Численное моделирование ударно-волновых процессов в композиционных материалах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

РГЗ 'ОД

.-ОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Научное объединение "ИБТАН" Научно-исследовательский центр теплофизики импульсных воздействие

Не правах рукописи

ПАРИКОВ Анатолий Николаевич

УДК. 632.593:619.63: 539.67:536.37

ЧИСЛИМОЕ моделирование УДАРНО-ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ В КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ

Специальность 01.04.14 Теплофизика и молекулярная физика •

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата внзико-математнческих наук

Москва -1993

Работа выполнена в Научно-производственном объединении 'Композит'

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Официаль'ше оппоненты: -доктор физико-математических наук,

профессор Медин С.А., доктор технических наук, . профессор Савичев В.В.

Ведущая организация: ЦНШМАШ

Защита состоится * о г. в. час. ООут. на

заседании Специализированного совета Д 002.53.03 при Научно-исследовательском центре теплофизики импульсных воздействий наутаого-объединения. "ИВТАН" по адресу: I274I2, Москва, Ияорская ул., 13/19, ИВТАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИВТАН

Автореферат разослан

•¿S-üKTüfjAvm ,г.

Ученый секретарь

Специализированного совета,

Иванов Н.Ф.

кандидат технических наук

Давыдов А.Н.

О Научное объединение "ИВТАН" Российской академии наук, 1993 г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность изучения отклика композиционных материалов на ударно-волновое воздействие ооусловлена широким применением композитов в изделиях аэрокосмической техники, для которых в аварийных или нештатных ситуациях проблема демпфирования ударных нагрузок является основной. При рассмотрении действия ударной волны на структурно неоднородную среду, каковой является композиционный материал, физические процессы демпфирования ударного воздействия мокно условно объединить в две группы, а именно:

- процессы диссипации, приводящие к преобразованию механической энергии вещества в зоне ударного сжатия в тепловуг;

- процессы дисперсии, приводящие к рассеиванию упругой энергии отраженными и преломленными волнами из зоны ударного сжатия в больший объем.

Исследование процессов диссипации и дисперсии ударных волн в структурно неоднородных средах методом вычислительного эксперимента вызвано большой сложностью измерений при проведении реальных' экспериментов подобного рода и необходимостью решения следующих вакных пшкладных задач:

1) создания материалов, эффективно гасящих мощные ударите импульсы;

2) расчета композитов в условиях ударно-волнового нагруже-ния с целью оптимизации стойкости конструкций к ударным воздействиям с сохранением их работоспособности;

3) интерпретации результатов экспериментов по воздействию на композиты концентрированных потоков энергии (электронный пучок, лазер;, проводимых для определения теплофизических и механических характеристик композита в условиях импульсных высокоинтенсивных воздействий.

Целью настоящей работы являлось создание методики числ*н-ного моделирования микромеханики композита и исследование методом вычислительного эксперимента демпфирующее свойств композиционных материалов с грубой геометрией при импульсном воздействии наносекундного диапазона и с учетом комбинированного действия различных эффектов, обусловленных структурной неоднородностью композита.

Научная новизна работы заключается в том, что методом прямого моделирования на уровне микроструктуры композита исследован процесс затухания ударного импульса с учетом динамики силового взаимодействия компонент и их геометрических и механических счойств. Результаты вычислительных экспериментов обобщены в виде следующих положений, выносимых на защиту:

1) ударно-волновое нагружение однонаправленных композиционных материалов адекватно моделируется разностными лягранже-выми методами на треугольных сетках;

2) расчетным путем установлена зависимость геометрической дисперсии ударных волн от соотношений обьемных долей матрицы и армирующей фазы, а также их акустических жесткостей;

3) показано, что эффекты адгезионной прочности при ударно-волновом нагружении композита импульсом наносекундного диапазона оказывают слабое влияние на затухание волн напряжений;

4) максимальную диссипацию механической энергии обнаруживает класс композитов, состоящих из пенометаллической матрицы, армированной тяжелыми включениями.

Практическая ценность работы заключается в том, что с использованием разработанной машинной программы возможно проектирование композиционных материалов с заданными параметрами стойкости к ударно-волновым воздействиям.

Апробация работы.

Основные результаты исследований были доложены на I Всесоюзном совещании "Физика и техника высокоскоростного удара" ( Владивосток: ИАПУ ДВО АН СССР, 1991г.), • объединенном научном семинаре (Черноголовка: ИХФЧ РАН 1992г.) По материалам диссертационнс1 работы опубликовано 4 печатных работы.

Структура и обьем работы.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, содержит 117 страниц машинописного текста, 46 рисунков на 39 страницах, 6 таблиц, 79 наименований использованной литературы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ .

■Во введении изложены цели работы и определен нзсюр задач, подлежащих решению в процессе указанного круга исследований; сформулированы-основные положения, выносимые на защиту, и приведена структура диссертации.

г

В перЕой главе проведен оозор публикаций; посвященных исследованиям в области ударного нагрухения композитов и распространению волн напряжения в структурно неоднородных средах. Рассмотрены принципы, лежащие в основг большинства существующих теоретических моделей сред неоднородной структуры. В каждой из существующих моделей реализован один из трех основных подходов к моделированию композиционных материалов, а именно:

1) композиционный материал предполагается эквивалентным шо идентичности физико-механических свойств) некоторой однородной анизотропной сроде, для которой вводятся эффективные упругие характеристики, связывающие усредненные компоненты напряжений и деформаций, после чего проводится расчет лапря-кенно-деформированного состояния модельной однородной среды. Основные трудности при данном подходе представляет проблема осреднения I т.е. определение эффективных характеристик);

2) многоскоростное приближение, в котором, компоненты композита рассматриваются как однородные взаимопроникающие и взаимодействующие среды, заполняющие один и тот же обьем. Основным недостатком данного подхода является невозможность прямого расчета силсзого, взаимодействия компонент и для описания такового привлекаются дополнительные приближенно методы. Рассмотрение эффектов, обусловленных силовым взаимодействием вдоль границ раздела компонент композита представляется в этом случае весьма проблематичным;

3) альтернативный вышеприведенным подход к моделированию неоднородной среды заключается в явном определении структуры ее составных частей и силового взаимодействия между ними, что дает возмсдоюсть отказаться от, осреднения и исследовать влияние на затухание импульса напряжений эф$вктов, обусловленных структурой фаз и межфазных взаимодействий.

К таковым эффектам относятся геометрическая дисперсия еолн напряжений, диссипация механической энергии в тепловую и потеря адгезионной прочности с последующим расслоением компонент композита.

Геометрическая дисперсия представляет собой рассеяние волн напряжений вследствие их отражения и/или преломления на границах раздела областей локальных изменений $изико-мехяни-ческих свойств или составных частей композита без разрушения

последнего. Она приводит к увеличению протяженности импульса & направлении распространения и снижению его амплитуды, т.к. механическая энергия уносится локально отраженными и преломленными волнами напряжений из зоны локализации импульса.

■ Интенсивная диссипация механической энергии в тепловую происходит вследствие чередующихся сжатий-разгрузок элемента среда в; отраженных волнах жпатацда и сменяющихся по здправлению деформациях формоизменения элемента в отраженных волнах сдвига. Оба процесса - дисперсия и диссипация - идут одновременно и их комбинированное влияние на затухание '«ймцульса может усиливаться за счет локального расслоения адгезионных пар в композите.

-Проанализированы причины, вызывающие эффекты геометрической^ дисперсии и диссипации энергии в волнах напряжений, распространяющихся по композиционному материалу. Как следует из рассмотренных публикаций, три вышеназванных фактора оказывают преобладающее влияние (по сравнению с другими механизмами затухания) на затухание импульса напряжений в композите и именно они были избраны целью исследований. Численное 5моделирование комбинированного воздействия указанных явлений на затухание импульса напряжений можно наиболее полно провести только при рассмотрении композита как совокупности контактно взаимодействующих пространственных областей, заполненных однородными изотропными материалами, для которых применимы уравнения динамики прочной сжимаемой среды.

Из обзора методов, используемых при моделировании ударно-волнового нагружения материалов, едедует, что наиболее приемлемым является конечно-разностный лагранжев метод на треугольных сетках. Этот подход естественным образом учитывает многие особенности микромеханики композита (взаимодействие вдоль контактных поверхностей, точное отслеживание границ раздела компонент г т.д.) и вносит наименьшую численн-ную до ¡фузию из всех имеющихся методов.

Во второй главе приведена система уравнений, описываюцгя предлагаемую в диссертации физико-математическую модель композита.

/равнения

<Ю

~ " 7 аи -

ск

ав г ,

р--- Гл.. - р-О. д.- + сИи(\7Т), 12)

.¿г 1 и <л сК

(и «ч *

---- __ V,

сН 3 сИ '

(3)

р - ркр.Е), (4)

дополненные условней текучести, описывают плоское течение прочной снимаэкой изотропной среды в переменных Лагранка. Здесь:

( % щи в « Л ^р'ро"1: 0(J ={ о при ( ^ / г Е-внутронняя энергия; е(^-тензор деформоте*; С-модуль сдвига; р-гидростатическое давление; А-теопопроводность; р-плотность; 5{^-девиатор напрякений; -тензор тлных напряжений;

О -скорость среда.

Обоснованы допущения, использованные при выборе уравнения состояния вещества. Приведено установленное в вычислительных экспериментах оптимальное сочетание различных видов искусственной вязкости скалярного и тензорного типов для демпфирования нефнзических колебаний в решении гидродинамических уравнений. Приводится конечно-разностн&я схема в методика расчета контактных границ.

В третьей главе излагаются и обобщаются основные результаты по моделированию нагружения композиционных материалов ударом и импульсом обьеиного энерговыделения.

Оценить вклад какого-либо параметра (геометрического, прочностного и т.д.) в демпфирующие свойства композита ~рн высокоинтенсивном воздействии невозможно без учета взаимсвлияния различных параметров и их изменений. В условиях нелинейной взаимосвязи различных эффектов (геометрической дисперсии, расслоения и т.д.) наиболее целесообразным ' представляется определить зависимость какого-либо интегрального параметра, характеризующего отклик композита ча воздействие, от кзмене-

ния исследуемой характеристики композита. Отклик композита на импульсное воздействие можно оценить через коэффициент затухания импульса напряжений (т.е. через отношение максимальных напряжений в исходном и ослабленном импульсах); через изменение длительности импульса после прохождения им слоя композита; через отношение аккумулированных в компонентах различных видов энергии тепловой или механической) к полной энергии импульса и т.д. Именно такой подход был принят в вычислительных экспериментах по импульсному нагружению различных композитов, результаты которых обобщены в третьей главе.

Основной целью расчетов являлось установление характера зависимостей амплитуды и профиля импульса напряжений от микроструктуры композита и физико-механических свойств его компонент при распространении импульса в композите.

Расчеты проводились для различных величин коэффициента обьемного армирования; диаметров волокон; схем силового взаимодействия компонент и их механических свойств.

Таким образом, исследовалось явление затухания импульсе напряжений в зависимости от нескольких параметров, приоритетная роль которых выяснялась в вычислительных экспериментах. Ценность подобного рода расчетов невысока баз их экспериментального подтверждения.

Для подтверждения достоверности полученных результатов было проведено контрольное численное моделирование наиболее полно описанных в литературе экспериментов по ударно-волновому нагружению модельных и реальных композитов. Сами эксперименты подбирались таковыми,•■ чтобы конструктивные особенности исследованных в экспериментах композитов и характер их нагружения по возможности не выходили за диапазон аналогичных исследованных в расчетах параметров.

Совпадение измеренных и рассчитанных профилей передаваемых через слой компоста импульсов дает уверенность в том, что расчеты справедливы во всем диапазоне изменения исследованных параметров композитов.

Расчетным путем проводилась оценка 'влияния следующих факторов на передачу импульса напряжений:

I. Влияние прочностных и адгезионных свойств компонент.

3 расчетах моделировалось всздейстьие коротким ударом по

с

поверхности однонаправленного композиционного материала. Прц этом предполагалось, что направление рапространения волны сяатия перпендикулярно направлению ориентации волокон композита. Плоская поверхность А слоя композита (рисЛ) предполагалась граничащей с вакуумом и нагружалась равномерно давлением, величина которого предполагалась неизменной от точки к точке вдоль координаты X.

Профиль прикладываемого к границе А давления РЛМ) по времени имел форму трапеции (рис.2). Тыльная сторона С слоя композита находилась в скользящем контакте с жесткой стенкой. Границы В и Б расчетной области также задавались жесткими стенками, что для принятой схемы нагружения соответствует периодической структуре композита вдоль координаты X.

Импульс давления, приложенный вдоль границы А, генерировал в композите зону сжатия, ограниченную фронтом ударной волны (ФУВ) и фронтом волны разрежения (ФБР), распространяющейся от свободной границы А композита после снятия граничного давления РЛМ). Зона сжатия распространяется вдоль координаты Л, (причем ширина зоны А! возрастает вследствие геометрической дисперсии) и отражается от жесткой стенки С. Величина напряжений в зоне сжатия значительно изменяется от точки к точке в плоскости 101 и распределение напряжений в зоне сжатия имеет довольно сложный характер.

Прочностные характеристики среда, влияющие на характер деформаций, для принятой модели (1)+(4) определяются динамическим пределом текучести YT). В общем случае динамический предел текучести является функцией давления, температуры, скорости деформаций и т.д.( для большинства материалов при импульсном нагружении Ус > У0 ). Не делая попыток определить вид этой функции, тем не менее можно оценить влияние Ув во всем теоретически возможном диапазоне его изменения на дисперсию импульса к моменту выхода его с границы А на • , жесткую стенку С. Величина сообщаемого (через границу А) 'композиту импульса:

т

г, = ; р.ат. <б>

л о л

I г -

жесткая стенка С

О о

% матрица / \ волокна

I-----

| \_/ зона сжатия \_/

| Д1

1

Л

>1

О........

ОФВР / \ I зона разрежения \_/

нагружаемая поверхность А

I \ Г ! I \ I I I I I I I I ! Г Г I \ ! || I рл(1) |

J_I

хь хч

Рис.1. Схема вычислительного эксперимента

о

?

отраженный импульс

Рис.2. Профили давления на нагружаемой поверхности (РА) и

жесткой стенке (Р„)

V

При отражении от жесткой стенки справедлив закон удвоения и импульс сообщается стенке за время т'= Iг~ t1:

• I

(6)

где t| к время начала и окончания отражения соответственно (рис.2).

Среднее давление, реализуемое на жесткой стенке, вычисляется как

/ ГР (х.гв,П- 51г(х,го.П 1 <1г

Р.а) =

' V

(7)

Величину эффекта геометрической дисперсии иутульса напряжений можно оценить через время передачи импульса жесткой стенке следующим образом:

и = т'/т (8)

Влияние прочностных свойств компонент композита на эффект геометрической дисперсии импульса напряжений определится из расчетов Г„(И для минимально и максимально возможных значений диапазона изменения динамического предела текучести : Г0 « Гв < со , (9)

где У0 -статический предел текучести.

Границы диапазона (9) соответствуют упруго-пластическому (в статических условиях) и абсолютно упругому Тп=>») материалам. Для расчетов абсолютно упругих компонент значения Г0 необходимо принимать такими, чтобы не достигалось условие текучести В расчетах принималось Ус=100 ГПа.

Эффект разрушения моделируется введением 7^=0 для лаграи-жевых ячеек матрицы, граничащих с волокном, т.е. силы адгезии отсутствуют.

Результаты исследований по нагружению композита (алюминий, армированный вольфрамовыми волокнами) ударными импульсами различной длительности и амплитуды показывают, что величина аффекта дисперсии импульса напряжений возрастает по мера того, как длительность т падающего импульса РА(Г) уменьшается. Это согласуется с выводами, полученными из линейной теории.

Бремя передачи импульса жесткой стенке возрастает с уменьшением прочностных свойств композита. Результаты расчета 10(1) по моделям абсолютно упругого и упруго-пластического материалов ( т.е. для обеих границ диапазона (9)) показывают, что при развитых пластических деформациях наблюдается сильная дисперсия импульса.

Учет расслоения волокон и латрицы сказывается на передаче импульса через абсолютно упругий композит (величина д возрастает примерно вдвое). В случав упруго-пластических компонент композита влияния расслоения на дисперсию импульса напряжений обнаружено не было; по-видимому, эффект расслоения полностью подавляется интенсивными сдвиговыми деформациями в зоне сжатия. Баланс энергий показывает, что при упруго- пластическом течении идет интенсивное преобразование энергии объемных в энергию сделовых деформаций. Импульс сжатия при прохождении гранш раздела матрицы и волокон теряет анергию, которая уносится локально отраженными и преломлен»^ волнами сдвига.

Во ьсвх расчетах проводился "онтро.то работы сил искусственней вязкости. В общем баяпкв энергии работа вязких сил ив превышала »10* от полной энергии шпульса, так что с достаточной долей уверенности можно утверждать, что характер течения композита определяй--« принятой моделью (1)+(4), а не схемными эффектами- "

2. Влияние объемной доли, диаметра и материала волокон.

в однонаправленных композитах с металлической матрицей (перспективных конструкционных материалах аэрокосмической техники) применяются волокна диаметром от нескольких десятков до нескольких сотен микрон. Для исследования влияния диаметра волокна на процесс затухания импульса напряжений был выбран диапазон d=30+I20 мкм как наиболее широко используемый при проектировании метЬллокомпозитов. Обьемная доля армирующей фазы Ц=Увол-/(,'вод+УмаТр) изменялась в диапазоне ОЛ< ц < 0.6.

В вычислительных экспериментах по нагружению композитов с алюминиевой матрицей импульсом длительностью х=60нс и амплитудой Р0=25 ГПа было установлено, что затухание импульса напряжений проявляется наиболее сильно у композитов со значительным рассогласованием акустических жесткостей компонент. При близких значениях акустических жесткостей компонент композита, т.е. при ZB /Z4 = (Ра)вол/(Ра)матр - I. значительного затухания импульса не наблюдэется. Затухание импульса оценивалось величиной безразмерного затухания

Я.=Р /(2*Р. ). (10)

Ас А

Через слой алюминия в 1мм, армированного волокнами из бериллия или углерода, импульс напряжений распространялся практически без затухания. Профили импульсов при этом мало отличаются друг от друга и близки к треугольному, характерному для однородных материалов. Предположение о преобладающем влиянии соотношения импедансов компонент на характер волновых процессов в материале естественным образом вытекает из акустического приближения, свидетельствующего о том, что при близких значениях акустических жесткостей компонент амплитудами отра-венных волн можно пренебречь, т.к. при ZB - ZM

Рг » p«-<VZb)V<ZM+ZB) - (II)

где Pr - амплитуда отраженной волны;

• Pt - амплитуда падающей волны .

В этом ил/чвы «1«идпо£сдчссть среды практически не сказывается на ее дисперсионных свойстъе?.. Расчеты подтверждают, что нелинейные эффекты при нагружении композита ударной волной ае вносят существенных корректировок в этот вытекающий из акустического приближения вывод, а именно: композиты с ZB - Zu по своим дисперсионным свойствам близки к однородным средам.

При сильном рассогласовании акустических жесткостей

компонент (например, для композита А1/Я величина 2в/ги=6.23) композиционный материал обнаруживает значительное затухание импульса напряжений и профиль давления на жесткой стенке при отражении имеет ярко выраженное размытие.

У композитов с 2в - не было обнаружено какого-либо заметного влияния ы первоначальную (т.е. сформированную к моменту Г = т) форму передаваемого импульса таких параметров композита, как диаметр армирующих волокон (1 или коэфйицибнт объемного армирования ц.

Из проведенных расчетов следуют два важных для практики ' вывода:

а) неоднородные среда с 2в/2м«-(1 г 0.5) обладают незначительными дисперсионными свойствами, обусловленными микроструктурой, даже при нагружении достаточно сильным (десятки ГПа) ударным импульсом;

б) при расчете ударно-волнового нагружения композитов с 2в/Лм«(1 г 0.5) вполне приемлемо исходить из приближения однородной среды и использовать смесевое уравнение состояния.

Анализ ударно-волнового нагружения композитов с большим рассогласованием акустических жесткостей компонент проводился на примере алюминия, армированного вольфрамовыми волокнами.

Изменение объемной доли армирующей фазы незначительно сказывается на затухании импульса в мелкодисперсном (й => ЗОшш) композите и влияет в основном на форму передаваемого импульса. Для композита с грубой геометрией (й = 120мкм) при малых значениях ц наблюдается разделение зоны локализации импульса на несколько последовательно прлсодящих к жесткой стенке импульсов. Время передачи импульса стенке при этом выше, чем д.";; мелкодисперсного композита. Характерной ос<,Лс;шоотыо влияния ц. на затухание импульса напряжений яышотся обнаруженный факт, что затухание импульса максимальд кг в композите с объемной долей армирования ц ~ 0.4 (рис.3).

Значительное затухание импульсс расстоянием тгсс^щдавтся в композитах с ц=0.4 во всем армирующих волокон.

^'Ч чпслеинс.. оценка дисперсии импульса напряжений использовался осредаенный временной профиль (7) давления на жесткой стенке и профиль граничного давления Ра(И. Величина дисперсии импульса напряжений определялась как отношение величин, характеризующих форму профиля давления на жесткой

Рис.3. Влияние на затухание импульса напряжений коэффициента объемного армирования ц при zq=Imm (композит AL/W);

1 - диаметр армирующих волокон d = 30 мкм;

2 - диаметр армирующих волокон d = 60 млм;

3 - диаметр армирующих волокон d = Т20 мкм

стенке и давления на границе А тремя различными способами:

- согласно зависимости (7);

- через коэффициент искажения удвоенного по амплитуде исходного импульса 2-РлЦ) при его трансформации в импульс Рси) с использованием понятия среднеквадратичного отклонения

Б = ас /ол ; (12)

- как отношения длительностей импульсов 2«РД(П и РС(П на уровне половины амплитуды.

Несколько вариантов оценки дисперсии импульса использовались с тем, чтобы избежать ложных выводов, вытекающих из ограничений какого-либо одного способа математического описания такого сложного процесса, как геометрическая дисперсия импульса напряжений в композитах. Установлено, что максимальную дисперсию испытывают импульсы в композите с ц «■ 0.4, что соответствует выводам из расчетов величины затухания.

Оценки при различных глубинах отражения гс показывают.что дисперсия импульса напряжений линейно возрастает с увеличением диаметра армирующих волокон (рис.4).

3. Влияние пористости матрицы.

Исследовшше диссипации энергии в композитах при ударной нагружении проводилось на примере композитов с пеноматаллической матрицей, т.к. именно в пористых материалах диссипативные процессы являются доминирующими и степень их влияния на затухание импульса максимальна по сравнению с композитами иных типов; поры в матрице при этом во всех расчетах считались заполненными идеальным газом с плотностью ,р0 « 1кг/м3. Роль мелкомасштабных течений очевидна: импульс напряжений диспергировал в пенометалле интенсивнее, чем в металле с тяжелыми включениями.

Комбинация эффектов геометрической дисперсии и диссипации позволяет обеспечить высокие дчмп$нрупцие свойства материала.. Для пористого алг»1лния, армированного вольфрамовыми волокна-п. ю^щиент затухания Кл= 0.14 на глубине распространения импульса в 1мм. Максимальный разогрев достигался при нагру-кен.ш пористого алюминия, армированного вольфрамовыми волокнами. *

с

10 --

_I_1_I_1_I_1_I_I_1 ■ I,. ,

О 20 ДО 60 80 (1 [мкм)

Рис.4.. Влияние на дисперсию импульса напряжений диаметра армирующих волокон при го=Змм (композит АЬ/И)

4. Механический отклик композита на импульс обьемного энерговыделения.

Представляло интерес рассмотреть воздействие на композит импульса с большой энергией кванта излучения Ш, имеющего значительную длину пробега в материалах. Расчеты для композита А1/№ проводилисг при энергии кванта 20 кЗв и интенсивности импульса излучения Го=0.125-1010 Вт/см2.

Результаты расчета по передаче импульса жесткой стенке показали, что при равенстве сообщаемых композиту энергий вследствие нагружения удпром или импульсом излучения (при одинаковых временах воздействия), передаваемый жесткой стенке импульс существенно ниже для случая обьемного энерговыделения. Прочность армирующих волокон отражается на характере передачи импульса: в случае более прочных волокон импульс меньшей величины сооСдается стенке быстрее, чем при пластичных волокнах.

При ударном воздействии доля внутренней энергии (в общем балансе энергий) материалов матрицы и волокон возрастает по мере распространения импульса напряжений вследствие дассипа-тивных процессов, приводящих к остаточному разогреву материала. При объемном энерговыделенш идет процесс передачи энергии от 'горячих' волокон 'холодному' материалу матрицы. Импульс, генерируемый коротким ударом, теряет кинетическую энергию по мере перемещения через композит; при обьемном энерговыделении кинетическая энергия движения материала матрицы от жесткой стенки возрастает со временем, что соответствует свободному расширению разогретого материала.

Моделирование воздействия импульса излучения на композит показывает качественно правильную картину происходящих при этом физических процессов.

В заключении на основании обобщения результатов проведвн-

ных вычислительных экспериментов излагаются вытекающие из них выводы:

1. Создана методика и программа прямого моделирования ди-на».;ики ударно-волновых процессов в композиционном материале при явном определении микроструктуры композита.

2. Установлены' закономерности в микроструктуре и физико-механических свойствах компонент композита, определяющие

характер затухания волн напряжений, генерируемых ударом или объемным энерговыделением.

3. Проведена оценка влияния на механический отклик композита импульсному нагружению комбинированного эффекта геометрической дисперсии, писсипативных процессов и адгезионной прочности.

4. Показана принципиальная важность учета вышеперечисленных эффектов при построении уравнения состояния композита как структурно однородно" среды.

По теме диссертации о:1убликованы следующие работы:

1. Иванов М.Ф., Паршиков А.Н. Численное моделирование динамики "дарных волн в композиционном материале. // ТВТ, 1993, Т.31, » I, С.92-96.

2. Иванов М.Ф., Паршиков А.Н. Численное моделирование распространения ударных волн в композиционных материалах при интенсивном импульсном нагружении. // Воздействие мощных потоков энергии на вещество./ Под ред. Сортова В.Е., Кузьменкова Б.А. -М.: ИВТАН, 1992,-С.204-209.

3. Иванов М.Ф., Паршиков А.Н. Влияние микроструктуры композиционного материала на дисперсию ударных волн. -М.: Препр. ФИАН « 68, 1992.-21с.

4. Иванов М.Ф., Паршиков А.Н. Моделирование микромеханики композиционного материала при импульсном нагружении. -М.: Препр. ФИАН * 69, 1992.-31с.

А.Н.Паршиков

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УДАРНО-ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ В КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ

Автореферат

Печать офсетная Заказ & 723

Подписано к печати 12.1С.93

Уч.изд.л. 1,18 Тираж 100

Формат 60 х 84/16 Усл.печ.л.1,16 Бесплатно

АП *Ъанс". 127412,Москва, Икорская ул.,13/19