Разработка обобщенного метода прогнозирования ресурса эксплуатации элементов конструкций из композиционных материалов при сложном малоциклового нагрузке с учетом повреждаемости

Основной результат работы состоит в разработке новых физических уравнений теории циклической упруго-вязко-пластичности при сложном технологическом и эксплуатационном термосиловом нагружении; методов теоретико-экспериментального расчета ресурса эксплуатации изделий новой техники и определения остаточного ресурса ответственных высоконагруженных элементов конструкций разного назначения машиностроительного комплекса на стадии их эксплуатации.
Теоретически обоснована новая обобщающая модель кинетики накопления рассеянных повреждений в КМ для условий сложного напряженного состояния, метод, алгоритм и программное обеспечение по прогнозированию ресурса эксплуатации объектов и конструкций из КМ разного назначения на стадии их проектирования и остаточного ресурса на стадии их эксплуатации.
В результате выполнения научно-исследовательской работы получено:
- Впервые разработана и обоснована новая феноменологическая модель кинетики накопления повреждений в КМ для условий сложного малоциклового нагружения (деформирования), которая базируется на основных положениях механики твердого деформированного тела, термодинамике необратимых процессов, механике поврежденных сред, теории вероятности и математической статистики.
- Впервые разработан критерий разрушения анизотропного КМ энергетического типа (на стадии зарождения макротрещины) для условий сложного малоциклового нагружения.
- Впервые установлено, что в условиях повторно-переменного нагружения (деформирования) в КМ проходят процессы накопления и залечивания микроповреждений. Установлены соответствующие количественные и качественные параметры поврежденности, которые учитываются в кинетическом уравнении и критерии разрушения.
- Впервые получена и обоснована матрица дополнительного изменения объема и формы репрезентативного элемента КМ, которые вызваны накоплением рассеянных повреждений в условиях повторно-переменного сложного нагружения. Проведена трансформация матрицы изменения объема и формы при реверсном дефектообразовании в матрицу функции поврежденности.
- Обосновано впервые связь матрицы функции поврежденности с тензором деформации и напряжений. Установлено, что матрица функции поврежденности коррелирует с тензором функции поврежденности в условиях реверсного нагружения (деформирования).
- Впервые получены инвариантные величины, которые характеризуют параметры поврежденности в общем виде сложного напряженного состояния. Они основываются на двух механизмах разрушения: отрыв и срез.
- Впервые получены соотношения для определения коэффициентов залечивания в АМ для условий повторно-переменного нагружения. Установлено, что для мягких режимов малоциклового нагружения упомянутые коэффициенты выше в сравнении с такими же для жёстких режимов. Установлены их количественные характеристики для целого ряда КМ в зависимости от их основных физико-механических характеристик.
- Проведена модернизация испытательных стендов и усовершенствована методика беспрерывной диагностики кинетики рассеянного разрушения для разных траекторий программного малоциклового нагружения (деформирования) с учетом анизотропии основных физико-механических свойств КМ.
- Разработан метод, алгоритм и программное обеспечение (на базе МКЭ) по прогнозированию ресурса эксплуатации элементов конструкций из КМ по параметру малоцикловой усталости на стадии их проектирования и остаточного ресурса на стадии их эксплуатации.
- Решены важные в прикладном плане задачи по прогнозированию ресурса высоконагруженных элементов конструкций планера летательного аппарата и прецизионного сепаратора в циклической постановке (на базе 2105 циклов). Сравнение расчетных результатов программной малоцикловой усталости с натурными экспериментами показало их удовлетворительное совпадение.