Оценка влияния сложного напряженного состояния на кинетику деформирования и разрушения полимерных композитов с концентраторами напряжений при статическом и циклическом нагружениях

Полимерные композитные материалы обладают исключительно высокой удельной прочностью и значительно превосходят по этому показателю традиционные конструкционные металлы и сплавы. В то же время, полного замещения металлов на композиты в высоконагруженных конструкциях, к которым предъявляются жесткие требования по весу, так и не произошло. Одной из таких причин является преимущественно хрупкая природа разрушения, что выражается в высокой чувствительности к наличию концентраторов напряжений в случае квазистатического нагружения. Использование гибридных псевдопластичных композитов позволяет частично решить данную проблему, но приводит к образованию вокруг концентратора зоны поврежденного материала. Кроме того, нет данных о влиянии ударных повреждений, также являющихся концентраторами напряжений, на остаточную статическую и усталостную прочность псевдопластичных гибридов. Существующие методы проектирования и оценки прочности композитных конструкций с концентраторами напряжений в виде отверстий и дефектов на базе МКЭ на данный момент не являются научно-завершёнными. В результате конструкция обладает избыточной прочностью даже при использовании гибридных ПКМ, ее вес незначительно отличается от металлического аналога, в то время как стоимость и сложность изготовления могут быть на порядок больше. Данный проект ставит перед собой цель разработать ряд экспериментально-расчетных методов, обеспечивающих повышение адекватности результатов конечно-элементного анализа композитных конструкций с концентраторами напряжений в виде отверстий/ударных повреждений при квазистатическом и ультрамалоцикловом (до 100 циклов) нагружениях. Впервые планируется провести детальную оценку влияния мезоструктуры композита на его чувствительность к концентрации напряжений. Также впервые будет исследована прочность гибридных псевдопластичных композитов с концентраторами напряжений в виде отверстий и повреждений от локальных ударов при сложном напряженном состоянии. Будут предложены модификации существующих методов испытаний композитов для реализации в образцах с концентраторами различных видов плоского напряженного состояния. Еще одним элементом научной новизны является переход от верификации модели деформирования материала по результатам испытаний стандартных образцов, к верификации расчетной модели (комбинации сеточной модели, модели деформирования и критерия разрушения). Важно отметить, что в проекте не постулируется необходимость полного отказа от традиционных линейных постановок при конечно-элементном решении краевых задач квазистатического деформирования элементов с концентраторами из ПКМ, но предлагается сформировать границы их применимости и оценить целесообразность перехода к нелинейным постановкам в конкретных случаях.