизвестных (при плоской постановке задачи). При их подчинении условиям кинематического нагружения образца на участках его закрепления в приспособлении для испытаний осуществляется трансформация используемой модели в другую, позволяющую выявить существенную концентрацию поперечных касательных и нормальных напряжений во внешних слоях в зонах перехода от незакрепленного участка к закрепленным и реализацию в этих зонах поперечно сдвиговой формы потери устойчивости и разрушения внешних слоев. Для численного решения решения геометрически и физически нелинейной задачи в закритической области деформирования будет разработан метод продолжения решения по параметру, который будет подобран в ходе решения задачи.