2018 № 5

Проблеми міцності. - 2018. - № 5.

КАМОНЧАЙВАНИЧ К., КУБОЯМА К., ОГИЗАВА Т.

Скінченноелементний аналіз та експериментальне дослідження згинової міцності керамичної плитки з двостороннім покриттям полісечовиної (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 5. – С. 5-13.

Вивчена можливість поліпшення механічних властивостей керамічної плитки шляхом нанесення покриття з полісечовини. Використано покриття з полісечовини без розчинника. Вплив сторони нанесення покриття на керамічну основу і товщину плівки на механічні властивості досліджений при випробуваннях на триточкове згинання. Міцність при згинанні керамічної плитки з покриттям на нижній стороні істотно краще (на 25...30%) в порівнянні з такою покриття, нанесеного на її лицьову поверхню. Виконаний аналіз розподілу напружень в основі за допомогою методу скінченних елементів і проведено обговорення механізму поліпшення механічних властивостей. Як показав скінченноелементний аналіз, покриття з полісечовини, нанесене на нижню сторону, забезпечує вищу ефективність відносно розподілу напружень. Напруження в керамічній плитці з покриттям на нижній стороні розподілені більш рівномірно за рахунок амортизуючого ефекту опор. Механізм дії покриття з полісічовини оцінювали експериментально і за допомогою скінченноелементного аналізу. Встановлено, що розподіл напружень, що досягається при нанесенні покриття, має важливе значення для підвищення міцності основи при згинанні.
Ключові слова: полісечовина, покриття, керамічна плитка, міцність при згинанні, розподіл напружень, скінченноелементний аналіз.

ЙЄ К. Ф., ОГАІ X., КІМ К. В.

Аналіз відхилень напружено-деформованого стану в просторі комбінацій при оцінці стану бетонної коробчатої балки (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 5. – С. 14-21.

Концепція простору комбінацій виникла з теорії підпростору і комбінаторики. Простір комбінацій може розглядатися перебудовою як простору, так і підпростору. Запропонований ряд нових аналітичних методів, заснованих на принципах комбінації стосовно деяких операцій. В умовах наростаючого пошкодження конструкції за допомогою вихідних даних не можна адекватно охарактеризувати процес, що безперервно змінюється, і запобігти значному пошкодженню на ранніх стадіях або втрати стійкості до небезпечного пошкодження. Тому такі дані підлягають подальшій обробці для встановлення нових критеріїв і чинників оцінки пошкодження. З використанням простору комбінацій були експериментально встановлені три методи оцінки. Для оцінки пошкодження і його запобігання запропонований ряд чинників, які в разі вживання методу простору комбінацій дозволяють виявляти структурні зміни на раніших стадіях, ніж при використанні простору вихідних даних. При невідповідності між різними умовами і вихідним станом цей метод може сприяти відновленню конструкції, запобігаючи тим самим її руйнуванню.
Ключові слова: простори комбінацій, навантаження-зсув, аналіз невідповідності, бетонна коробчата балка.

АЛИСДЖАБАНА С., САФРИЛАХ, ПУТРА Дж. К., АСМІ А., АЛИСДЖАБАНА І., КИРЮ С., ГАН Б. С.

Динамічна реакція мостових плит на позитивні і негативні фази навантаження Фрідлендера (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 5. – С. 22-30.

Виконаний аналіз динамічної реакції мостових плит на локалізоване навантаження Фрідлендера на базі трьохпараметричної моделі основи з врахуванням інерції грунту. Мостова плита представлена тонкою ортотропной пластиною скінченної розмірності, яка може обертатися і передавати деформацію по контуру. Грунтову підставу описують за допомогою моделі підстави Пастернака з врахуванням показника інерції грунту, локалізоване динамічне навантаження моделюють у вигляді спаданої функції Фрідлендера з врахуванням позитивної і негативної фаз при тимчасовому розподілі, описуваним дельта-функцією. Основне рівняння завдання вирішують за допомогою модифікованого методу Болотина для визначення власних частот і індексів мод системи. Програма “Математика” використана для визначення власних частот системи за допомогою трансцендентних рівнянь. Приведені результати аналізу ряду параметрів, що відносяться до динамічної реакції пластин на локалізоване динамічне навантаження, що включає позитивну і негативну фази. Виконано чисельне моделювання дії навантаження Фрідлендера при введенні негативної фази на реакцію мостової плити.
Ключові слова: тротуарна плита, навантаження Фрідландера, підстава Пастернака, позитивна і негативна фази, модифікований метод Болотина.

ЖАНГ К. К., ЯНГ К. X., ГАО X.

Моделювання викликаного пористістю руйнування бетонної балки неоднорідної структури при триточковому згинанні за допомогою розширеного методу скінченніх елементів (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 5. – С. 31-44.

Моделювання викликаних пористістю зародження і поширення тріщини в бетонних балках неоднорідної структури при триточковому згинанні виконано за допомогою розширеного методу скінченних елементів і закону лінійного знеміцнення. Проведений ряд операцій чисельного моделювання, перевірених експериментально. Встановлено, що тріщина завжди зароджується на нижній грані балки в точці, найближчій до пори, проростаючи крізь неї. Якщо пора більшою мірою зміщена відносно середнього прольоту балки, остання проявляє вищий опір руйнуванню і дисипацію енергії, що витрачається на руйнування. У міру збільшення відстані від пори до нижньої грані балки допустиме навантаження також зростає, а дисипація енергії декілька змінюється. Показано, що розміри пір роблять незначний вплив на опір бетонної балки руйнуванню.
Ключові слова: гетерогенна порожня бетонна балка, триточкове згинання, розширений метод скінченних елементів, руйнування пори.

ЖАНГ Дж., МА Л., ЖАНГ З. X.

Модель пружнопластичного пошкодження бетону при тривісному стискуванні і знакозмінному циклічному навантаженні (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 5. – С. 45-56.

Побудована модель пружнопластичного пошкодження бетону, яка може використовуватися при різних напружених станах. Раніше авторами була розроблена тривимірна модель пружнопластичного пошкодження, заснована на критерії текучості Люблінера і законі перебігу Друкера-Прагера. Спрощені форми двох функцій накладають певні обмеження на розрахунки, що виконуються при дійсному тривісному стискуванні і високому всебічному стискуванню. Потрібна велика точність визначення поверхні текучості і потенційній пластичній поверхні. Прийнятий критерій текучості Менетрея-Віллама, що аналізується в просторі ефективних напружень. Методи, що визначають функції тверднення і ущільнення в термінах об'ємної пластичної деформації, не використовуються в деяких успішних тривимірних моделях, оскільки в них застосовуються подвійне тверднення і двохскалярне пошкодження для опису збільшення ефективної межі текучості і зниження жорсткості. Запобігання накопиченню пошкоджень при тривісному стискуванні враховує шляхом складного розкладання напружень на складові. Перевірена надійність специфічних параметрів в силовій функції пластичності нової моделі. Розроблений і реалізований ітераційний алгоритм зворотного відображення. Надійність пропонованої моделі підтверджена результатами чисельного моделювання порівняно з наявними експериментальними даними.
Ключові слова: пружнопластичне пошкодження, ефективні напруження, закон зміцнення, обмеження декомпозиції мережі, алгоритм зворотного відображення.

ЛОНГ Й. К., Ю К. Т.

Чисельне моделювання поведінки бетонної балки за допомогою моделі анізотропного пошкодження навантаженні (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 5. – С. 57-65.

Запропонована модель анізотропного пошкодження для опису нелінійної поведінки бетонних балок в умовах монотонного і циклічного навантаження. Поведінка бетону при гістерезисі моделюють з використанням траєкторії напруження при нелінійному навантаженни/лінейному перевантаженні з подальшою реалізацією моделі в програмі ABAQUS. Введена лінійна, білінійна, експоненційна функції і функція Рейнхардта деформації ущільнення для вивчення їх впливу на точність розрахунків. Значення характеристики навантаження-прогин, отримані за допомогою моделі пошкодження, відображають нелінійну поведінку бетонних балок, викликану пошкодженням, результати порівняні з даними випробувань. Функції деформації ущільнення істотно впливають на точність моделювання, а значення, отримані з використанням функції Рейнхардта, щонайкраще узгоджуються з експериментальними результатами. Чисельні дані, отримані при циклічному навантаженні, відповідають таким, визначеним експериментально, останні характеризують втрату жорсткості бетонних балок і їх поведінку при гістерезисі. Встановлено, що модель анізотропного пошкодження може застосовуватися для опису нелінійної поведінки бетонних конструкцій.
Ключові слова: бетонна конструкція, модель анізотропного пошкодження, ефект гістерезису, чисельне моделювання, циклічне навантаження.

ТІАН З. Г., АН К. Й., ЯНГ Й., ЖАО І. К.

Аналіз напружень при динамічному навантаженні композиційної електромагнітної спрямівниці (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 5. – С. 66-75.

Показано, що постріл електромагнітної гармати приводить до переміщення броні по спрямівниці, що може викликати виштовхування, знос, обдирання і інші процеси, які накладають обмеження на її вживання. Властивості спрямівниці можуть бути модифіковані шляхом зміни її складу, що забезпечить хорошу питому електропровідність, корозійну стійкість і міцність. Для простоти композиційна спрямівниця представлена у вигляді пружної фундаментної балки, загальне рішення для прогину спрямівниці при динамічному навантаженні отримують за допомогою двомірного інтегрального перетворення Фур'є, на його підставі отримують розподіл згинального моменту і вираження для напружень при динамічному навантаженні. Виконаний аналіз характеристик розподілу напружень і чинників, що впливають на них. Розглянутий вплив долі композиційного шару і його параметрів на напруження спрямовниці при динамічному навантаженні.
Ключові слова: композитна спрямовниця, динамічні напруження, перетворення Фур'є, динамічне навантаження, пружна фундаментна балка.

ШЕНГ Л. Й., ДЖИАО Дж. К., ЛАЙ К.

Оцінка мікроструктури і механічних властивостей лазерного з'єднання неіржавіючої сталі і реактопласту, армованого вуглецевим волокном (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 5. – С. 76-88.

Виконано з'єднання реактопласту і неіржавіючої сталі за допомогою волоконного лазера. Вивчений вплив технологічних параметрів на якість з'єднання. Показано, що сканування поверхні неіржавіючої сталі лазерним променем приводить до утворення зон термічного впливу і сплавлення. У одній зоні відбувається осадження уздовж кордонів голкоподібного фериту, який модифікує аустеніт, а в інший ферит утворює скелетну структуру і виділяє аустеніт в сітчасту мікроструктуру. Лазерне з'єднання покращує мікроструктуру обох зон. Із збільшенням швидкості і потужності скануючого променя опір зрушенню з'єднання неіржавіюча сталь і реактопласт спочатку зростає, потім знижується. Мала швидкість сканування або висока потужність лазерного променя можуть викликати перегрів поліфеніленсульфіду і приводити до його розкладання. Ці чинники можуть також знижувати теплопередачу і викликати його повне плавлення. З'єднання неіржавіючої сталі і реактопласту досягає максимального опору на зсув при швидкості сканування 4-5 мм/с і потужності лазерного променя 320...350 Вт.
Ключові слова: лазерне з'єднання, термопластік з вуглецевим волокном, неіржавіюча сталь, мікроструктура, зсувова міцність, інтерфейс скріплення.

ВАНГ К. Р., ЙІН Б. Й., ЛУО В. Б.

Аналіз втомної пошкоджуваності з використанням псевдожорсткості (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 5. – С. 89-97.

Виконаний аналіз характеристик втомної пошкоджуваності бітумної суміші. Побудована нова модель втомноі пошкоджуваності на підставі псевдопараметричної теорії Шапері і механіки пошкодження суцільних середовищ. Відповідно до теорії Шапері і узагальненим принципом відповідності між пружними і в'язкопружними деформаціями експериментальні криві напруження-деформація для бітумної суміші перетворяться в криві напруження-псевдодеформация. Показано, що остання лінійна, що усуває в'язкопружний ефект гістерезису бітумної суміші і його тимчасову залежність. Псевдожорсткість поступово зменшується із збільшенням числа циклів вантаження. Параметр пошкодженності визначається зміною псевдожорсткості. Параметри моделі втомного пошкодження веріфіцировалі за допомогою випробувань на опір втомі (до 1000 циклів), а втомне пошкодження для 2000 циклів прогнозували і порівнювали з результатами випробувань, які добре узгоджуються між собою.
Ключові слова: втомна пошкодженність, псевдодеформація, втомна довговічність, в'язкопружність, псевдожорсткість.

ВАН Ж., СОНГ К. К., ГАО В. С.

Модель пружнопластичності піску при складному навантаженні (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 5. – С. 98-106.

Принцип уніфікованої моделі ущільнення для переущільненої глини використаний при побудові циклічної моделі піску, яка враховує залежність напруження-деформація і закон ротаційного ущільнення. Поведінка грубозернистого піску при дробленні під дією високого тиску описують рівняння для лінії нормального ущільнення і лінії критичного стану в e−Іn р просторі. У рівняннях використана статечна функція. Модель володіє наступними характеристиками: рівняння для нормальної лінії і критичного стану уточнені в e−Іn р просторі; потенційна міцність визначена за допомогою степінного параметру лінії Хворсльова; циклічну поведінку піску описують за допомогою законів розвитку реальної поверхні текучості і ротаційного ущільнення; узагальнена циклічна модель реалізована за допомогою методу перетвореного напруження на підставі критерію просторово-рухливої плоскості. Результати моделювання показують адекватність поведінки грубозернистого піску при подрібненні і циклічному навантаженні.
Ключові слова: піски, ротаційне ущільнення, метод перетвореного напруження, циклічне навантаження.

ЛУО В. Б., ЛІУ Й. П., ЙІН Б. Й., ЛАЙ Й., ЛІУ К.

Прискорена оцінка терміну служби до руйнування при повзучості труби РЕ100 під тиском на основі повільного втомного зростання тріщин (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 5. – С. 107-114.

Поліетиленові труби широко застосовуються у водопостачанні, системах газопостачання і каналізації завдяки їх високим механічним властивостям. Повільне зростання тріщин є основним механізмом руйнування поліетиленових труб під тривалим внутрішнім тиском. Розглядаючи навантаження при повзучості як особливий випадок втомного руйнування, кінетика повільного зростання тріщин в поліетиленовому матеріалі визначається шляхом випробувань на втомне руйнування при різних коефіцієнтах асиметрії циклу напружень і екстраполюється на кінетику тріщин повзучості. Виходячи з теорії лінійнопружної механіки руйнування довговічність при повзучості поліетиленової труби під тиском, схильною до дії різної окружної напруги, прогнозується на основі синтетичної кривої зростання тріщин повзучості, і прогнози добре узгоджуються із стандартною екстрополяцией відповідно до ISO 9080.
Ключові слова: повільне зростання тріщини, довговічність при повзучості, коефіцієнт інтенсивності напруги, співвідношення напруги, поліетиленова труба.

ЙІМІТ М., НАЙ Л., ДУ Й., БКАН Р.

Механічні властивості і характеристики старіння композитів з поліпропілену і стиролу-бутадієну-стиролу в умовах зовнішнього і внутрішнього використання (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 5. – С. 115-126.

Поліпропіленові і стиролові для стиролу-бутадієну суміші з різними масовими фракціями виготовляли з розплавів з використанням двошнекового екструдера. Вплив вмісту стиролу-бутадієну-стиролу на мікроструктуру і властивості вказаних сумішей оцінювався шляхом вивчення морфології і механічних властивостей зразків, підданих старінню в зовнішньому середовищі, з використанням диференціяльного скануючого калориметра, універсального випробувального стенду і капілярного реометра, а також методів рентгенівській дифракції і рентгенівській фотоелектронній спектроскопії. Результати досліджень показали, що найкраща довговічність композитів досягається при 20%-ного вмісту стиролу-бутадієну-стиролу. Низькотемпературний тест у поєднанні з динамічним термічним аналізом показав, що додавання стиролу-бутадієну-стиролу істотно покращує низькотемпературну крихкість поліпропілену. XRD-тесті свідчать, що стирол-бутадієн-стирол може сприяти утворенню f-крісталів в поліпропілені. Випробування на відкритому повітрі і в приміщенні підтвердили, що найбільш високими характеристиками опору старінню володіють зразки з 30%-ній долею стиролу-бутадієну-стиролу.
Ключові слова: поліпропілен, стирол-бутадієн-стирол, XPS, SEM, XRD, реологія.

ВАНГ Й. К., ЧЕНГ П., ЛІЮ К. С., БАО Й. Дж., ГАО X.

Дослідження одношарової пластини з плоского тканого композиту з тріщинами: характер руйнування і аналіз пошкоджень (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 5. – С. 127-134.

Проведені експериментальні дослідження і чисельні розрахунки для вивчення поширювання тріщин в плоскому тканому композиті. Завдяки випробуванню на поширюванню тріщин в одношаровій композитній пластині можна безпосередньо спостерігати процес поширювання тріщин. Аналіз поверхонь зруйнованих зразків дозволяє встановити траєкторію поширювання тріщин, характер руйнування і механізми пошкодження. Згідно кривий навантаження-переміщення, процес поширювання тріщин розділяється на три стадії. Для дослідження інтенсивності напружень у вершині тріщини зразків визначається критичний коефіцієнт інтенсивності напружень шляхом чисельних розрахунків. Отримані результати демонструють хорошу відповідність розрахункових даних експериментальним.
Ключові слова: ткані вуглецеві волокна, поширювання тріщин, мода руйнування, пошкодження, коефіцієнт інтенсивності напружень.

ШЕН Л. Л., ШЕН З. Б., КУИ X. Р., ЛАЙ X. Й., ЖІ С. Дж.

Вплив зони міжфазного переходу на основні механічні властивості композитного твердого ракетного палива (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 5. – С. 135-146.

Визначення основних механічних характеристик грає важливу роль в розробці і вживанні композитного твердого ракетного палива. Запропонований чисельний метод, що отримав назву “Трифазний метод скінченних елементів комірки Вороного”, для оцінки впливу зони міжфазного переходу. Чисельні результати показують, що ефективний модуль можна поліпшити, збільшивши товщину зони міжфазного переходу. Модуль композиту з неоднорідною зоною міжфазного переходу вище за таке з однорідною зоною міжфазного переходу. Розрахований вплив різних зон міжфазного переходу на об'ємні долі і модулі матриці. Для аналізу характеристичних властивостей інших трифазних композитів також можна використовувати трифазний метод скінченних елементів комірки Вороного.
Ключові слова: тверде композитне паливо, трифазний метод скінченних елементів комірки Вороного, міжфазна перехідна зона.

ЛАЙ С., ЖАНГ К. Д., ЛІЮ Дж. Й.

Процес деформування і дифузії композитів на основі неіржавіючої і вуглецевою сталей поблизу міжфазного кордону в процесі деформаційного з'єднання (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 5. – С. 147-152.

Композити на основі неіржавіючої і вуглецевої сталей отримували при різних температурах з використанням циліндрових зразків і зразків після поверхневої обробки. Досліджували спільну деформацію і дифузію матеріалів поблизу міжфазного кордону за допомогою растрової електронної мікроскопії і ультразвукового "C”-сканування. Результати показують, що відмінність в подовженні двох металів приводить до розриву поблизу міжфазного кордону в процесі деформаційного з'єднання. Тріщини в основному розташовуються в легше розтяжній підкладці і різкіше виражені при низькій температурі деформації. З підвищенням температури деформації якість з'єднання значно покращується, але товщина дифузійного шару в основному однакова. Якість з'єднання композитів можна підвищити шляхом поверхневої механічної обробки при нормальній температурі деформації. Якість з'єднання композитів можна підвищити шляхом поверхневої механічної обробки при нормальній температурі деформації.
Ключові слова: композити, інтерфейс, деформаційне з'єднання, дифузія, механічна обробка поверхні.

ШЕНГ Л. Й., ВАНГ Ф. Й., ВАНГ К., ДЖІАО Дж. К.

Оптимізація сдвігової міцності лазерного з'єднання термопласту на основі поліфеніленсульфіду, армованого вуглецевим волокном, і неіржавіючої сталі (англ. мов.) // Проблеми міцності. – 2018. – № 5. – С. 153-160.

Досліджено з'єднання за допомогою волоконного лазера термопласту, армованого вуглецевим волокном, і неіржавіючої сталі з добавкою поліфеніленсульфіду і без. Вивчені мікроструктура поліфеніленсульфіду, морфологія поверхні розділу і зсувова міцність. Результати показують, що лазерне з'єднання змінює мікроструктуру неіржавіючої сталі і приводить до утворення зони термічного впливу і зони плавлення, які містять мереживний ферит і скелетний ферит відповідно. Без добавки поліфеніленсульфіду термопласт може перегріватися і розпадатися в процесі лазерного з'єднання, що негативно впливає на міжповерхневе зчеплення. Введення добавки поліфеніленсульфіду може сприяти коалесценції термопласту і неіржавіючої сталі, проте її кількість має бути відповідною. Менша кількість добавки не може заповнити зазор між неіржавіючою сталлю і термопластом, проте більшу її кількість необхідно ретельно плавити, що не забезпечить з'єднання з оптимальною зсувововою міцністю. Встановлено, що оптимальна товщина добавки поліфеніленсульфіду складає 300 мкм, що збільшує зсувову міцність з'єднання неіржавіючої сталі і термопласту, армованого вуглецевим волокном, до 15,1 МПа.
Ключові слова: термопласт, армований вуглецевим волокном, неіржавіюча сталь, лазерне з'єднання, поліфеніленсульфід, міцність при зсуві.