SCI Библиотека

Моделирование возможных предельных состояний и прогнозирование несущей способности с учетом рассеяния механических свойств является неотъемлемой частью обеспечения требований прочности и надежности конструкций. В данной работе на основе вероятностного подхода выполнен анализ влияния вариации характеристик силовой оболочки на несущую способность металлокомпозитного бака высокого давления, изготовленного по технологии непрерывной намотки композитной ленты на тонкий лейнер. В качестве пере-менных параметров приняты угол намотки, объемное содержание волокна и предел его прочности. Численное моделирование на основе модели, учитывающей процессы накопления повреждений и деградацию механических свойств материала, используется для прогнозирования механического поведения конструкции бака. По результатам вычислений получена функция распределения значений разрушающего давления, дающая представление о вли-янии вариативности процесса изготовления на несущую способность бака.

Механические метаматериалы по типу сот, например тетрахиральные, привлекают большое внимание благодаря своим уникальным свойствам. В настоящей работе изучен эффект отклонения образца из метаматериала при одноосном нагружении. В механическом по-ведении (отклонение от исходного положения) обнаружен интересный эффект, который за-висит от площади поперечного сечения тетрахиральной структуры и размера кольца. При сравнении большей и меньшей площадей обнаружено, что для малого размера кольца бόльшая площадь дает меньшее отклонение. При увеличении размера кольца бόльшая площадь дает большее отклонение в сравнении с меньшей площадью. Эффект скручивания связан с изменением линейных размеров образца, что позволило исследовать влияние изменения в структуре метаматериала на его эффективный коэффициент Пуассона. Несмотря на малые отличия при различных случаях варьирования параметров, зафиксировано отрицательное значение коэффициента Пуассона. Предложена аналитическая формула, адекватно описывающая каждый график зависимостей для коэффициента Пуассона.

Исследование распространения волн в сложных структурах, состоящих из различных материалов и имеющих разные условия на границе раздела, представляет большую важность во многих областях, таких как геофизика, неразрушающий контроль и сенсорные технологии. Горизонтально поляризованные сдвиговые волны распространяются в направлении нормали к поверхности среды. Поведение волн зависит от свойств материала, характера сцепления слоев и граничных условий. Для внутренних областей Земли характерна неоднородность, наличие напряжений и неидеального сцепления между слоями. В связи с этим настоящее исследование посвящено детальному изучению распространения нормальных горизонтально поляризованных поперечных волн в структуре сложной геометрии, состоящей из неоднородного слоя, лежащего на предварительно напряженном основании. Поскольку достичь идеального контакта между материалами с различными свойствами практически невозможно, сцепление между слоем и подложкой считается неидеальным. Для моделирования неидеальной границы раздела задавали различные условия, среди которых дислокационные, силовые и пружинные. Помимо условий на границе раздела вводили граничные условия на свободной поверхности слоя (свободная или жестко закрепленная граница). Для каждого сценария получены аналитические дисперсионные соотношения. Влияние различных параметров, таких как неоднородность, начальное напряжение, толщина слоя, дефекты и коэффициенты скачков, на распространение нормальных горизонтально поляризованных волн представлено в графическом виде.

Проведено исследование влияния малоцикловой усталости при повышенных температурах на микроструктуру новой 10% Cr стали с низким содержанием азота и высоким содержанием бора, дополнительно легированной кобальтом, вольфрамом, молибденом и рением. После термической обработки реечная структура троостита отпуска с высокой плотностью дислокаций как внутри реечного пространства, так и в границах мартенситных реек стабилизирована частицами зернограничных карбидов М23С6 и М6С, а также карбонитридами NbX, равномерно распределенными в объеме матрицы. Средняя ширина мартенситных реек составляла 380 нм, а плотность свободных дислокаций внутри реечного пространства - 1.4 ∙ 1014 м-2. При малоцикловой усталости с увеличением амплитуды деформации от 0.2 до 1 % количество циклов до разрушения снижается на ~2 порядка, при этом вклад пластической составляющей деформации существенно увеличивается. Максимальное разупрочнение (24 %) наблюдается при температуре 650 °С и амплитуде деформации 0.6 % в середине количества циклов нагружения. После испытаний на малоцикловую усталость в структуре исследуемой стали обнаружены мелкие рекристаллизованные зерна, свободные от искажений решетки. Более того, реечная структура стали начинает трансформироваться в субзеренную структуру, при этом ширина реек и размер субзерен зависят от амплитуды деформации. Плотность свободных дислокаций практически не меняется с увеличением амплитуды деформации по сравнению с исходным состоянием, при этом плотность дислокаций в границах мартенситных реек существенно снижается с увеличением амплитуды деформации за счет снижения протяженности границ мартенситных реек. Фрактография изломов показала, что при обеих повышенных температурах испытания на малоцикловую усталость оксидные частицы выступают в качестве источников зарождения трещин.

В ряде случаев полимерные композитные материалы могут демонстрировать существенно нелинейный характер деформирования. В данной работе была исследована эффективность применения двух относительно простых моделей, учитывающих нелинейный характер деформирования тканевого композита с термореактивной матрицей. В обоих случаях было принято предположение о независимости кривой сдвига от вида напряженного состояния, а также определены границы применимости соответствующего допущения. Представлен простой алгоритм калибровки моделей, не требующий данных о поведении композитов при двухосном нагружении, который позволяет идентифицировать параметры моделей на основе стандартных испытаний на растяжение и сдвиг. Обе модели деформирования были реализованы в конечно-элементном пакете ANSYS Workbench для детального анализа напряженно-деформированного состояния полимерных композитных материалов при комбинированном нагружении. Верификацию моделей деформирования проводили по результатам испытаний образцов композита c тканевым армированием, вырезанных под различными углами к направлению основы, а также образцов композита с симметричной укладкой ±φ. Было установлено, что предложенные модели деформирования могут предсказывать нелинейный механический отклик тканевых композитов с термореактивной матрицей в условиях комбинированного нагружения с приемлемой точностью при деформациях сдвига до 5 %.

Рассмотрена задача об определении предельной нагрузки при растяжении композитных стержней с различной укладкой волокон. Для этого композита построены определяющие соотношения на основе нелинейно-упругой модели поведения материала с диаграммой, имеющей экстремум. Были рассмотрены два численных подхода для решения нелинейно-упругой задачи: метод секущих жесткостей (метод Биргера) и метод последовательных догружений (метод Петрова). При этом использовался метод конечных элементов для плоского-напряженного состояния.

В данной работе рассматриваются методы машинного обучения и численного моделирования для анализа подводных сигналов, возникающих в результате механических воздействий. В ходе исследования был применен метод конечных элементов для создания точной математической модели, описывающей поведение подводного кабеля под влиянием различных внешних факторов. Для численного моделирования использовался программный комплекс COMSOL Multiphysics. В результате моделирования были получены сигналы вибрационных колебаний, которые затем были использованы для более детального анализа. Для исследования сигналов использовался метод опорных векторов, представляющий собой мощный инструмент для обработки данных, особенно в контексте анализа изображений. В результате был проведен эксперимент по классификации изображений вибрационных сигналов с применением метода опорных векторов, который продемонстрировал высокую степень точности в распознавании сигналов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что разработанный алгоритм может использоваться для мониторинга и анализа состояния подводной кабельной инфраструктуры.

В работе рассматривается круговая арка, нагруженная равномерно распределенным нормальным давлением, направленным к центру. Концы арки прикреплены тросами, один конец которых прикреплен к дуге арки под соответствующим углом, и расстояние между точками прикрепления тросов не может увеличиваться. Определены значения давления, при которых возможны искривленные формы равновесия арки, и найдено наименьшее из этих значений, являющееся критической силой.

Фигурой постоянной ширины называется такая фигура, у которой расстояние между любыми параллельными опорными прямыми одно и то же. Ясно, что таким свойством обладает круг, но не только. Простешей фигурой постоянной ширины (кроме круга) является треугольник Рёло. В настоящей работе решается задача устойчивости треугольника Рёло, находящегося под действием нормальной нагрузки. Получено значение критического давления.

В рамках данного исследования проведен детальный анализ волновых процессов в двумерной структуре черного фосфорена под воздействием непрерывного продольного сжатия. Это сжатие осуществлялось строго в двух кристаллографических ориентациях фосфорена - либо в направлении “зигзаг”, либо в направлении “кресла”. Сложная атомная геометрия фосфорена, значительно отличающаяся от структуры графена, вносит дополнительные особенности в динамику распространения волн, возникающих в материале в результате сжатия. Для моделирования динамических явлений были применены методы молекулярной динамики. Процесс возбуждения акустических и ударных волн был инициирован с помощью сжимающего поршня, движущегося с постоянной заданной скоростью. В ходе исследования был проведен детальный анализ распространения волнового фронта на атомном уровне. В рамках этого анализа были изучены колебания атомов, проходящих через волны, и изменения энергетических параметров атомов и волны в зависимости от скорости движения поршня. Полученные результаты вносят вклад в понимание нелинейных волновых процессов в двумерных материалах и расширяют представления о поведении волн в сложных геометрических кристаллических структурах. Это исследование помогает получить более глубокое понимание механизмов распространения и эволюции ударных и акустических волн в таких материалах, как фосфорен, и имеет важное значение для разработки новых наноматериалов и технологий. Полученные результаты расширяют наше понимание динамики материалов на атомном уровне и могут найти практическое применение в области нанотехнологий и разработке новых материалов с улучшенными свойствами.