ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Феноменологические модели механики разрушения из "Механика неупругого деформирования и разрушения композиционных материалов " Различают два подхода к построению теорий в естественных и прикладных науках — феноменологический и структурный. Феноменологические модели строятся на основе эмпирических данных о поведении объекта. При этом не ставится задача объяснения или полного описания существа явлений. Структурный подход состоит в разработке моделей, которые позволяют описать и объяснить явления, исходя из внутренней структуры рассматриваемых объектов. Эти подходы тесно связаны между собой и должны взаимно обогащать друг друга [24]. Построение нелинейных моделей поведения среды с эффективными свойствами для описания деформирования композита, сопровождаемого разрушением элементов структуры, соответствует методологии феноменологического описания. [c.20] Необходимость и полезность феноменологических теорий была обоснована В.В. Новожиловым [188]. При этом допустимо установление различных уровней феноменологического описания. Например, накопление повреждений может моделироваться на основе рассмотрения в сплошной среде системы дисковых трещин или пор. Л.М. Качановым и Ю.Н. Работновым введен параметр поврежденности (или противоположный — сплошности), определяемый площадью трещин, приходящихся на единицу площади поперечного сечения тела [118, 217]. В то же время, этот параметр может и не отождествляться с какой-либо характеристикой конкретных дефектов и повреждений, если он входит в соотношения, связывающие осредненные величины. Это естественно, когда при определении материальных функций модели можно обойтись без прямых микроструктурных исследований, например, измерения площади разрывов. [c.20] В настоящее время известно значительное количество скалярных и тензорных характеристик поврежденности. Работы (177, 356] представляют обоснование основных положений трехмерной теории анизотропной поврежденности и обзор публикаций, посвященных разработке соответствующих тензорных моделей. Феноменологическая модель сплопшой среды, описывающгш процессы зарождения и эволюции многочисленных дефектов, рассеянных по объему материала, представлена в [133]. В работах ряда авторов подход, основанный на позициях континуальной механики, используется для описания меха нического поведения поврежденных композиционных материалов [21, 129, 245, 256, 336, 379 и др.]. [c.21] Изменение характеристик материала в процессе образования системы трещин рассмотрено в работах [225,232,257, 380] и др. Анализу свойств стохастически дефектных и трещиноватых сред посвящены также работы [21, 53, 178, 179, 187]. [c.21] Процесс разрушения структурно-неоднородных сред носит многостадийный характер. Наиболее выражена стадия объемного, или рассеянного, разрушения, которая связана с объемным накоплением стабильных микротрещин и при достижении пороговой концентра ции переходит через укрупнение и слияние на следующий масштабный уровень [225]. Кроме того, показано, что эффективные деформационные характеристики зависят от радиуса корреляции случайного множества дефектов [114, 225]. Естественно предположить, что характер взаимодейст1зия микроповреждений определяет также условия макроразрушения неоднородной среды и, следовательно, ее прочности ные свойства. [c.21] Многоуровневый характ формирования реакции материала внешнему механическому воздействию предопределяет возможность многоуровневого феноменологического описания. Каждый структурный уровень связан с некоторой системой элементов неоднородности (естественных или вызванных поврежденностью). Анализ введенных на структурном уровне напряжений и деформаций как осред-ненных величин служит средством исследования механического поведения материала в рамках соответствующего уровня феноменологии. Двухуровневое рассмотрение процессов деформирования и разрушения положено в основу классификации Давиденкова-Фридмана и структурно-феноменологического подхода в механике композитов [247]. [c.21] НИИ процесса деформирования. Процесс нагружения упругопластической системы становится неустойчивым, если сколь угодно малому продолжению этого процесса соответствует катастрофическое развитие перемещений и деформаций [94]. Решающая роль особого рода нелинейности (ниспадающей ветви на диаграмме деформирования) в вопросах устойчивости, связанных с проблемой разрушения, была оно мечена в работе [158]. Все физические процессы, протекающие в материале при нагружении, отражены на полных диаграммах деформирования, причем ниспадающие участки зтих диаграмм соответствуют отдельным стадиям разрушения [155]. [c.22] Возможность появления ниспадающего участка на диаграмме вследствие процесса трещинообразования и повреждения отмечена в [21, 133, 184, 371]. Такой характер поведения материала на заключительной стадии деформирования материала во многих случаях ассоциируется с формированием или развитием макродефекта [325, 382]. В связи с зтим, наряду с явным описанием трещины в деформируемом теле,представляется перспективным феноменологическое направление механики разрушения, описывающее поведение материала на стадии формирования и роста макротрещины. Начало этому направлению положено С.Д. Волковым [56, 57]. Использование данного подхода связано с предположением, что механическое поведение сколь угодно малого объема материала при наличии разрывов, соизмеримых с его размерами, аналогично поведению макрообразца на заключительной стадии деформирования. Это в определенной степени отражает автомодельность процесса разрушения [27]. [c.22] Указанное соответствие может быть установлено следующим образом перемещения границ рабочей зоны воображаемого идеального однородного образца из материала, заполняющего элементарный деформируемый объем, в условиях однородного напряженного состояния при одинаковых нагрузках должны совпадать с перемещениями границ рабочей зоны экспериментального образца на всех стадиях деформирования, включая стадию формирования и роста макротрещины. На основе зтих предположений могут быть использованы принятые в механике деформируемого твердого тела феноменологические уравнения и критерии. [c.22] Не рассматривая явным образом трещины и разрывы и описывая поведение материала с использованием ниспадающей ветви диаграммы деформирования, можно сделать вывод, что она по сути представляет собой также критическую диаграмму, поскольку является геометрическим местом критических точек для образцов с различной степенью поврежденности, получаемых в результате равновесного деформирования до той или иной степени и последующей упругой разгрузки. [c.23] При описании докритического роста дефекта используется также подход Дж. Р. Ирвина [194], состоящий в рассмотрении зависимости работы разрушения R от длины трещины как характеристики сопротивления росту треицшы. Если в рамках феноменологического подхода под работой разрушения понимать диссипацию энергии, связанную с процессом накопления повреждений, то она может быть вычислена с использованием диаграммы деформирования на любом интервале деформаций. Получаемая таким образом графическая зависимость работы разрушения от деформации носит характер, аналогичный известным в механике разрушения / -кривым. [c.23] Феноменологический подход дает возможность не сталкиваться с проблемами моделирования сложной геометрии реальных трехцин и разрывов в поврежденных структурно-неоднородных средах и определения площади поверхности разрушения, что осложняется ее неограниченным возрастанием по мере более детального рассмотрения. В то же время, он позволяет описывать все этапы повреждения, включая переход к нестабильной стадии, функциями состояния материала и использовать при этом энергетические соотношения механики разрушения и полные диаграммы деформирования материала. [c.23] Вернуться к основной статье