При использовании полимерных композиционных материалов в ответственных конструкциях приходится сталкиваться с необходимостью учета неупругих свойств, особенно в задачах о прогнозировании разрушения. Сравнительно не-I давно на специальном заседании Американского общества 1 инженеров-механиков (ASME), Хьюстон, США, ноябрь ] 1975 г., была предпринята попытка дать обзор полученных результатов, указать области дальнейших исследований неупругих свойств композитов и методы их учета при решении конкретных задач. Семь обзорных докладов известных американских специалистов по механике композитов и составили единый по тематике сборник, перевод которого предлагается-
советскому читателю.
Все главы книги посвящены анализу неупругих свойств в задачах деформирования и разрушения композитов. Последовательно рассмотрены общие вопросы построения композитов, природа их прочности и пластичности, механизм разрушения и усталости материалов с разной укладкой арматуры; дан анализ разрушения слоистых композитов в условиях одноосного и двухосного нагружений с обзором критериев предельных состояний для анизотропных материалов; осуществлен учет вязкоупругости в задачах деформирования и разрушения; очерчены области применения линейной * механики разрушения для композитов; наконец, рассмотрены
напряжения, возникающие вблизи волокон в процессе отверждения полимерной матрицы.
Каждая глава книги снабжена краткой аннотацией и подробным введением, поэтому нет необходимости останавливаться на их содержании. Хотелось бы выделить одну особенность, присущую книге. В большинстве публикаций прошедших лет по механике композитов явно или неявно используется прием замены композитов с разным законом укладки арматуры приведенной квазиоднородной средой. Этот подход оказался весьма плодотворным в задачах жесткости и устойчивости и недостаточным при оценке несущей способности конструкций из композитов, особенно с переменным по толщине законом укладки арматуры. Прочность и разрушение композитов существенно зависят от эффектов
на уровне структурных элементов. Это потребовало учета структурной неоднородности, т. е. анализа полей напряжений и деформаций на уровне отдельных армирующих элементов с последующим переходом к композиту в целом. Несомненно, достоинством книги и является соединение двух указанных уровней рассмотрения.
Практически во всех главах описание ведется не только • на макро-, но и на микроуровне, т. е. на уровне однонаправ-ленно армированного слоя. Для анализа методами микромеханики используются простые, причем иногда, например в последней главе, заведомо неточные модели. При их выборе преследовалась только одна цель-—лучше понять качественную картину явлений, происходящих в элементарном слое. Даже в этих условиях удалось значительно точнее описать механизм разрушения слоистых композитов. •*
Основу книги составляют обзорные доклады, цель которых скорее очертить контуры изучаемых проблем и сформулировать возникающие задачи, чем дать исчерпывающее их решение. С этим связано и то, что разные главы написаны с разной степенью подробности, а иногда и убедительности. К сожалению, в книге слабо отражены успехи, достигнутые \ при изучении неупругих свойств композитов в СССР, хотя именно советские работы сыграли большую роль в развитии механики композитов в США.
Авторам и редактору книги в основном удалось выдержать единство стиля, достичь краткости изложения и практически избежать повторов, частых для книг такого рода. Однако они не смогли преодолеть трудностей, связанных с отсутствием единой терминологии, и нередки случаи, когда в оригинале одним и тем же термином обозначаются разные понятия. Это потребовало значительных усилий при переводе. В целом следует отметить, что небольшой объем книги буквально насыщен информацией и многочисленными экспериментальными данными, заимствованными из источников, трудно доступных советскому читателю. Полезно и указание областей, наиболее перспективных для исследования. От лучшего и, возможно, более полного понимания природы прочности композитов зависит дальнейший прогресс этих несомненно перспективных материалов. Все сказанное позволяет надеяться, что эта книга представит большой интерес для советских читателей.
'""/-'.. К). М. Тарнопольский
ПРЕДИСЛОВИЕ
"Ч
Со времени появления в начале шестидесятых годов так называемых «современных типов композитов» связанные с этими материалами области науки и техники значительно расширились. Это объясняется в основном стремлением применить новые высокопрочные и высокомодульные, но легкие материалы в конструкциях летательных аппаратов. Надо сказать, что методы исследования и предсказания упругих свойств современных композитов достаточно хорошо изучены, однако при оценке неупругого поведения этих материалов инженеры столкнулись с некоторыми весьма сложными проблемами. При этом особенно трудным оказалось предсказание разрушения конструкций из композита.
Целью сборника является обзор состояния проблемы и современных методов описания неупругого поведения композитов. Можно надеяться, что информация, приведенная в сборнике, даст исследователям, работающим в этой области, исчерпывающее представление о достигнутом прогрессе и укажет области, требующие дополнительного исследования.
Доклады, объединенные в сборник, были прочитаны на Ежегодном зимнем симпозиуме ASME, проходившем с 30 ноября по 4 декабря 1975 г. в Хьюстоне, штат Техас. В них с позиций макро- и микромеханики рассмотрены проблемы пластичности, течения и разрушения композитов, включая аналитическое исследование, численные решения и результаты экспериментов.
Редактор выражает благодарность авторам за их -вклад и сотрудничество при подготовке сборника, Отделению прикладной механики и Отделению материалов ASME за организацию и проведение симпозиума, д-ру Т. Мартсону за выполнение обязанностей сопредседателя симпозиума и г-же Н. Стеллард за помощь на всех этапах работы.
Карл Т. Геракович Блэксберг, Виргиния
ОГЛАВЛЕНИЕ
От редактора перевода ................... 5
Предисловие........ .,-,.-..............7
Д. Друккер. 1. Пластичность, течение и разрушение........9
Б. Розен, С. Кулкарни, П. Мак-Лафлин. 2. Механизмы усталости и потери несущей способности в слоистых композитах........33
С. Цай, X. Хан. 3. Анализ разрушения композитов........104
Р. Роуландс. 4. Течение и потеря несущей способности композитов в условиях двуосного напряженного состояния: сопоставление расчета и экспериментальных данных.............140
Р. Шейпери. 5. Анализ деформирования и разрушения вязкоупругих композитов......................180
К. Смит. 6. Ограничения в применении подходов механики разрушения ,. к композитам.....................221
I Р. Л. Фойе. 7. Неупругая микромеханика усадочных напряжений в I композитах ...................... 249
Цена: 150руб.
