Актуальність дослідження механічних властивостей армованих композиційних матеріалів та розробки методів і методик опису механічної поведінки та міцності елементів конструкцій і машин, виконаних з них, визначається недостатньою вивченістю деяких явищ, що проявляються композиційними матеріалами та впливають на їхню механічну поведінку, обмеженістю наявних математичних моделей для її опису, а також позитивним економічним та практичним ефектом від оптимального використання композиційних матеріалів у вітчизняній промисловості.
Метою дослідження є теоретична та експериментальна оцінка анізотропії в’язкопружних властивостей полімерних армованих композиційних матеріалів, ступінь якої є незалежним від ступеня анізотропії пружних властивостей, а також розробка розрахункового методу врахування загального ступеня анізотропії в’язкопружності для аналізу конструкційної міцності елементів конструкцій і машин при статичних та термосилових навантаженнях.
Об’єктом дослідження є явища анізотропної пружності та в’язкопружності полімерних армованих композиційних матеріалів, а також контактна механічна поведінка елементів конструкцій і машин, виконаних з них.
Предметом дослідження є механічні властивості полімерних армованих композиційних матеріалів, що потребують адекватного встановлення параметрів анізотропної в’язкопружності, а також математичні моделі, які з достатньою точністю здатні описати їхню механічну поведінку.
Теоретичні положення дисертаційної роботи ґрунтуються на методах інженерної механіки та механіки твердого деформівного тіла, а саме методах теорії в’язкопружності, методі скінченних елементів, методі найменших квадратів, методі розв’язання систем диференційних та інтегральних рівнянь.
Наукова новизна отриманих результатів полягає у тому, що вперше зроблено наступне:
– вперше розроблено метод, що не потребує написання додаткових модулів або процедур для програмних комплексів скінченно-елементного аналізу, який дозволив змоделювати загальний ступінь анізотропії в’язкопружних властивостей матеріалу в цих програмних комплексах. Була доведена задовільна збіжність цього методу та його застосовність до розв’язання прикладних наукових та інженерних задач;
– вперше за допомогою створеної чисельної методики гомогенізації та експериментального дослідження ортотропних в’язкопружних властивостей полімерних армованих композиційних матеріалів при підвищених температурах доведена непропорційність в’язкопружних властивостей його пружним властивостям та неподібність кривих релаксації технічних параметрів в’язкопружності, що обґрунтовує необхідність врахування ефекту анізотропної в’язкопружності. Окрім того встановлено, що температурна зсувна функція композиту якісно та кількісно співпадає із зсувною функцією матриці;
– вперше побудовано аналітичну та чисельно-аналітичну моделі плоскої вісесиметричної контактної поведінки ділянки пружного трубопроводу із в’язкопружним бандажем, що дозволяють враховувати різні режими монтажу бандажа та ступені анізотропії в’язкопружних властивостей.
Практичне значення отриманих результатів для машинобудування полягає у тому, що представлений в роботі комплексний підхід до чисельного та експериментального знаходження параметрів анізотропної в’язкопружності полімерних армованих композиційних матеріалів, а також методика їхнього моделювання в програмних комплексах скінченно-елементного аналізу є замкнутою схемою врахування такого явища при розрахунках міцності композиційних елементів конструкцій і машин. Це знайшло свою реалізацію при визначенні напружено-деформованого стану ділянки трубопроводу із ортотропним в’язкопружним бандажем. Розроблені аналітична та чисельно-аналітична моделі їхнього контакту дозволяють швидко моделювати процес ремонту та із високою точністю визначати його ефективність, що може бути використано в практиці ремонтних робіт вітчизняних магістральних трубопроводів.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано на кафедрі динаміки та міцності машин Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» (НТУ «ХПІ») за планами науково-дослідних робіт відповідно до завдань Міжнародного науково-дослідного проекту «Innovative Non-Destructive Testing and Advanced Composite Repair of Pipelines with Volumetric Surface Defects (INNOPIPES)», що відбувся з 2012-2016 рр. в рамках 7-ї Рамкової програми ЄС, Дії Марії Кюрі (Contr. № PIRSES-GA-2012-318874); держбюджетної НДР МОН України «Розробка методів математичного моделювання поведінки нових та композиційних матеріалів для оцінки ресурсу та прогнозування надійності елементів конструкцій» (ДР № 0117U004969), в яких здобувач був виконавцем окремих етапів.
