Неаддитивные модели деформирования реономных структурно-нестабильных тел тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ
|
Русов, Борис Петрович
АВТОР
|
||||
|
доктора технических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Новосибирск
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
1995
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.02.04
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
Pío ОД
На права! рукописи
РУСОВ БОРИС ПЕТРОВИЧ
НЕАДЖГИЕШШ МОДОЙ ДШИИРОВАНИЯ РЕОНСШЫХ СТРУКТГРНО-НЕСТАлИЛЫШ. ТЕЛ
Di.02.C4 - Ызханика деформируемого твердого тела , -
Автореферат дисовртадин на соискание учено/, степени доктора технических наук
. HoBOcadíipcK - 1991
Работа выполнена в Новосибирской государственной академии строительства.
Официальные оппоненты:
доктор физико-математических наук, профеосор Г.й, БРЦЗГАЯЛН доктор технических ваук, профессор Е.Р. ТОШЪОЪСМА
доктор физико-математических наук, профеосор О.В. С0СН"Н
Ведущая организация: Новосибирский государственный технический университет
\
Защита состоится
•О О
часов
на заседании' диссертационного совета Д.003.22.01 в Институте теоретической и прикладной механики СО РАН по адресу: 830090, г. Новосибирск, ул. Институтская, 4/1, ИТШ СО РАН
«ш>: 3832 35-22-68. Е~тои£ : <Х<1г* (О) с{а»>». ийк. Ж.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Лнститута теоретической и прикладной механики СО РАН.
Автореферат разослан 199 £
Ученый секретарь ^
диссертационного ' ■ // ),
совета, д.ф.-м.н. ^^^¿^^-Селюоное В.Л,
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы,- Проблемы технического прогресса предъявляют повышенные требования к работе машин, конструкций и сооружений. Сильно возросла рабочие нагрузки. Во многих агрегатах и установках служебные температуры в настоящее время достигли температур фазовых превращений применяемых сплавов. В полимерных материалах, которые в послденив десятилетия интенсивно внедряются в технику и строительство, под воздействием температурно-силового поля происходит перестройка исходной структуру, затрагивающая все уровни надмолекулярной и молекулярной ориентации полимера. Структурные превращения под воздействием интенсивного температурно-силового поля происходят практически во всех конструкционных, материалах.
Процессы деформации материалов и структурные превращения, происходящие в них, взаимосвязаны. Эволюция структурных превращений приводит к тому, что один вид деформации переходит в качественно другой. Происходит перераспределение меаду фундаментальными составляющими полной деформации. Поэтому широко используемый в настоящее время принцип аддитивности составляю-г щих полной деформации оказывается несправедливым. Возникает острая необходимость в разработке моделей деформирования структурно-нестабильных материалов, учитывающих сложную взаимосвязь процессов деформации и структурных превращений.
Цель работы состоит в экспериментальном исследовании деформации структурно-нестабильных материалов, выявлении особенностей и аномалий, связанных со структурными превращениями, разработке детерминистических и стохастических моделей, основанных на частичном или полном отказе от приникла аддитивности составляющих полной деформации, развитии численных и аналитических методов расчета элементов конструкций, основанных на предложенных моделях,на статическую и динамическую нагрузки; проведении анализа влияния структурных превращений на напряяен-но-даформзрованное состояние элементов ко не тру] слй.
Научная новизна состоит в следующем: сформулированы оире деляющие уравнения деформирования "вазистаои.тьних сред без разделения р шомной , формации на составляющие (нзаддитивная модель) ; .....
предложены определяющие уравнения ограниченной ползучести
без возврата и с возвратом, учитывающие инкубационный период и переход ограниченной ползучести в неограниченную;
впервые в мировой практике разработан метод построения функции упрочнения на оонове экспериментальных данных (до сих пор указанная функция подбиралась методом проб);
сформулирована общая неаддитивная форма определявших уравнений деформирования структурно-нестабильных материалов;
экспериментально установлено, что в кристаллических полимерах при достаточно длительной выдержке под напряжением, из-за отруктурных превращений надмолекулярных и молекулярных образований, идет перераспределение между фундаментальными составляющими полной деформации;
предложен критерий длительной работоспособности кристаллических полимеров и на основе его разработан пошаговый метод расчета конструкций на длительную прочность;
разработана стохастическая модель деформирования сред,учитывающая влияние эволюции структурных превращений на процессы деформации;
разработаны, исследованы и внедрены в производство новые композиционные материалы и тонкостенные конструкции, обладаади« повышенной теплостойкостью, водонепроницаемостью, морозостойкость», трещяностойкостью, устойчивостью к агрессивным средамд на основе специального преобразования функциональных уравнений стохастической модели предложен метод решения краевых задач структурно-нестабильной вязкоупругооти;
предложены два приближенных метода расчета конструкций на ползучесть, один из которых рекомендуется применять в случаи, -когда деформации ползучести одного порядка с упругими деформациями, другой - в случае больших деформаций ползучести, когда зависимость установившейся скорости ползучести от напряжения, из-за структурных превращений, имеет сложный характер;
разработан математический метод описания "тренировки" высокочувствительных упругих элементов высокоточных измерительны приборов и предложен метод измерения силы и массы о высокой то чностью;
Предложенные модели и методы позволили доказать, что ебос нованное использование структурно-нестабильных материалов значительно увеличивает долговечность и■надежность работы элементов конструкций;
на основе теории подобая и предложзкных моделей разработ?
4
метод оценки сопротивления жестких пластмасс удару; показано, что предложенная характеристика, в отличие от ударной вязкости, на-зависит от размеров и Форш образцов, метода испытания и может быть использована в расчетах конструкций^на ударные нагрузки.
Достоверность научных положений я результатов обеспечивается обоснованностью исходных гипотез и математической строгостью постановки задачи исследования; удовлетворительным соответствием теоретических результатов, полученных по предяойеняым моделям, с данныш .экспериментальных исследований, полученных как автором, так и другими исследователями; сравнением расчетных данных с разультатамя ; полученными на.основе других подходов.
Практическое значаще и внедрение результатов. Разработанные модели позволили учесть влияние эволюции структурных превращений на процесс деформации материалов в широком интервале изменения напряжений а теютературы', описать многие сложные аномальные эффекты, потерне не описываются классическими теориями.'
Разработанный численный метод, основе.штчй на специальном ареоЗряэотти ' ипа^'йзиртпг спреяедяотих уравнений стохастической мояелч, позволяет проводить расчеты конструкций, изготовленных яэ материалов, г которых происходят разовые превращения, деструкция и структурирование, твердение и механическое размягчение, учесть влиянче сложных реологических процессов, связанных с указатлгмт структурными превращениями, на напряяешю-де-$ормярорянков состояние конструктив.
Два предтокентга приближенных метода расчетов элементов - конструкций на.яолзучаст* даят достаточно точную оценку напря-яенно-деТормирсттюго состояния в конструкциях недоступны для -широкого круга по.тьзорателей.
. ИредлеяччпыК кратегпЧ длительного разпягчения полимеров, в отличие от известных, качественно' по-яо^ог.у и количественно более точно описывает дтательнув работоспособность кристаллических пот'Мвпои. Указгннцй критерий л разработанный шаговый метод позволяет лропо-дать расчеты полимерных конструкций на •длительную грочноетт-.
Прсяедепште кйтематяческ.тэ расчеты, основанные на предложенных могйлях м методах, показали, что применение структурнс-кестабнльних ттерталов s качестве отданных элементов kohcï-, рукций иает возгоинооть пошепта надежность работы конструкций
5,
в аварийных ситуациях, повысить точность измерительных приборов.
■ Разработан новый метод оценки сопротивления жестких пластмасс удару. Предложенная характеристика, в отличие от ударной вязкости, не зависит от размеров и формы образпов, метода испытания и позволяет проводить расчеты элементов конструкций на ударные нагрузки. Элесто'трех испытательных установок, утвержденных Госстандартом, по предложенному методу можно использовать только одну, что в значительно.'! степенй экономит средства на изготовление экспериментальной техкикгг и образцов. Даны рекомендация по стандартизации.
Выдвинутые научные'положения, предложенные методы испытания материалов (A.c. * 1264071) и свойство веществ структурироваться, позволили создать новые композиционные материалы (A.c. Я 271001) и на их основе разработать тонкостенные конструкции повышенной прочности, морозостойкости, водонепроницаемости,тре-щикостойкости и долговечности. Разработанные материалы п элементы конструкций внедрены в Новосибирском филиале НЛИПП, Сиб-ЗНИИЭП, ЗабайкалпромстроМШпроект, Хабаровскгражданпроект,трестах "1елезобетон-1" я "1еяезобвтон-2" г. Хабаровск , Ш1-1 ГлавновосибирскстроЗ , SSEnK г. Первоуральск , Ферганское п/о "Азот", комбинате "Ураталектромедь" г. Верхняя Пнзпма , на стройках гг. Новосибирска, Омска, Перми, Первоуральска, Улан-Удэ, Хабаровска.
Апробация. Основные соложения работ» и отдельные ре результаты докладывались я обсуждались: не 1У Всесоюзном сго.гаоаяуме по механике конструкций из композиционных материалов (г. Новосибирск, 1982), Всесоюзном симпозиуме "Ползучесть в конструкциях" (г. Днепропетровск, 1982;, 1У Всесоюзном сомкнаре "Аналитические метода и применение ЭШ в механике горных пород" {г, Новосибирск, 1982), УШ Всесоюзном семинаре по исследованию горного давления и способов охраны капитальных и подготовительных выработок ( г. Якутск, 1982J, Ш Всесоюзном семлнаре "Взаимодействие механизированных крепей с боковыми породам" (г. Новосибирск, 19Я2), П Всесоюзной конференции "Ползучесть в конструкциях" ( г. Новосибирск, 1984), Всесоюзном координационном совещании "Теория и практика применения иолиыерцементсв в производстве строительных материалов и Ь строительстве" (г. Батуми, 1984), У Всесоюзном семинаре "Аналитические методы и применение ЭВМ в механике, горше пород" (г. Новосибирск, 1985), Всесоюзном семинаре "Методы исследования и прогнозирования климатической
6
устойчивости полимерных и композиционных материалов и изделий из них" {г. Якутск, 1985), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы автоматизации процессов взвешивания и дозирования" с г. Одесса, 1985), Всесоюзном-семинаре "Технологические задачи ползучести и сверхпластичнооти" (.г. Новосибирск, 198617 Всесоюзной научно-технической конференции "Измерение силы. Современные методы и средства" (г. Новосибирск, 1986), Ш Всесоюзной конференции "Сверхпластичность металлов" с г. Тула, 1986), 1 Всесоюзной школе "Механика и физика сверхпластичнооти" (г. Фрунзе, 1988), Всесоюзной научно-технической конференции "Ползучесть металлов и элементов конструкций в энергомашиностроении" (г. Киев, 1989), УП Всесоюзном съезде по теоретической и приклйА-Лй механике (г. Москва,.1991), Вторил международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" ( г. Москва, 1994), Зональной научно-технической конференции "Вопрооы теории и практики в строительной науке" (г. Тюмень, 1980), Зональной научно-технической конференции "Совершенствование конструкций зданий и сооружений на Дальнем Востоке" (г. Хабаровск, 1984), Сибирской школе по современным проблемам механики деформируемого твердого тела (г, Новосибирск, 1988; г. Якутск, 1990), Областных научно-технических конференциях /г. Новосибирск, 1982-1994), межкафедральном семинаре НГАС под руководством профессора Г.И. Гребенгока (г. Новосибирск, 1993), семинаре лаборатоши отатической прочности Института гидродинамики СО РАН под руководством профессора О.В. Соснина (г. Новосибирск, 1993), городском межвузовском семинаре по проблемам механики под руководством профессора МД. Ахметзянова (г. Новосибирск, 1994), межкафедральном семинаре НГТУ под руководством профессора Н.В.. Цветового.(г. Новосибирск, 1995).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 45 научных работ и получены 2 авторских свидетельства на изобретения.
Сурукттоа и-объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа наложена на 459 страницах, в том числе 340 страниц текста, 57 рисунков, 13 таблиц. Список литературы содержит 316 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во ^ведении кратко излагается история по рассматриваемым в диссертации проблемам, обоснована актуальность исследования и сформулирована цель "работы. Изложены основные положения, выносимые автором на защиту.
В первой главе разрабатываются детерминистические модели деформиррвания квазистабильных сред. При формулировании моделей делается частичный или полный отказ от принципа аддитивности составляющих полной деформации. Принцип аддитивности нельзя считать универсальна .и тем более единствзнно возможным. Он накла-N дывает очень жесткие ограничения - независимость развития фундаментальных составляющих деформации.
В литературе достаточно остро обсуждается вопрос: разделят; или не разделять пластическую (остаточную) деформацию на склерономную и рвономную. Этому вопросу пссвящены работы Ю.И. Кадаше-вича и B.C. Клюева, Г.Ф. Левина, К.Н. Русинко. Более того, Ю.Н. Работнов отмечает, что "в старых работах не делалось разницы между деформацией ползучести и мгновенной пластичеокой деформацией".
В теории ползучести широко используется аддитивная схема: разделения рвономной деформации на соотавлящие: обратимую и необратимую. Необратимая составляющая согласно схеме Андраде разделяется на установившуюся и неустановившуюся. Схема Андраде не всегда дает положительные результаты. Поэтому В.Ф, Шорр првддо-хгил другую схему "сложения" • неустановившейся и установившейся составляющих деформаций ползучести. С другой стороны,. В.М.Розен берг, Go-lriifli F. и Lupitie V. физическими методами установи ли, что механизм ползучести металлов при повышенных температурах на первой и второй стадиях одинаковы. Таким образом, разделение деформации ползучести на неустановившуюся и установившуюся довольно условно. Схема Андраде используется и в механике по лдмеров. Отличие оостопт в том, что неустановившиеся дефоршцли ползучести, в отличие от металлов, полностью обратимы. Ориги-' цшгыше аддитивные схемы предаояили Г.И, Брызгалян, Ю,П, Самарин, Е.А. Хейн, A.A. Чижик.
Опыты, проводимые над материалами при высоких температурах я больших напряжениях, выявляют новые и все более сложные дефор мационные свойства материалов. Б указанных оэжимах испытаний в материалах происходят структурные превращения разных уровней. , Эволюция структурных превращений приводят к т<W» что деформедл
Ö
онные свойства материалов качественно изменяются. Поэтому принцип аддитивности при интенсивном температурно-силовом воздействии оказывается несправедливым.
Определяющие уравнения деформирования квазистабильтах сред------------------
сформулированы в терминах структурных параметров. Такой подход (терминология) позволяет в единой форме записать уравнения состояния очень разнообразных по своим свойствам материалов (металлы, полимеры, бетоны, горные порода).
Следуя подходу D.H. Работкова, не будем интересоваться физической природой структурных превращений, а примем, что структурное состояние Е любой момент времени характеризуется некоторая конечным числом параметров а., , ¿J,, , .... . Понятие структурного параметра при формулировании уравнений состояния используют многие авторы: А.Л. Аршакуни, В.И, Астафьев, А.В.Бе-резия, A.A. Вакуленко, Л.Б. Гецов, В.Н. Голуб, Е.Р.Голубовский, В.Л. Данилов, C.B. Зарубин, З.К. Инсзевдев, A.F. Калинников, Л.М. Качанов, В.Н. Киселевский, В.И. Ковпак, A.M. Локощенко, H.H. Малиник, С.Т. Милейко, B.C. Наместников, А.Ф. Никитенко, И.Г. Овчинников, В.В. Осасюк, O.K. Ыорачковский, В.В. Петров, D.H; Работнов,- В.П. гтдченко,-К.И. Романов, О.С. Садаков, О.В. Соснян, Ю.В. Суворова, В.В. Федоров, Г,М. Хажинский, A.A. Читок, ИЛ). Цвелодуб, С.А. Шестериков, Baittg Я. w., A/<shihüraT., Ohji К. fOro^a.hE. .Taira. S. ,Tanou<;<a К. •
Процесс ползучести во второй стадии очень похож на течение вязкой жидкости и идет с постоянной скоростью. Поэтому структуру материала во btoqoíí стад;::! можно считать неязмзнкой (в с" weite интерпретации Ю.Н. Работнова). Обозначим параметр, отражающий указанное структурное состояние,через (^щ!» , а кинетичес-<09 уравнение для запишем'в виде ...... .................
Форма записи уравнения (1 )-отражает тот экспериментально гстановленннй факт, что танимальная (установившаяся) скорость юлзучестя сы;„ зависит от напряжения и температуря, а при
ггновечпом чэкеиетгл эквивалентного напряжения и Т скорость £ изменяется скачком. Указанная трактовка дает осно-!ание принять, что параметр - пропорционален_нонотороЯ эк-
Ы ¡п
' а
Во многих материалах (бетон, пластмассы, древесина, горные породы, металлы и сплавы при нормальной и пониженной температуре) при не очень больших напряжениях наблюдается ограниченная ползучесть, т.е. с течением времени процесс ползучести прекращается. В этот момент, структура материала принимает вполне определенное стабильное состояние. Будем характеризовать это структурное состояние параметром ^» . , а его изменение кинетическим уравнением:
&<Ъ.Т) /Ф/ЫТ. (2 )
Аналогия уравнений.(1) и <2) основывается на тех же соображениях, что и аналогия между определяющими уравнениями установившейся ползучести и уравнениями деформационной теории пластичности.
Отождествим параметр ^ оо с интенсивностью предельной деформации ползучести £? ( - конечная величина, к которой стремится интенсивность деформаций ползучести при £ —* о*») Таким образом, в этом случае кривая деформирования при
О имеет равновесное состояние. Длительный модуль упругое ти не равен нулю. .
Если равенство (2) представляет собой полный дифференциал, то приращение интенсивности деформаций ползучести не зависит от пути термо-силового воздействия. Независимо от пути придем в одну и ту же точку равновесной криво* Е* . В общем случае равенство (2) не является полным дифференциалом. В этом случае форма равновесной кривой (¡^ зависит от история термо-силового воздействия. Аналогичную иитерпретацикт имеет я урав нение (1).
Структурное состояние в переходной стадии (стадия "интенсивного упрочнения") будем характеризовать параметром р В качестве меры упрочнения можно езям любую из величия:
> о)
(Ь\
«Цз = б/^З/
Закон течения примем з виде
Н ■
Здесь <5* - эквивалентное напряжение, являющееся функцией вида напряженного состояния.
Закон течения (6) предполагае!1 существование некоторой поверхности ползучести, обладающей тем свойством, что в каждой ее точке интенсивность ползучести одинакова, а вектор скорости деформаций ползучести ортогонален к этой поверхности. Существование указанной поверхности экспериментально обосновал О.В. Сос-нин и подтвердил А.<5. Никитенко. Некоторые аналитические аппроксимации поверхности ползучести дал И.Ю. Цвелодуб.
Умножим левую и правую части уравнениц (6) сами на себя л просуммируем. После несложных преобразований получим:
,ГД0 - интенсивность скоростей деформаций, зависящая от эквивалентного напряжения, температуры и структурных параметров:
¿1 =/(«г*/Г>М*<Мвв)'
Уравнение состояния (7) записано в неявном виде. Для того, чтобы придать ему конкретный вид, необходимо для каждого материала (класса материалов) ввести новые допущения и гипотезы.
Опыты показывают, что ползучесть металлов при высоких температурах неограничена, т.е. длительный модуль равен нулю. Поэтому для описания высокотемпературной ползучести металлов в формуле (7) надо положить у»-О . Неаддитивную форму (без использования схемы Ладра:,э) определяющего уравнения высокотемпе-.ратурной ползучести предлагается принять в виде:
(в)
Соотношения (81) г>ыраяэит гипотезу о том, что с течением времени структура материала стремятся к квазистабялькому состоянию, которое, как отмечено выше, наблюдается в установившейся -стадии ползучести.
При обработке конкретных.экспериментальных данных было-принято: р = £* , = £>р!« . ь этом случае
¿с /г ¿Г-Р^д/лч V э^ ^
Предложены две, удобные для приложений, функции р(') . Па казаке, что, согласно предложенной модели, начальная а устано-вплшаяся скорости ползучести взаимосвязаны. При этом, в отличие от степенного.закона теория упрочнения, начальная скорость ползучести - конечна. Это делает модель более корректной, т.к. пол эучесть материалов обусловлена движением материальных частиц, в значит скорость ползучести не может быть бесконечной. Обрабои экспериментальных данных показала, что определяющее уравнение{.£ лает хорошие результаты в тех случаях, когда известные теории вносят значительную погрешность.
Уравнения (9) обладают достаточной универсальностью, но ] определенной сложностью, т.к. функция р(•) и £/"** завиоят от . Детально рассмотрен вопрос о применимости упрощенной формы соотношений (9):
_i/з Ctttîh
1J и шурш
1(2 1г*л\1ъ& Ъбj Ъ&п <1С)
Ъбц
Отметим, что эта неаддитивная Форма уравнений ползучести отличается от уравнений Андраде (аддитивной Форш):
Если в ( 10 ) принять 6j н , то получим .
г[ нр) )>
Сравнивая последнее уравнение с уравнением Андрадз, видя что уравнение С12 ) проще, компактнее и в него входят меньшее число параметров'.
Соотношения (,12>, с точностью до обозначений, совпадает '< первнм слагаемым уравнений (11). В настоящее время в теор i у рочнсшш нет общей методики построения Функции ■f(P)- Конквет !'!!'-; вид этой функции подбирается интуитивно, опираясь на шро :<0'i опыт в 8т0й'области.
В работе разработан метод "построения функции упрочнения -f(p). lia основе экспериментальных данных показано, что для одних, материалов такая функция (единая кривая) существует, для других - нет. Таким образом, указанный'метод-позволяет в каждом конкретном случае выяснить область применимости уравнений" (12), а также и классического варианта теории упрочнения. На рис. 1 представлена функция упрочнения стали ЗИ756.
t,0
ол
О.ч ог
■/се«)
Ci-to* —. j
Рис. 1 .
Показано, что в тех случаях, когда уравнения (12> оказываются несправедливыми (нет единой кривой) при-описании высокотемпературной ползучести необходимо пользоваться более общими уравнениями (9).
Соотношения (б) и (7) при некоторых дополнительных предположениях могут описывать ограниченную ползучесть без возврата и с возвратом. В том и другом случае в соотношениях (6) принято:
-0 » сГ • Анализ свойств уравнений (6) а (7) при Цри^гО показал, что эти уравнения описывают ограниченную пол-
зучесть без возврата, если соотношение между составить в виде отношения £,' / :
а ¿;
iJ=lfF
пред-
(13)
•гхп,
Отмети»' что для описания ограниченной полэучеотл бея зсз-врата используют наоледстгонные модели (ИЛ. Голъдесбгат, К.Я. Няколаенко, Ю.П. Сахарин, Б.Ф. Ш<?рр), принимая условие, что в момент разгрузка.вязкоупругая деформация "отключается" (терминология Ю.П. Самарина/. Здесь преддосела модель огри.кячвнной ползучести баз возврата в рамках к»ке?ечёской -.еори*.
13
Ограниченная ползучесть в возвратом описывается уравнениями:
• V К 2 л[Ш Т>?ц
V г бц „
Т.е. скорость ползучести зависит от разности:^ —£7 (Цоо~Р). Показано, что при скорость О.
Детально рассмотрены два варианта уравнений 113) и (14), I которых принято: • ^(Г./^»))
= ' (16)
Опыты показывают, что ограничинная ползучеоть наблюдается, когда напряжения не очень велики, а температура невысока. При увеличении напряжений или температуры ползучесть становится неограниченной.
- Определяющие уравнения, отражающие переход ограниченной' ползучести в неограниченную, записаны в виде:
Частный олучай уравнения (17):
Из уравнения (18) следует, что при¿*раО получа.ем извест-. степенной закон теории упрочнения, а при У- О - уравнения ограниченной ползучести,
.'.Л В чачеотва конкретного варианта предложены определяющие • уравнения, описывающие инкубационный период процесса пгтзучести В сцучае неограниченной ползучести указанные уравнения' имеют
^ ¿с_ ЛС6//Г) ___
где ß, , X » /М - параметры.
При /4=0 уравнение (19) принимает форму (игрока известного степенного закона теории упрочнения.
Для всех вариантов предлояанных уравнений разработаны методики определения реологических параметров « дано сравнение расчетных результатов с экспериментальными данными, полученныш автором и другими исследователями (.A.M. Жуков, В.П. Дектярев, Г.ф. Лепин, Ю.Н. PaöOTHOB.E.L-Ro&lHsch tW.3Ä»(;ft/,«. , G.Tul,
Впервые экспериментально установлено, что в кристаллических полимерах при длительной выдержке под напряжением из-за структурных превращений адех перераспределение между составляющими полной деформации. Hai рис. 2 показано изменение обратимей составляющей деформации ползучести во времена ЛЭВП.
«I* / >—^ \
)
Is
- ' .
-Кг- t,H
' Рас. 2
Чтобы описать этот, экспериментально установленный эффект, сформулирована общая неаддитивная форма связи меаду составляющими полной.деформации:
у« = ,т,*>,(*»тА,
где операторы Ц-г) определяются предложенными (пли известными) моделями,
Раскладывая эту функцию в рхд а удерживая линейные члены, получим, как частный случай, аддитивную модель, Указаны некоторые конкретные формы неаддитивной модели. Б частости, для описания деформации крястачлических полимеров предложено уравнение;
г* А 0
*У(1 - J wMbiJbJKitWiJb
Для полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) определены все функции, и параметры , входящие в уравнение (20). Показано, что уравнение C2Q) описывает ползучесть ПЭВП в широком временном ян терваяе. При больших временах доля обратимой составляющей дефор мании ползучести (третий член в (20)) уменьшается. Обратимая деформация ползучести "переходит" в качественно другой вид деформации - в деформацию вязкого течения.
Для объемного напряженного состояния уравнение (201 обобща ется в форме сооткошеннй Генки-Ильюшина:
Tl1*9*
Здесь £I с точностью до обозначений выражается формулой (20).
Вяэкоупругие свойства кристаллических полимеров отличаются большей сложностью по сравнению с аморфными, т.к. имеют две фазы (кристаллическую и аморфную). В процессе деформации в кристаллических полимерах изменение структуры затрагивает более глубокие уровни. При-атом, как отмечено выше, из-за структурных превращений идет перераспределение между фундаментальными составляющими полной деформация. Работоспособность полимера может быть исчерпана по разным причинам. Наиболее распространенным фактором исчерпания несущей способности конструкции является размягчение полимера под нагрузкой. Происходит активное превращение структуры полимера. Материал начинает интенсивно деформироваться.
В работе предложен критерий длительной работоспособности кристаллических полимеров. Из уравнения (20) видно, что если интеграл Л
то, согласно уравнению (20\ со временем будут развиваться преимущественно вязкие деформации, т.е. полимер потечет.
Опыты показывают,' что в полимерах обратимые деформации . (реономные). не исчезают полностью даже после образования шейки. Поэтому в качестве критерия длительной работоспособности кристаллических полимеров предлагается взять условие:
= я*,
п 0
где К ^ - некоторая расчетная величина, допустимая для каждого конкретного материала (1^.^:1).
16
Отметим, что условие аналогично условию для парамет-
ра поврежденности: со« 1 •
Экспериментально было установлено, что для ПЭВП ¡{м = 0,7; WC*) имеет вид функции Вейбула. Показано, что в полулогари$гти- — ческах координатах кривая б*"Iß tp не спрямляется. Как отмечает Г,М. Бартенев, указанное отклонение от прямой характерно .для кристаллических полимеров. Сделана экспериментальная проварка условия (23) на ПЭВП. Опиты имели продолжительность до ? лат. Обработка экспериментальных данных показала, что предложенный критерий вполне удовлетворительно одасывает длительную работоспособность ПЭВП.
Во второй главе сформулирована стохастическая модели деформирования структурно-нестабильных сред. Вероятностные модели в реологии разрабатывали многие авторы. Первыми исследованиями в этой области знаний были работы Е. Вихерта (1893), А. Эйнштейна (1SQ5, 1906, 1911), В. Фойгта (1910), К, Вагнера (1913), Р. Бек-квра (1925), А. Рейсса (1929). Развитию вероятностных моделей посвящены работы Б.Д. Аннина, В.В. Болотина, Е.Р. Голубовского, Д.А. Гохфельда, H.H. Давиденкова, В.Н. Ильина, A.C. Исшшокого, Ю.И. Кадашевк а, В.А. Лихачева,'В.А. Ломакин?, А.К.. Машейстера, С.Т. Милейко, Б.А, Мовчан, З.Е. Панина, B.D. Радченко, А.Р. Ржа-ницина, О.С. Садакова, Ю.П, Самарина, Ю.В, Соколкина, Т.Д. Шер-моргора, С. А. Шестврикова,«й.К, Axt It-oé ,3.с. HaCplu ,J.H а-slüh, R.Hill , F.T Pltrce. ah •'Af. Siws . £.Tohil.
В указанных моделях предполагается, что мехшшческив свойства среды неоднородны и являются случайными. Так как рассматривается реологическая среда, то отмеченная случайность реализация выражается ■записывается . в.форме случайной функции, функционала или оператора, зависящего от времени и некоторых случайных параметров, по которым и проводится тот или иной способ осреднения. Преимущественно.рассматривались стабильные среда и использовался принцип аддитивности.
При исследовании деформационных свойств структурно-ностаби-льных материалов необходимо учитывать не только неоднородность механических свойств, по и нестабильность, локализацию деформаций я напряжений. Эти механические факторы (локализация деформаций, концентрация напряжений и нестабильность) имеют слу.рЯпий характер «„обусловлены различного рода физикот-химико-механичос-кими превращениями структуры материала. Каждое "превращение, про--, иоходящее в материала, есть случайное событие, а последователь -
17
нос7ъ превращений - случайный процесс.
В момент превращения выделяются новые фазы, реологические механические свойства которых могут очень сильно отдичатьоя от исходных. Важно отметить, что в момент превращения, особенно связанных с изменением объема, деформации и напряжения в отдел! по выделенном микрообъеме изменяются скачком, поэтому при формулирования модели предполагается, что деформация выделенного гакрообъема до превращения и после превращения описывается различными операторами. Пре этом учитывается, что в момент превращения отдельная реализация ^траектория) терпит разрыв первого рода. На рис. 3 и рис. 4 показаны возможные реализации процесс!
Остановимся на линейном напряженном состоянии. Пусть отдельная реализация в промежутке мегду превращениями описывает! дифференциальным уравнением мел) ,
...
где М(0) , N(0) - полиномы оператора О-^/аГ .
Разложим рациональную дробь Д/(0) / М (0) на проотые мног тели. Если все корни полинома И (0)действительна и различны,
где Е , А(' . В( - постоянные.
Каядцй член последнего уравнения дает некоторую составл) щуто деформации. Первый - упругую, остальные ».если - '
лаздчвзвдую V последействия, вксокоэластяческую). Ес.чи в с-*-» члене 6; ~0 , то это слагаемое ошпнзаот деФормацт вязкого ■ чешя. ^
Одна из возможных гипотез состоит в том, что коэф^цяенты Е , А , Ь в момент превращения изменяются скачком. В частности, некоторые из них становятся равными нулю. Когда В; принимает нулевое значение, соответотвуюкая часть деформации качественно с и количественно) переходит в новый вид деформация - деформацию вязкого течения. Еоди коэффициент А] становится равным ну .то, то это означает, что изменяется порядок дифференциального уравнения. В свяэи о этим возникают особенности пш оо~ реднении, которое проводится по ансамблю".
Один из вариантов предложенной модели для трехмерного напряженного состояния нредотавлен ниже:
. о 5
*
о $
+ Ь) +Аг)+3 к^ст.-*> *
о '
± '
Здеоь S - вектор случайных параметров, входящих в операторы до превращения и после превращения ; "t* - время превращения
- случайная величина; ) - плотность вероятности олучайных величин (.символ tJCfff&J указывает на то, что время превращения зависит от инвариантов тензора напряжений и истории натру же шя ; Л^, - постоянные Ламе - до превращения,
- после превращения); G ^ , ^ , - модуль одвига, объемный-модуль упругост ,• коэффициент линейного расширения;^, - времена релаксации; '- символ Кронеккера; ¿¡.[о) , i¡j{0) , £(о) -внутренние напряжения и начальные деформации микроэлемента до начала нагружения; Tío) - начальная температура микроэлемента; i»-0 - время перед превращением, - время сразу после превращения; д ,л £¡¡ , Л б* , Л £ , ЛТ - скачки (мгновенное изменение) напряжений, деформации -и температуры в момент превращения.
Соотношения (24) сформулированы в предположении, что множество реализаций случайного процесса бесконечно. В этом-случае модель описывает "гладкие" реологические процессы. Если реализаций конечное число, то модель описывает прерывистые лроцеосы (аффекты Савара-Массона и Портевеьа-Ле-Шателье), ¡
С помощью специального преобразования показано, что предложенная стохастическая модель деформирования структурно-нестабильных материалов включает в себя как частный случай уравнение Больцмана-Вихерта-Вольтерра (стабильная среда) и отличается от него дополнительным функционалом, который отражает влияние структурных превращений на процесс деформации.
Показано, что модель позволяет описывать сложные аномальные процессы релаксации (,аккумуляцию, инвариацию, резкий спад напряжений в заключительной стадии процесса релаксации, (рис. 5)(>, задержку ползучести и спонтанный рост деформаций ползучести, прб-цесс перехода неустановившейся стадии ползучести в установившуюся (обобщение модели Б.Ф. Шорра), эффект памяти формы, размягчение и твердение среды в процессе деформации, вынужденную эластичность полимеров и оверхпластичнооть металлов.
На достаточно полном экспериментальном материале показано, что расчетные результаты, полученные- по'предложенной модели, гполш удовлетворительно совпацгют с опытными данными. На рис, 6 в качестве примера представлены кривые релаксации бронзы КМцЗ-1.
20
Пунктиром обозначены расчетные кривые.
Рис. 5
ао «о Рис. 6
В третьей главе на основа экспериментальных данных показано, что предложенная стохастическая модель с успехом может быть использована для описания деформирования материалов, в которых под напряжением протекают процессы деструкции и образования поперечных связей. Описана релаксация напряжения серого вулкана- , зата натурального каучука I опыты А. Тобольокого> в среде тщательно очищенного азота < инертная среда) и в нормальных атмосферных условиях. Эксперименты показывают, что релаксация напряжения в инертной среде идет значительно медленнее, чем в нормальных условиях (в агрессивной среде). В стохастической модели (соотношения <21)) это отражается тем, что плотность распределения случайной величины зависит от концентрации агрессивной среды, а мгновенный и длительный модули упругости взаимосвязаны через времена релаксации.
Детально изучены механические свойства нового полимерного материала, разработанного совместно с НФ НИЖШ. Экспериментально установлено, что процесс ползучести указанного полимера со- . провоадается структурированием. При атом мгновенный а длительный модуля возрастают, а необратимая деформация ползучести "переходят" со временем в обратимую \ вне окоэластяче скую, упругого. последействия). Отмеченный сложный процесс ползучести этого материала достаточно точно описан предложенной стохастической моделью. ■
С помощью стохастической модэлп изучены аномальные эффекты в бетонах. Модель позволяет объяснить (описать! сложную наблюдаемую в опытах зависимость коэффициента Пуассона от времени и напряжетм. В предложенную модель, в отличие от современтшх те-"орий ползучести бетона, коэффициент поперечной деформации не
21
входах в явном виде (см. (24)) , но указанная модель позволяет определить изменение продольной и поперечной деформации во времени в зависимости от заданного напряжения.
Сложная взаимосвязь продольной и поперечной деформации ив-за структурных превращений приводит к растрескиванию изделий в процессе их изготовления, что снижает прочность и долговечность конструкций. Разработано устройство для исследования трещиностойкости материалов (А.о. & 1264071). Устройство позволяет определить максимальное напряжение и время, при котором появляется трещина.
Указанное устройство я достаточно широкие экспериментальные исследования позволим совместно со сторонними организациями создать новые композиционные материалы и элементы конструкций, обладающие повышенной теплостойкостью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, трещиноотойлостью, устойчивостью к агрессивным средам (Â.o. А 2710С1).
В четвертой главе разрабатываются численные методы решения краевых задач нестабильной вязкоупругости, приближенные аналитические метода расчета элементов конструкций на ползучесть и рассмотрены вопросы рационального использования структурно-нестабильных материалов с целью, чтобы повысить надежность и'дол^-говэчность работы конструкций.
Методам расчета конструкций о учетом реономных деформаций посвящены работы C.B. Александровского, H.Z. Арутюняна, И.А, Бяргера, A.B. Бурлакова, Г.Д. Вишевецкого, Д.А. ГохфельдаД.О. Ержанова, A.A. Ллыошина, Л.М. Качалова, Ю.И. Лихачева, Я.М.Клв-банова, М.А. Колтунова, В.М. Корнева, A.M.'Локощенко, O.K. Мо-рачковского, В.В. Москвитина, B.C. Наместникова, Ю.В. Немировс-кого, А.Ф. Никктенко, И.Г. Овчинникова, В.В. Петрова, Б.Е. Победой, И.Й. Поспелова, В.Л. Присекина, А.Н. Подгорного, В.Д.Потапова, И.Е; Прокоповича, Ю.Н. Работнояа, А.Р. Ржаницина, К.И. Романова, О.С. Садакова, Ю.Й. Самарина, О.В, Сорокина, О.Б. Со-снина, Терегулова, И.Ю. Цвелодуба, O.A. Шестерикова, Б,ф. Шорра и др. Разработанный в работе метод ближе всего примыкает к методам A.A. Ильюшина и И.И. Поспелова (1964), Б.Е, Победри (196Î4 и В.В. Москвитина (1971). Отличительной особенностью в методах указанных авторов и предложенного метода являются два момента: 1) различные определяющее уравнения; 2) различный метод представления преобразования определяющих уравнений к виду, удобному для численной реатазации.
22
В данной работе определяющие уравнения (24) спецчальным преобразованием представлены так, что выделяется чаоть слагаемых в форме_линейных соотношений вязкоупрутости. Йа каядом шаге, в зависимости от удобств, решаетоя либо линейная задача ----------—
вязкоупрутости, например, о помощью преобразования Лапласа-Карлсона, метода аппроксимаций А,А,'Ильюшина, либо задача линейной теории упругости.
Рассмотрена задача о раоширешш сферической полости в стру ктурно-неотабильном вязкоупругом бесконечном массиве под действием давления и задача об изгибе пластин из структурирующие < материалов.
На основе'' определяющих уравнений(21) и критерия длительной работоспособности кристаллических полимеров г 2D разработан шаговый метод расчета труб и ооесимметричных безмоментных оболочек, из ПЭВП, которые нашли широкое применение в качестве -резервуаров и транспортных устройств для жидких и'газообразных продуктов. Рассматриваются большие деформации. Используется метод последовательных нагружвний В.В. Петрова. Расчёты показали, что работосяоообность пластмассовых резервуаров исчерпывается практически "при таком же отношении-текущего-и начального радиусов, что и в металлических оболочках. Решение для металлических оболочек заимствовано из монографии H.H. Малинияа.
Исследованы релаксационные процессы в арматуре высокого давления. Расчеты, основанные на стохастической модели, показали, что шпильки, болтовые соединения резервуаров и трубопроводов, работающих при высоких температурах, необходимо изготавливать из материалов, в которых при повышенных температурах идут структурные,,превращения с уменьшением объема. В этом случав, .«яда сго-
рания начинают "парить", соединения прогреваются и герметичность восстанавливается. На рис. 7 показаны кривые релаксации в шпильках фланца.'
Из рис. 7 видно, что кривая релаксации ДО клеет значительную про'лиюннооть во времени, т.е. агрегаты могут работать без капитального ремонта очень длаг. яьнэе время.
. , Расчеты показали, что для повышения надежности работы ст&-расиивых конструкций в аварийных ситуациях, например, при и опорах, необходимо сжатые стержни изготавливать из материалов, структурш'е преврадбния в которых идут с уменьшением обьвма, д.. я растянутых стержнях должны протекать отруктурше прегращот.
23
с увеличением объема. Если структурные превращения сопровождаются повышением ползучести, то надежность конструкции еще больше увеличивается.
¿00
Рис. 7
80 60 «О
го о -го
На рис. 8 представлены кривые изменения напряжений в стропильной ферме, когда температура ее быстро повышается. Штриховые и штрихпунктирные линии I-расчетные кривые с учетом структурных превращений.
С помощью отохасти-чеокой модели исследован процесс "тренировки" упругих чувствительных элементов УЧЭ высокоточных измерительных приборов. Исследовано влияние термоупругого аффекта на точное?] измерений силы и массы. Краевая задача решается с помощью преобразг -ашш Ла Рис. 8 пласа.
. Рекомендуется при заданной точности измерения для каздого прибора, в,котором упругий чувствительный адемент работает на растяжение-сжатие, стандартами . отанавливать ыикикальиое время в течение которого доллш проводиться замеры показаний. Лучше
24 - •
—«<¡1
1""
«»— е
■V "¿Кр Л4
0, М' г %
\ ■ 1 г 1
V ^ . *
1 .... ч.
1 Ч
• • «« м
это делать автомата,®. Для приборов, в которых УЧЭ работает на изгиб, наоборот, стандартами необходимо установить время, по кстечегаи которого.надо_проводить измерения. В первом случае показания снимаются в режиме, близком к адиабатическому, зо втором -к изотермическому.
Численные метода позволяют реветь очень сложные задачи, v.o требуют больших материальных затрат. Существует другой подход в расчетах конструкций на ползучесть и прочность. Рассматриваемая конструкция { и поведение материала, из которого она изготовлена) сильно идеализируется, виделяется главная "черта", "основное свойство". Разрабатывается очень условная схема деформирования конструкции. . , .
Яркими примерами такого подхода являются; модели вязкого разрушения Хоффа и В.И. Роэенблюма, модели повреждаемости JI.M. Качанова и Ю.Н. Работнова, схема Одкглста учета первой стадии ползучести, методы, базисных напряжений и суперпозиции де,|зорми--рованных состояний (Ю.Н. Работнов, Бойл Дк., Спено Дж.>, двухслойная модель оболочки и модель идеального двутавра, методы Прандтля, A.A. Гвоздева, Д.А. Рохфвльда, Ю.А. Времяна-В.П. Рад-ченко-Ю.П. Самарина, А.'Л. Качалова, В.Д. Плотникова, В.И« Ко-робко, A.M. Локощенко-С.А. Шестерякова, Н.И. Малиняна, D.3. Не-мировокого, И.Г. Овчинникова-В.В. Петрова, Ю.Н. Работнова, О.С, Садакова, И.В. Стасенко, \>. Лекки, Дж. Мартина, Дж. Уильямса.
Во многих конструкциях, работающих при температурах, близких к нормальной, яе&ормации ползучести оказываются одного го-рядка с упругт,а. В этом случае для ориентировочных расчетов элементов конструкций на ползучесть «в некоторых случаях и окончательных) предлагается использовать простую неаддитивную схему: не разделять упругую, скледономную'я реономнуп-составляющие деформации и записывать уравнение состояния в виде той или иной теории ползучести. Например, в форме степенного закона теории упрочнения или в виде предложенных выпгв уравнений.......
Обработка кривых ползучести стали ЭИЙ02 tc учетом упругих деформаций) показала, что таксе представление гполне возможно.
Расчеты, лророягннне по данной модели, показала, что решение оказывается заплаченным в "вилку" между упругим решением л решением на уетаног.пвкуюся ползучесть,""
...На рис. 2 предоталлены эпюры напряжений р изгибаемом зле-менте. . —
1 - упругой•решение; 2 - по предложенному методу; 3 - решение на установившуюся ползучесть.
Например, усилия в "лишнем" стержне 11 - стержневой фермы равны: X = -0,457 кн - упругое решение; X = -0,443 кн - по предложенному методу; X = -0,425 Кн - по традиционному методу на установившуюся ползучесть.
Опыта показывают, что зависимость установившейся скорости ползучести от напряжения из-за структурных превращений имеет сложный характер. Предлагается указанную зависимость аппроксимировать полиномом. Такая аппроксимация дала вполне удовлетворительные результаты для хромоникельмолиб-деновой стали, сплава Эп43 и отели А15Х.
Расчеты стержневых систем и безмоментннх оболочек на ползучесть и длительную прочнобть показали, что использование полиномиальных аппроксимаций позволяет получить решение в замкнутом виде, даже в тех случаях, когда степенная аппроксимация не позволяет это сделать. Этот метод рекомендуется применять, когда деформация ползучести значительно превышают упуругие.
В пятой главе разрабатывается метод оценки сопротивления жестких пластмасс удару, обосновывается новая характеристика, на ее основе и методах теории подобия и размерностей предлагается метод расчета элементов конструкций на ударные нагрузки.
В настоящее время стандарты всех развитых стран предусматривают оценку сопротивления пластмасс удару оценивать величиной ударной вязкости. В работе показано, {то ударная вязкость счеиъ сильно зависит от размеров и формы образцов и метода испытаний.
На основе предложенных моделей, учитывающих влияние структурных превращений на процесс деформации, разную сопротивляемость ло-яимеров растяжению а сжатий, показано, что работа де^ор-мацли А прямо пропорциональна де йорг.арованног/гу объему У = &пС образца и некоторому функционалу )):
А = (25>
В работе иайдеры..условия испытания образцов разных разменов '' .26
и формы, когда
»ИИ*
Это позволяет для оценки жестких пластмасс удару ввести величину:
На основе предложенной характеристики проведены расчеты на удг.р балок и пластины.
. ЗАКЖЯЕНИЕ
Основные результаты выполненных исследований оостоят в следующем: ..... -
1. На основании двух введенных структурных параметров, от-г сажающих квазистабидьное состояние структуры материала в у становившейся стадии ползучести и стабильное состояние структуры в завершающей фазе ограниченной ползучести, отказа от принципа аддитивности для раономной деформации сформулированы определяющие уравнения деформирования квазястабтльннх сред. Обработка экспериментальных данных показала, что предложенные уравнения обладают достаточной общностью и описывают ограниченную и неограниченную ползучесть, перзход ограниченной ползучести в неограниченную, обратимую й необратимуюползучесть, инкубш'ионныа период'процесса ползучести.
2. Впервые в мировой практике разработан метод построения функции упрочнения на основе опыта. До сих пор указанная функция подбивалась методом проб.. Установлено, что для одних материалов такая .функция единая кривая существует, доя других - нет. Показано, что в тех случаях, когда единая кривая не существует, ползучесть металлов с достаточной точностью можно описать предложенными уравнениями.........
3. Сформулировала общая неаддитивная форма связи между фундаментальными составляющими полней деформация. Показано, что традиционная .аядигигнач ферма ятушется частным случаем предложенной модели.. ■
4. Экспериментально установлено, что в кристаллических пот-мврвх. еря длмтвльиол выдержке под напряжением из-за структуршгх превропшкй ядёт пп"сраспр<эделение между • составляющими реономной де"$орслшка. Сфорг/уляроваиа реологическая модель, описывающая этот зф<?чзкт; '
5. Предложен' Критерл.' лянтельноп-рапотоспссоОности кристал-лнчёскйх пбЗймеров . Показано., что- крйвая;,дЛ11тельйой прочности в
•'полулогарифмических коорМйвтех не-спрямляется. Опыты показывают, что- такое.-йткленепио от/прямой характерно-для кристаллических по-
27 . -
лимеров.
' 6,. На основе теории случайных процессов и механики сплошной среды сформулирована математическая модель, учитывающая сложную взаимосвязь процессов деформации и структурных превращений. Показано, что уравнение Больцмана-Вольтерра (стабильная среда) является частным случаем предложенной модели. Модель позволяет описать сложные аном&тьные процессы релаксации напряжений (аккумуляцию, инвариацию и резкий спад напряжений); задержку ползучести и спонтанный рост деформаций ползучести; эффект Савара-Массона и Портевена-1е Шателье; эффект памяти формы; размягчение и твердение среды в процессе деформации; влияние деструкции и структурирования на процессы деформации полимеров; сверхпластичность и сверхупругость металлов, аномальные эффекты в бетонах.
'7. Предложен метод расчета краевых задач структурно-нестабильной вязкоупругостк. Метод основан на специальном преобразовании предложенных уравнений стохастической модели. Рассмотрена задача о расширении сферической полости в нестабильном вязко-упругом бесконечном массиве сод действием давления и задача изгиба пластин из разработанных структурирующихся материалов < полимер и полимэрцементный бетон).
На основе предложенных уравнений и критерия длительной .прочности кристаллических полимеров разработан численный метод определения времени разрушения труб и осесимметричных безмомент-ннх оболочек из полиэтилена высокой плотности, которые нашли широкое применение в качестве резервуаров и транспортных устройств жидких и газообразных продуктов. Расчеты показали, что работоспособность пластмассовых резервуаров исчерпывается практически при таком же отношении текущего радиуса к начальному, что и металлических оболочек.
8. Расчеты показали, что для повышения надежности работы стержневых систем в аварийных ситуациях, например, при пожарах, необходимо стержни изготавливать из различных структурно-нестабильных материалов и ставить их так, чтобы в сжатых элементах происходили структурные изменения с уменьшением объема, а в растянутых наоборот - с увеличением объема. Надежность конструкции е::е в большей степени увеличится, осли структурные превращения в с?-;.'тпх стержнях сопровождается повышенной ползучестью.
9. Исследована аномальная релаксация.в арматуре высокого
28
давления. Расчеты, основанные на стохастической модели, показали, что если арматуру изготавливать из специальных структурно-нестабильных сплавов, то при нарушении герметичности агрегатов и трубопроводов вследствие прогрева соединений дефекты (нарушение герметичности) будут самопроизвольно закрываться. В связи о зтш значительно увеличивается срок работы агрегатов без капитального ремонта.
10. Стохастическая модель позволила описать стабилизацию структуры материалов (повышение релаксационной стойкоотиj при тренировке упругих элементов измерительных приборов. Показано, что учет термоулругого эффекта дает возможность значительно повысить точность измерительных приборов.
11. Для ориентировочных расчетов элементов конструкций на ползучеоть в некоторых случаях и окончательных предложены два приближенных метода. Первый основан на том, что упругая, склерономная и реономная составляющие не разделяются неаддотивная модель . Этот метод применим, когда деформации ползучести одного порядка с упругими..Показано, что решение,.полученное по.это-, му методу, заключено в "вилку" мезду упругим решением и решением задачи на установившуюся ползучесть. Второй метод рекомендуется применять в тех случаях, когда деформации ползучести значительно превышают упругие,. а зависимость установившейся скорости ползучести от наряжения иэ-за структурных превращений имеет сложный характер.
12. Предложена новая характеристика оценки сопротивления пластмасс удару. Расчеты основаны на предложенных моделях, учитывающих структурные, превращения и разную сопротивляемость iuiaoi-масс растяжению и сжатию. Показано, что предложенная характеристика, в отличив от ударной вязкости, не зависит от размеров и форш образцов;* метода испытаний и может быть использована в расчетах конструкций на ударные нагрузки.
13. Выдвинутые цаучные пологения, предложенные методы испытаний материалов (A.c. Je 12G4D71) и свойство материалов структурироваться позволило совместно со сторонними организациями создать "ноу не композиционные материалы (A.c. #'27tu01), обладащиа повышенной теплостойкостью, морозостойкостью, водонепроницаемостью, трещиностойкоотью и устойчивостью к агрессивным срс va. Реологические свойства этих материалов описаны продложенньт но-,:длями. Элементы строительных конструкций, игготопдеикче из рач-работаннюс материалов, внедрены на стройках Слбирл и Дальнего
29
Востока {акты внедрения прилагаются). ■
Основные результаты диссертации опубликованы в следующих
работах:
1. Зависимость свойств полифениленоксида от молекулярного веса / Филатов И.О.,, JCtmujH Б.И., Русов Б.П. и др. - Пяасти-чзокие масоы.- 1970.- й 7.- С. 45-46.
2. Русов Б.П. Характеристика сопротивления пластмасс удару душ образцов с надрезом. - В кн.: Исследования в области механических и тепловых измерений. Новосибирск; Изд-во СНИИМ.- 1970.- Выл. 6.- С. 102-104.
3. Русов Б.П. и др., указанные в описании. Термореактивная формовочная композиция. A.c. Л 271ÜÜI от 12.05.70. Билл. * 17.- 1Э70,- С. 117.
4. Руоов Б.П., Чаплинский И.А. К вопрооу оценки сопротивления пластмасс удару.- Механика полимеров.- 1971,- Л 6.- C.llOi 1112.
6, Руоов Б.П. О взаимосвязи методов оценки сопротивления плаотмасс удару,- В кн.: Исследования в облаоти механических и .тепловых измерений.- Новосибирск: Изд. СНИИМ.- 1971, Вып. 13.- С. 122-126. .
6. Влияние дафенохинона на свойотва полифениленоксида / Кйкш Б,И. Филатов И.О., Русов Б.П. и др. - Пластические масы!.-1971.- * 9.- С. 42-43.
7. Руоов Б.П. К методам испытаний плаотмасо на копрах ШАРЛИ, Изода и приборе Динстат,- Изв. вузов. Строительство и архитектура.- 1973,- № 4.- С. 155-159.
8. Русов Б.П. Некоторые модели деформирования нестабильных материалов.- Изв. вузов. Строительство и архитектура.-1974.- Л 11.- С. 47-54.
9. Русов Б.П. Стохастическая модель деформации структурно-не. стабильных материалов.- Изв. вузов. Строительство и архитектура,- 1978.- Л 12.- С. 41-47.
10. I^cob Б.П, К теории ползучести,- Изв. вузов. Строительств! и архитектура,- 1981.- Л 1,- С. 54-56.
11. Русов Б,Ii., Ясхаков P.C., Иноземцева С,А. Ползучесть поли мерцементных бетонов на основе латекса,- Изв. вузов. Стро итгтьство и архитектура.- 1982,- Л ?.- С. 140-141.
12. Русов Б.П. Метод' оценки сопротивления полимерных комлозиц онных материалов.- В кн.: Механика конструкций из кокпози цаонных материалов. Новосибирск: СО АН СССР.- 1902,- С.71
30
13. Русов Б.П. Расширение области применимости простейшей формы теории упрочнения / Тезиоы докладов Всесоюзного симпозиума "Ползучесть в конструкциях". Днепропетровск, 21-24 сентября. 1982.- Днепропетровск: Днепр, ун-т.- 1982.- С.43.
14. Русов Б,П.'Полиномиальные аппроксимации в расчетах конструкций на ползучесть.- Ипв. вузов. Строительство и архитектура.- 1582.- Л 11.- С. 48-52.
15. Русов Б.П. Определяющие уравнения оредн с задержкой ползучести,- В кн.: Аналитические методы и применение ЗШ в механике горных пород. Новосибирск: СО АН СССР.- 1982,- С. 152-155. .....
16. Русов Б.П. Модели ограниченной ползучести горных пород и конструкционных материалов,- В кн.: Адаптивность механизированных крепей. Новосибирск: СО АН СССР.- 1983.- Вып. 41.0. 129-131.
1?. 1^оов Б.П. Модели деформации термореологически сложных сред.- В кк.: Крепление, поддержание я охрана горных выработок. Новосибирск: СО АН СССР,- 1983.- С. 107-110.
10. Русов Б.П. Метод построения определяющего уравнения в теории упрочнения.- лзв. АН СССР. Журнал прикладной механики •1 теоретической Япзякп,- 1984.- А Б.- С. 155-15?.
19. Колн^ко Л.П., Куршии Л.М., Русов Б.П. Тепловые эффекты в упругих элементах.--Изв. вузов. Строительство и архитекту-
' ре.- 1981.- й С. 34-38.
20. Русов Б.П. Уразчение высокотемпературной ползучести металлов.- Кэб. вузов. Строительство и архитектура,- 1985.-.* 6. - С. ЗВ-42.
21. Русоэ Б.П., Колинко Л.П. Влияние термодинамических эффектов упругих элементов приборов на погрешность при точном взвешивания / Тсзисн догладов Всесоюзной научно-технической конферешши "Проблем! автоматизации процессов взвешивания
и дозирования". Одесса, 9-11 сентября, 1985.- М.: Изд.стан-даутов.- 1965.- С. 183-164.
22. Количко Л,П., Русоп Е.Н. Термоупругий эффект в приборах для измервтгя массы, 3 кн.:- Исследования в области измерения больших маее.- Л.: Изд-во Государственного комитета СССР
по стандартам.~ 1&В0,- С. 37-44.
?3. Колякко Л.П., Русов Б.П. Измерение силы и массы с высокой точностью.- Метрология.- 1С87,- 1.-.С. 20-26. '
24. Русов Б.П. Метод оценки прочности вязко-упругих балок при
31 .
ударном нагружвнии.- Проблемы прочности.- 1986,- JS 6,' С..53-56.
25. Русов Б.П., Колинко Л.П. К расчету приборов для измерения силы с высокой точностью / Тезисы докладов Всесоюзной на-учно-техн. конференции "Измерение силы. Современные методы и средства". Новосибирск: Изд. стандартов.- 1986,- С. 32.
26. русов Б.П., йсхаков P.C., Иноземцева С.А. Устройство для измерения трещиностойкости материалов. A.C. № 1264071 от 15.10.86. Бюлл. Я 38.- 1986.- С. 129.
27. Русов Б.П. Сверхдефориирование металлов и сплавов при структурных и фазовых превращениях.- В кн.: Исследования в области пластичности и обработки металлов давлением. Тула: ТульПИ.- 1987.- С. 63-67.
28. Марков А.Н., FycoB Б.П. Ползучесть ферм при сложном термэ-силовом нагружеюга. В кн.: Прочность и устойчивость инженерных конструкций.- Барнаул: Алт.ДИ.- 1987,- С. 112-116,
29. Русов 'Б.П. Аномальная релаксация нагряяений в структурно-нестабильных металлах и сплавах.- В кн.: Механика сложных реологических систем / Динамика сплошной средн.- Ä 87. Новосибирск: СО АН СССР.- 1988.- С. 37-40.
30. Применение полимерцементного ботона для сборных .железобетонных кровель / Хрулев З.М., Йсхаков P.C., fycoB Б.П. ч др.- В кн.: Повышение эффективности крупчоианэльяого домостроения в Сибири,- Новосибирск: СибЗНЛИЭП.- 19ЙЭ.- С. 7381.
31. Русов Б.П. Модифицированный метод расчета конструкций на установившуюся ползучесть.- Изв. вузов. Строительство п архитектура.- 1989,- Я 4.- С. 27-ЗС.
32. Русоп Б.П. Релаксационные процессы с аккумуляцией.напряжений.- Изв. вузов. Строительство и архитектура.- L989.-
№ 7,- С. 43-16.
33. Русов Б.П. К расчету оболочек на длительную прочность.-
В кн.: Легкие конструкции зданий,- Ростов-на-Дону: Рог'ЛСИ. 1989.- С. 15-21.
34. Русов Б.П. Метод расчета конструкций на квазиустаковчичуд)-ся ползучесть.- В кн.: Прочность г. устойчивость шгжеиарянх
■ конструкций, Барнаул: БарШ,- 1989.- С. 16-2¿. '
35. Русов Б.П. Аномальная р&лаксепяя в армптупе высокого дрв-
лания.- Изв. вузов. Строительство и архитектура,- 1990.----------Ä 8,- С. 117-122.----------------------------------- --------------------------
36. Русов Б.П. Трехмерная стохастическая модель деформации
■ структурно-нестабильных материалов.- Изв. вузов. Строительство и архитектура.- 1990,- Л-11,- С. 38-40.
37. Русов Б.П. .Сопротивление нелинейных вязкоупругих конструкций удару,- В кн.: Надежность и неупругое деформирование конструкций. Куйбышев: КуйбПИ.- 1990,- С, 86-90.
38. ?усов Б.П. Численно-аналитический метод расчета конструкций па ползучесть / Сибирская школа по современным пробле-шм механики деформируемого твердого тела. Тезисы докладов.- Якутск: СО АН СССР'.- 1990,- С. 149-150.
- 39. Русов Б.П. Метод по координатной аппроксимации в нелинейных задачах реологии,- Изв. вузов. Строительство и архитектура.- 1991.- а 10,- С. 38-42.
40. Русов Б.П. Два новых отруктурных параметра в моделях деформирования нестабильных сред,- Изв. вузов. Строительство,- 1993.- 2,- С. 26-32.
Г
Борис Петрович Русов
¡[¿МШТу'МЫЕ ШЩШ1 ДЕФ0Ж1Р0ВАШ РЕОНОМНЫХ СТРУКТУШО - НЕСТАБИЛЬНЫХ ТЕЛ
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Подписано к печати 01Л 1.95. Формат 60x84^16 д.л. Печать офсетная. Бумага газетная. Объем 2 п.л. Тираж 10и э) 263.
Новосибирская го:удар твенная академия (гроигельгтва. 63000В, Новосибирск, ул. Ленинградская, ЦЗ
Отпечатано МОП ИГДС
