Модификация модели деградации жесткостных характеристик конструкций из композиционных материалов для учета температурного воздействия
Авторы: Романов Н.И.
Опубликовано в выпуске: #3(171)/2026
Раздел: Механика | Рубрика: Механика деформируемого твердого тела
Рассмотрена проблема деградации механических характеристик конструкций из композиционных материалов при циклическом нагружении с учетом температурных факторов. Актуальность исследования обусловлена необходимостью развития и совершенствования надежных методов прогнозирования долговечности конструкций из композитов. В ходе исследования проведен сравнительный анализ различных подходов к моделированию деградации свойств композиционных материалов, особое внимание уделено модели Дудченко — Лурье. Методология исследования базируется на феноменологическом подходе с использованием экспериментально установленных зависимостей между параметрами нагружения и изменением свойств материала. Проведено математическое моделирование процесса накопления повреждений с учетом механического и температурного воздействия. Полученные результаты демонстрируют существенное влияние температурного фактора на эффективные характеристики композитных конструкций. Показана эффективность модифицированной модели деградации, учитывающей температурное воздействие через соотношения Дюамеля — Неймана. Выявлено, что в случае применения модели Дудченко — Лурье требуются значительные вычислительные затраты при определенных типах укладки композита. Практическая значимость работы заключается в возможности использования разработанной методики для прогнозирования ресурса композитных конструкций при комбинированном механическом и температурном нагружении. Результаты исследования могут быть применены при проектировании элементов авиакосмической техники.
EDN PWRPLY
Литература
[1] Demet S.M., Demir O. Influence of temperature and stress ratio on low-cycle fatigue life prediction of UD-CFRPs considering stiffness degradation. Polymer Composites, 2025, vol. 46, no. 12, pp. 11623–11633. DOI: 10.1002/pc.70146
[2] Hiremath M., Bernthaler T., Anger P., Mishra S., Guha A., Tewari A. Comparison of damage mechanisms in chopped strand mat and woven roving mat composites under cyclic tension. Polymer Composites, 2024, vol. 45 (12), pp. 11162–11177. DOI: 10.1002/pc.28539
[3] Hiremath M., Bernthaler T., Anger P., Mishra S., Guha A., Tewari A. Microstructural damage dependent machine learning model to predict stiffness reduction in damaged GFRP composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2025. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2025.108913 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S014211232500110 (дата обращения: 17.09.2025).
[4] Каримбаев Т.Д., Матюхин Д.В. Об оценке усталостной прочности образцов из полимерных композиционных материалов. Механика композиционных материалов и конструкций, 2016, т. 22, № 3, с. 329–341.
[5] Думанский А.М. Накопление повреждений и деформирование волокнистых композитов. Наука и образование: электронное научно-техническое издание, 2014, № 1, с. 250–257. DOI: 10.7463/0114.0687557
[6] Васильев В.В., Протасов В.Д., Болотин В.В. [и др.] Композиционные материалы: Справочник. В.В. Васильев, Ю.М. Тарнопольский, ред. Москва, Машиностроение, 1990, 512 с. ISBN 5-217-01113-0
[7] Буров А.Е. Модели разрушения волокнистых композиционных материалов. Вестник СибГАУ, 2008, вып. 3 (20), с. 133–138.
[8] Van Paepegem W. Development and finite element implementation of a damage model for fatigue of fibre-reinforced polymers. Ghent University Architectural and Engineering Press, 2002. URL: http://hdl.handle.net/1854/LU-153455 (дата обращения 23.09.2025).
[9] Дудченко А.А., Лурье С.А. Моделирование процессов роста поврежденности и деградации механических свойств слоистых композитов. Москва, Изд-во МАИ, 2019, 160 с.
[10] Маскайкина А.А. Разработка методов расчета стыковых металло-композитных узлов авиационных конструкций на прочность с учетом ресурса: Дис. … канд. техн. наук. Москва, 2022, 155 с.
[11] Нгуен Дак Куанг. Влияние термоциклических нагрузок на механические характеристики материала композитных панелей: Дис. … канд. техн. наук. Москва, 2015, 121 с.
[12] Smith J., Johnson A., Williams R. Durability and flammability studies of composites for automotive applications. Sustainable Composites for Automotive Engineering, 2025, pp. 453–476. DOI: 10.1016/B978-0-443-23669-3.00023-3
[13] Ansari Md.T.A., Singh K.K., Azam M.S. Fatigue damage analysis of fiber-reinforced polymer composites — A review. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2018, vol. 37, no. 9, pp. 636–654. DOI: 10.1177/0731684418754713