• Язык
   

 

Биомеханика прочности волокнистых композитов

ISBN: 978-5-9221-1760-9

Москва: Физматлит, 2018

Объем (стр):327

 

Постраничный просмотр для данной книги Вам недоступен.

Книга доступна только по подписке.

Аннотация

Книга посвящена фундаментальным проблемам оптимизации структуры, свойств и формы композитных деталей на основе анализа опыта живой природы в создании прочных и нехрупких биоматериалов типа древесины.
Для научных работников, инженеров, аспирантов и студентов, занимающихся проблемами проектирования и создания композитных конструкций для различных отраслей машиностроения.

Содержание

Предисловие 7
Список сокращений 9
Список принятых обозначений 10
Введение 15
1. Основы механики деформирования и разрушения композитов 20
1.1. Теория анизотропной упругости и послойный метод расчета композитных конструкций 20
1.1.1. Основные уравнения теории упругости 22
1.1.2. Обобщенный закон Гука: тензорные, матричные и технические упругие постоянные 28
1.1.3. Методы экспериментального определения полного набора упругих констант 36
1.1.4. Оценки эффективных упругих свойств биокомпозитов 54
1.1.5. Послойный метод расчета слоистых пластин (ply-by-ply) 61
1.2. Элементы наследственной теории ползучести 68
1.2.1. Испытания на ползучесть и релаксацию 69
1.2.2. Модели вязкоупругости 69
1.2.3. К понятию дробных производных 73
1.2.4. Подобие изохрон. Кривая мгновенного деформирования 74
1.2.5. Наследственная теория ползучести Больцмана–Вольтерры–Работнова 76
1.3. Локальные критерии прочности, учитывающие характер разрушения композитов 78
1.3.1. Тензорно-полиномиальные критерии прочности 79
1.3.2. Критерии, учитывающие направленный характер разрушения 84
1.3.3. Критерии прочности композитных труб 88
1.3.4. Критерий расслоения композитных балок при изгибе 95
1.3.5. Применение критериев для описания циклической долговечности 98
1.4. Механика рассеянного и запаздывающего разрушения 101
1.4.1. Статистический характер прочности волокон. Прочность пучка 102
1.4.2. Введение параметра поврежденности 107
1.4.3. Вариант кинетического уравнения для параметра поврежденности 110
1.4.4. Модель запаздывающего разрушения однонаправленных композитов 112
1.4.5. Усталость. Линейное и нелинейное суммирование повреждений 116
1.5. Механика роста трещин в волокнистых композитах 121
1.5.1. Методы оценки трещиностойкости композитов на основе линейной механики разрушения 121
1.5.2. Методы определения удельной работы расслоения 124
1.5.3. Уравнения роста усталостных трещин 129
2. Бамбук как прообраз композитных трубных конструкций 133
2.1. Нелокальные энергетические критерии расслоения и расщепления 133
2.1.1. Энергетический критерий и масштабный эффект прочности 133
2.1.2. Расслоение при изгибе, кручении и изгибе с кручением 135
2.1.3. Рост продольных трещин расщепления при растяжении и изгибе 138
2.1.4. Выщелкивание слоев при сжатии 142
2.1.5. Рост расслоений и оценка опасности межслойных дефектов при сжатии композитов 145
2.2. Разрушение при сжатии однонаправленных композитных труб или звена бамбука по форме «китайского фонарика» 151
2.2.1. Множественное расщепление композитных труб при сжатии 152
2.2.2. Сравнение приближенного и численного решений 155
2.2.3. Различные формы выщелкиваемых полосок 155
2.3. Разные механизмы разрушения. Равнопрочные размеры звена бамбука 158
2.3.1. Нахождение оптимальных абсолютных размеров 158
2.3.2. Выщелкивание полоски в сжатой зоне при изгибе 159
2.3.3. Сравнение результатов с изменением длины звеньев бамбука 160
2.4. Расщепление композитных труб при кручении 161
2.4.1. Энергетический критерий расщепления 161
2.4.2. Учет депланации тонкостенных стержней открытого профиля 163
2.4.3. Критическая длина звена бамбука из условия невозможности расщепления 169
2.5. Овализация сечения труб при изгибе 171
2.5.1. Изгиб тонкостенных ортотропных труб 172
2.5.2. Разрушение тонкостенных ортотропных труб 176
2.5.3. Оптимизация формы и анизотропии трубы: диаграммы разрушения 178
2.5.4. Применение расчетов к строению стебля бамбука 185
2.5.5. Энергетический критерий расщепления при овализации сечения звена бамбука 187
Выводы по главе 2 189
3. Ветвление, профилирование, криволинейное армирование 190
3.1. Модели ветвления в задаче Леонардо 190
3.1.1. Задача о ветвлении дерева 190
3.1.2. Изгибная податливость разветвляющейся структуры с равной суммарной площадью сечения ветвей 191
3.1.3. Примеры странных аттракторов с дробной размерностью 194
3.2. Равнопрочные упругие элементы с постоянной площадью сечения 196
3.2.1. Особенности рационального проектирования упругих элементов в виде профилированных балок равного сопротивления 196
3.2.2. Замечание об одной третьей 199
3.2.3. Иллюстрация понятия «равнопрочная» балка 201
3.2.4. Влияние «неидеальных» концов на общие размеры рессор 203
3.2.5. Пять способов повышения долговечности рессоры 204
3.3. Алгоритмы построения криволинейных траекторий в профилированных балках 205
3.3.1. Траектории волокон, отражающие форму элемента 208
3.3.2. Проверка условия «равнопрочности» с учетом разориентации 212
3.3.3. Механика растущих конструкций 214
4. Упругие элементы из природных и волокнистых композитов 218
4.1. Преимущества древесины, сухожилий и стеклопластика в накопителях упругой энергии 218
4.1.1. Лук — величайшее изобретение человечества 218
4.1.2. Шест для прыжков и другие приложения композитов в спорте 221
4.1.3. Проблемы и перспективы применения КМ в машиностроении 224
4.2. Примеры эффективных упругих элементов из стеклопластика 230
4.2.1. Кассетная кольцевая подвеска 230
4.2.2. Пружины из волнистых листов 233
4.2.3. Бампер — упругий поглотитель энергии 235
4.3. Пружина-стоппер в виде композитной трубы, расщепленной по схеме китайского фонарика 238
4.3.1. Продольный изгиб после потери устойчивости 239
4.3.2. Энергоемкость расщепления и последующего деформирования 242
4.3.3. Замечания об испытании волокон петлей 243
4.4. Оптимальная намотка труб различного назначения 248
4.4.1. Торсион — накопитель энергии 248
4.4.2. Быстро вращающийся вал 251
4.4.3. Баллон для сжатого газа 257
4.5. Оптимальное армирование для изгиба с кручением 262
4.5.1. Изгибно-крутильная потеря устойчивости 262
4.5.2. Упрощенные зависимости модулей от угла армирования 263
4.5.3. Уточненная зависимость модуля сдвига 265
5. Механизмы сбрасывания концентрации напряжений 268
5.1. Остановка трещины на границе раздела — причина нехрупкости древесины и композитов 268
5.1.1. Основные ошибки в задаче Гордона 269
5.1.2. Точное решение для эллиптического отверстия в анизотропной пластине 271
5.1.3. Оптимальные упруго-прочностные свойства древесины и композитов для остановки поперечной трещины на границе раздела 274
5.2. Расщепление древесины и однонаправленных композитов около отверстий и модель оставшейся выточки 275
5.2.1. Условия расщепления на контуре отверстий 276
5.2.2. Расщепление на контуре выточек 279
5.2.3. Модель оставшейся выточки и предельный коэффициент снижения прочности 282
5.3. «Затупление» концентраторов напряжений за счет накопления повреждений 283
5.3.1. Введение характерного размера материала для описания масштабного эффекта прочности 283
5.3.2. Модель зоны предразрушения характерного размера 287
5.3.3. Параметры повреждаемости и поврежденности для оценки влияния концентрации напряжений на прочность композитов 290
5.4. Траектории волокон, обтекающих отверстия 292
5.4.1. Криволинейное армирование — моделирование сучка 293
5.4.2. Алгоритмы построения траекторий 294
5.4.3. Итерационная процедура поиска оптимальной структуры 297
5.5. Биомеханические принципы проектирования узлов крепления композитных деталей 299
5.5.1. Анализ традиционных мест крепления 299
5.5.2. Заклепочные соединения композитов 301
5.5.3. Рациональные траектории волокон при нагружении композитной пластины через отверстие 307
Заключение 315
Послесловие 317
Список литературы 318
Предметный указатель 322
Авторский указатель 325

Рекомендации материалов по теме: нет