Релаксационная модель пластичности для гетерогенных материалов была разработана и верифицирована для металлических слоистых композитов с различными металлическими и полимерными (волокнистыми/эпоксидными) материалами. Показано, что релаксационная модель пластичности гетерогенных материалов предсказывает различные деформационные реакции металлокомпозитов в широком диапазоне скоростей деформации, характерные для хрупкого, вязкого или вязко-хрупкого разрушения. На основе предложенной модели прогнозировались как стадии предразрушения со сбросом напряжения, так и непрерывная пластическая деформация сохранившихся слоев металла до момента его разрушения. Одноэтапное падение напряжения на динамической кривой композита по сравнению с двухстадийным падением напряжения на статической кривой объяснялось конкуренцией временных подготовительных процессов разрушения полимерного и металлического слоев.

Были рассмотрены различные варианты динамических динамических откликов, которые можно спрогнозировать изначальная релаксационная модель пластичности для гомогенных материалов. Показано, как можно ввести в реологическую схему пластический элемент Сен-Венана, согласно условию текучести из предлагаемой релаксационной модели пластичности для гомогенных материалов. Подробно изучен спектр деформационных откликов для гипотетических, которые может прогнозировать релаксационная модель пластичности для гомогенных материалов. Показано, как изменение параметров релаксационной модели пластичности (α, τ, β) по-разному влияет на деформационную зависимость.

Различные деформационные отклики многослойных композитов при статических и динамических нагрузках на примере металлических композитов были получены:

Эффект сброса напряжений при динамических скоростях и его отсутствие при статических скоростях, связанный с разрушением волоконных слоев, который может быть предсказан в рамках разработанной модели

Многостадийность необратимого деформирования слоистых композитов условно подразделяют на три стадии: упругую, нелинейно-вязкоупругую и подготовку к разрушению. Стадия предразрушения может заключаться в разрушении слоев полимера эпоксидной смолы/стекловолокна (включая процесс расслаивания) в зависимости от толщины слоев композита. Поскольку толщина металлических слоев по сравнению с полимерными эпоксидными/волокнистыми слоями, стадия предразрушения на теоретических и экспериментальных кривых деформирования имела сброс напряжений при скорости деформации 386 с-1 и продолжение пластической деформации сохранившихся металлических слоев до разрушения слоев полимера эпоксидной смолы/волокна при скоростях деформации 0,001 с-1 и 500 с-1 .

В зависимости от количества хрупких полимерных и их толщины слоев разрабатываемая модель со структурно-временными параметрами учесть многостадийность сброса напряжений при любых скоростях деформации

Кривые теоретического статического и динамического деформирования, подтверждают, что релаксационная модель слоистых материалов способен моделировать две начальные стадии деформации и оба случая стадии предразрушения. Отметим, что при моделировании деформационных зависимостей падение напряжения также было получено поскольку толщина металлических слоев была больше, чем толщина слоев полимера эпоксидной смолы/волокна.

Показано, что за счет различия характерных времен композита и полимерных слоев в материале, наблюдаемая в условиях стадии многостадийность сброса напряжений, может уменьшаться до одной стадии сброса напряжений. Полученный эффект моделируется разрабатываемой моделью.

Двухэтапный сброс напряжения для статики на рис. 2б отличается от одностадийного сброса напряжения для динамики. Продолжая динамическую теоретическую зависимость на рис. 2б, также наблюдается вторая ступень падения напряжения. Характерное время релаксации слоев полимерного стекловолокна/эпоксидной смолы (11 с в табл. 2, 15400 с и 100 с в табл. 3) обычно на несколько порядков выше, чем у металла (1 мс в табл. 2, 8,4 мс в Taбл. 3); поэтому процессы разрушения протекают быстрее. На рис. 5 показано сравнение зависимости прочности Ti-6Al-4V от скорости деформации, рассчитанной по структурно-временному подходу в [44], и зависимости прочности полимерного волокна/эпоксидной смолы от скорости деформации, приведенной в табл. 3. Таким образом, исчезновение второго сброса напряжения на кривой динамической деформации композита с высоким процентным содержанием полимера можно объяснить преобладанием процессов подготовки к разрушению этих полимерных слоев по сравнению со слоями металла.

Инвариантность структурно-временных характеристик к истории нагружения позволяет применять предложенную модель для различных комбинаций металлических и полимерных слоев.

Как показано в табл. 3, теоретические кривые деформации на рис. 3 построены при тех же параметрах структурно-временной модели слоя полимерного стекла/волокна [38–41]. Характерное время слоистого композита на основе Ti (8,4 мс в табл. 3) больше, чем характерное время слоистого композита на основе Al (10 мкс в табл. 4). Путем изменения только структурно-временных параметров алюминиевого сплава на титановый на основе предложенной модели с параметрами (табл. 2) рассчитаны теоретические деформационные зависимости композитов с одним полимерным слоем, но разной металлической матрицей. ,3). Отсутствие плавного снятия напряжения для теоретической динамической кривой на рис.3а объясняется учетом процессов разрушения без процесса расслоения волокнистых слоев.

Также разрабатываемая модель может быть применена к металлических композитам, нагруженных при различных скоростях деформации (0.001-1300 1/с), где деформационный отклик состоит из первых двух временных интервалов

На основе предложенной модели также предсказаны типичные динамические зависимости слоистых композитов с углеродными [42] и кевларовыми волокнами [43] (рис. 4). Необратимая деформация слоистых композитов и уровень снятия напряжений на стадии подготовки к разрушению хорошо соответствовали экспериментальным кривым деформации [42,43]. С помощью структурно-временных параметров моделируется небольшой подъем кривой деформирования на второй нелинейной вязкоупругой стадии деформирования слоистого композита.

Проведена аналогия между эффектом «зуба текучести» металлов, получаемого на динамических деформационных зависимостях, и сброса напряжений на деформационной зависимости композитов.

Продолжены работы по разработке релаксационной модели необратимого деформирования и разрушения для гетерогенных материалов для полимерных матричных композитов (в первый год выполнения проекта разрабатываемая модель была верифицирована на металлических слоистых композитах). Показано, что на основе релаксационной модели необратимого деформирования и разрушения для гетерогенных материалов можно спрогнозировать различные деформационные отклики полимерных слоистых композитов в широком диапазоне скоростей деформации, учитывая различный характер разрушения. На основе предложенной модели прогнозировались стадии предразрушения со сбросом напряжения на динамической кривой композита по сравнению с двухстадийным падением напряжения на статической кривой связывалось с эффектом конкуренции временных подготовительных процессов разрушения различных полимерных слоев.

Показано, что предложенная модель для гетерогенных материалов сможет учитывать их скоростную чувствительность, так же как и модели для однородных материалов. Таким образом, модель предсказывает тип деформационной зависимости, характерный для хрупкого и вязко-хрупкого разрушения композита для материалов с различными структурно-временными параметрами.

Предполагается исследовать статические и динамические деформационные отклики композитов в зависимости от комбинаций и механических свойств компонентных материалов композита как гипотетического материала. Будет изучена взаимосвязь скорости деформации, перераспределения слоев композита или типа волоконного материала для прогнозирования типа разрушения (вязкого или хрупкого) композитных материалов.

На основе предложенной модели также предсказаны типичные динамические зависимости слоистых композитов с углеродными и кевларовыми волокнами. Необратимая деформация слоистых композитов и уровень снятия напряжений на стадии подготовки к разрушению хорошо соответствовали экспериментальным кривым деформации. С помощью структурно-временных параметров моделируется небольшой подъем кривой деформирования на второй нелинейной вязкоупругой стадии деформирования слоистого композита. Построены скоростные зависимости предельных характеристик релаксационных процессов (предел прочности, предел текучести, начало необратимого деформирования) для стеклопластиков (epoxy/glass fibre composite), для алюминиевых ламинатов, усиленных карбоновым волокном (carbon fibre reinforced aluminum laminates), для эпоксидного композитного материала из углеродного волокна (carbon fibre epoxy composite).

Также на основе полученных структурно-временных параметров различных материалов (стекловолокна, карбонового волокна, кевларового волокна, алюминиевых сплавов, титановых сплавов, эпоксидного материала) были проведены теоретические исследования влияния толщин слоев на динамический деформационный отклик. Проведенный анализ показал сильное влияние на деформационный отклик при варьировании параметров толщины композита.

Таким образом, использование модели релаксационной необратимого деформирования и разрушения не ограничивается однородными материалами, а оказывается весьма эффективным для слоистых композитов. На примере композитов разной толщины слоев наличие упругопластической деформации композита после разрушения полимерного слоя интерпретируется разными значениями характерных времен релаксации для полимерного (волокно/эпоксидное) и металлического слоев.
Базовые идеи подхода инкубационного времени и релаксационной пластичности могут служить эффективным инструментом при разработке численных схем, учитывающих неустойчивое поведение диаграмм деформирования в композиционных материалах и их различных компонентах.