Дворівневі математичні моделі визначення напруженого стану та ресурсу пластини з отвором

Abstract

Сучасні тенденції розвитку машинобудування та інших галузей, пов’язаних з виробництвом матеріалів та конструкцій із заданим комплексом фізико-механічних та технологічних властивостей – спрямовані на зниження матеріалоємності, енерговитрат, підвищенню точності, надійності та конкурентоспроможності виготовленого продукту. Тому створення математичних методів оцінки напруженого стану елементів конструкції на основі аналізу пружних характеристик матеріалу з урахуванням особливостей його внутрішньої мікроструктури є актуальною задачею. Алгоритм, що розглядається, включає наступні етапи: ідентифікація параметрів міцності з використанням даних, отриманих із зображень мікроструктури матеріалу; вивчення напружено деформованого стану моделі на основі варіаційно-різницевого методу скінченних елементів; формування система лінійних алгебраїчних рівнянь для вирішення задачі аналізу пружних властивостей матеріалу використовуючи плоску задачу теорії пружності; побудова поверхні текучості матеріалу для серії випробувань спираючись на критерії міцності композиційних матеріалів, які враховують різний супротив матеріалу при розтягуючих та стискаючих навантаженнях. На основі розробленої математичної моделі проводиться оцінка НДС та поверхні текучості пластинки з отвором. Аналіз конструкції проводиться на макро та мікро рівні. Виникнення пластичних деформацій на мікрорівні може призвести до розвитку тріщин та структурних руйнувань на макрорівні. У результаті дослідження визначена ймовірність виникнення пластичної деформації у пластині, та встановлені критичні зони моделі, які потребують ретельного контролю. Практичне значення одержаних результатів полягає у створенні підходу для оцінки механічних властивостей матеріалу, таких як модуль пружності, зсуву, коефіцієнта Пуассона, та їх ймовірнісних характеристик відповідно до внутрішньої структури; а також у аналізі коефіцієнтів взаємного впливу другого роду – такий підхід сприяє розширенню знання про матеріал та дозволяє збільшити кількість корисної інформації отриманої шляхом його моделювання. Для оцінки ймовірності виникнення пластичних деформацій запропонований метод, що працює не у детермінованій постановці, а використовує весь набір ймовірнісних характеристик поверхні текучості.