В работе обсуждается временная природа статической и динамической деформации волокнистых металлических ламинатов. Показано, что при ударе, взрыве или резком рывке привычные табличные значения
прочности перестают работать: предел прочности и трещиностойкость в динамике становятся нестабильными величинами, зависящими не от свойств материала, а от сценария нагружения — скорости, пути и
последовательности приложения силы. За парадоксами динамики (когда один и тот же образец при медленном растяжении течёт, а при ударе рассыпается как стекло) стоит конкуренция скоростей: пластичность
— это релаксационный процесс, разворачивающийся во времени, и прочность определяется тем, успевают ли внутренние механизмы «рассасывать» напряжения до того, как материал разрушится. Несмотря на это, инженерная практика до сих пор описывает экстремальные нагрузки статическими моделями, игнорируя «внутренние часы вещества». В работе предложена модифицированная релаксационная модель [1], позволяющая описывать деформацию слоистых композитов от упругой стадии до необратимой деформации и разрушения. В отличие от однородных материалов, наша модель учитывает поэтапный сценарий: сначала металлические слои начинают пластически течь, затем хрупкие полимерные прослойки покрываются сетью микротрещин, и лишь на финале металл упрочняется перед разрушением. Каждый слой в модели
получает свой «паспорт» — всего три параметра, описывающих способность к растяжению, хрупкость и общее поведение сэндвича. Ключевое достижение подхода — универсальность: определив единожды паспортные параметры для конкретной марки металла и конкретного полимера, можно с высокой точностью предсказать поведение любого «бутерброда» из этих же ингредиентов с разным количеством и толщи
ной слоёв. Верификация модели проведена на пяти типах композитов с разными соотношениями толщин металлических и полимерных слоёв: стекловолокном, армирующим алюминий (GLARE); стекловолокном,
армирующим титан; углеволокном, армирующим алюминий; кевларовым волокном, армирующим алюминий; а также на пяти- и трёхслойных титановых композитах со стекловолокном (Ti/GFRP). Теоретические
кривые деформации при различных скоростях нагружения предсказаны корректно во всех случаях. Интересный нюанс: финальную стадию упрочнения металла можно полностью исключить, если полимерная
прослойка слишком толстая или разрушается слишком рано — тогда металл не успевает выйти на пик прочности. Поскольку модель феноменологическая, её легко перенастроить на любые другие пары материалов, что открывает путь к виртуальному конструированию: компьютерный перебор тысяч комбинаций слоёв позволяет выбрать самую прочную конструкцию до её физического изготовления.