МЕТОД ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ГРАДИЕНТНЫХ МОДЕЛЕЙ НЕОДНОРОДНЫХ СТРУКТУРС ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИСКРЕТНО-АТОМИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Аннотация


Рассматриваются градиентные теории упругости, дается их характеристика, обсуждаются особенности, приводятся соответствующие постановки краевых задач. Дается краткое описание прикладных однопараметрических вариантов градиентных теорий упругости. Представлена кон- тинуальная градиентная модель неоднородных двухкомпонентных композитных структур, позво- ляющая оценивать влияние масштабных параметров на эффективные механические свойства.Предлагается метод идентификации дополнительных физических параметров градиент- ных моделей теории упругости, основанный на сравнении результатов континуального и дис- кретно-атомистического моделирования конкретных тестовых гетерогенных структур. В результа- те предложена процедура определения дополнительного параметра прикладных градиентных континуальных моделей гетерогенных сред, характеризующего протяженность межфазной зоны в области контакта фаз двухкомпонентного композита и определяющего масштабные эффекты полей когезионных взаимодействий, локализованных около границ контакта фаз. Дается описа- ние алгоритма, в соответствии с которым дополнительный физический параметр градиентной модели находится через параметры потенциалов, использующихся для описания рассматривае- мых конкретных структур при их дискретном атомистическом моделировании.Для обоснования метода используются численные результаты сравнения решений дис- кретных и континуальных моделей, показывающих чрезвычайно высокую степень точности кон- тинуальной однопараметрической градиентной теории при описании счетного множества тесто- вых гетерогенных двухкомпонентных структур, образованных атомарными подструктурами с раз- личными свойствами (с различными параметрами потенциалов межатомного взаимодействия).Демонстрация метода идентификации параметров градиентных теорий упругости прово- дится для гетерогенных структур, хорошо описываемых с помощью потенциала Леннарда- Джонса или потенциала Морзе. Считается, что параметры потенциалов известны, а перекрест- ное взаимодействия атомов разного типа определяется по правилу Лоренца-Бертло.

Об авторах

С А Лурье

Институт прикладной механики РАН

Email: lurie@ccas.ru
125040, г. Москва, Ленинградский пр., 7

Ю О Соляев

Институт прикладной механики РАН

Email: yos@iam.ras.ru
125040, г. Москва, Ленинградский пр., 7

Список литературы

  1. Toupin R.A. Elastic materials with couple stresses // Arch. Rational Mech. Anal. - 1962. - Vol. 11. - P. 385-414. doi: 10.1007/BF00253945
  2. Mindlin R.D. Micro-structure in linear elasticity // Arch. Rational Mech. Anal. - 1964. - Vol. 16. - P. 51-78. doi: 10.1007/BF00248490
  3. Mindlin R.D. Second gradient of strain and surface-tension in linear elasticity // Int. J. Solids Struct. - 1965. - Vol. 1. - P. 417-438. doi: 10.1016/0020-7683(65)90006-5
  4. Mindlin R.D., Eshel, N.N. On first strain-gradient theories in linear elasticity // Int. J. Solids Struct. - 1968. - Vol. 4. - P. 109-124. doi: 10.1016/0020-7683(68)90036-X
  5. Auffray N., Le Quang H., He H.C. Matrix representations for 3D strain-gradient elasticity // J. Mech. Phys. Solids. - 2013. - Vol. 61. - P. 1202-1223. doi: 10.1016/j.jmps.2013.01.003
  6. Papanicolopulos S.A. Chirality in isotropic linear gradient elasticity // Int. J. Solids Struct. - 2011. - Vol. 48. - P. 745-752. doi: 10.1016/j.ijsolstr.2010.11.007
  7. Dell’Isola F., Sciarra G., Vidoli, S. Generalized Hooke’s law for iso-tropic second gradient materials // Proc. R. Soc. A. - 2009. - Vol. 465. - P. 2177-2196. doi: 10.1098/rspa.2008.0530
  8. Gao X.-L., Park S.K. Variational formulation of a simplified strain gradient elasticity theory and its application to a pressurized thick-walled cylinder problem // Int. J. Solids Struct. - 2007. - Vol. 44. - P. 7486-7499. - doi: 10.1016/j.ijsolstr.2007.04.022
  9. Ma H.M., Gao X.-L., Reddy J.N. A microstructure-dependent Ti-moshenko beam model based on a modified couple stress theory // J. Mech. Phys. Solids. - 2008. - Vol. 56. - P. 3379-3391. doi: 10.1016/j.jmps.2008.09.007
  10. Kakunai S., Masaki J., Kuroda R., Iwata K., Nagata R. Measurement of apparent Young's modulus in the bending of cantilever beam by heterodyne holographic interferometry // Exp. Mech. - 1985. - Vol. 25. - P. 408-412. doi: 10.1007/BF02321341
  11. Experiments and theory in strain gradient elasticity / D.C.C. Lam, F. Yang, A.C.M. Chong, J. Wang, P. Tong // J. Mech. Phys. Solids. - 2003. - Vol. 51. - P. 1477-1508. doi: 10.1615/IntJMultCompEng.2013006064
  12. McFarland A.W., Colton J.S. Role of material microstructure in plate stiffness with relevance to microcantilever sensors // J. Micromech. Mi-croeng. - 2005. - Vol. 15. - P. 1060-1067. doi: 10.1088/0960-1317/15/5/024
  13. Mura T. Micromechanics of defects in solids. - Boston. MA: Martinus Nijhoff Publishers, 1982. - 587 p.
  14. Li T., Lang E. Stiffness predictions for unidirectional short-fiber com-posites: review and evaluation // Comp Sci Technol. - 1999. - Vol. 59. - P. 655-671. doi: 10.1016/S0266-3538(98)00120-1
  15. Odegard G.M, Gates T.S. Constitutive modeling of nanotube/poly¬mer composites with various nanotube orientation // Proceedings Annual Conference on Experimental and Applied Mechanics. - Milwaukee 2002. - P. 1-4.
  16. Mori T., Tanaka K. Average stress in matrix and average elastic energy of materials with misfitting inclusions // Acta Metallurg. - 1973. - Vol. 21. - P. 571-574.
  17. Tibbetts G.G., McHugh J.J. Mechanical properties of vapor-grown carbon fiber composites with thermoplastic matrices // J Mater Res. - 1999. - Vol. 14. - P. 2871-2880. doi: 10.1007/978-94-010-0777-1_17
  18. Advanced theoretical and numerical multiscale modeling of cohe-sion/adhesion interactions in continuum mechanics and its applications for filled nanocomposites / S. Lurie, D. Volkov-Bogorodsky, V. Zubov, N. Tuch¬kova // Computational Materials Science. - 2009. - Vol. 45. - No. 3. - P. 709-714. doi: 10.1016/j.commatsci.2008.08.010
  19. Лурье С.А., Соляев Ю.О. Моделирование механических свойств наноструктурированных пористых керамик // Деформация и разрушение материалов. - 2012. - № 1. - С. 6-16. doi: 10.1134/S0036029513040083
  20. Eshelby’s inclusion problem in the gradient theory of elasticity. Appli-cations to composite materials / S. Lurie, D. Volkov-Bogorodsky, A. Le¬on¬tiev, E. Aifantis // International Journal of Engineering Science. - 2011. - Vol. 49. - P. 1517-1525. doi: 10.1016/j.ijengsci.2011.05.001
  21. Gusev A.A., Lurie S.A. Strain-gradient elasticity for bridging con-tinuum and atomistic estimates of stiffness of binary Lennard-Jones crystals // Adv. Eng. Mater. - 2010. - Vol. 12. - P. 529-533. doi: 10.1002/adem.201000004
  22. Altan B.S., Aifantis E.C. On the structure of the mode III crack-tip in gradient elasticity. Scripta Met. - 1992. - Vol. 26. - P. 319-324. doi: 10.1016/0956-716X(92)90194-J
  23. Altan B.S., Aifantis E.C. On some aspects in the special theory of gradient elasticity // J. Mech. Behav. Mater. - 1997. - Vol. 8. - No. 3. - P. 231-282. doi: 10.1515/JMBM.1997.8.3.231
  24. Unraveling the Argon Adsorption Processes in MFI-Type Zeolite / E. Garcia-Perez, J.B. Parra, C.O. Ania, D.T. Dubbeldam, J.H. Vlugt, J.M. Castillo, P.J. Merkling, S. Calero // J. Phys. Chem. C. - 2008. - Vol. 112. - No. 27. - P. 9976-9979. doi: 10.1021/j100025a018
  25. Ordered Phases of Cesium in Carbon Nanotubes / W.K. Jeong, J.H. Ho, O.S. Ki, Y.C. Won, R.B. Ki // J. Kor. Phys. Soc. - 2003. - Vol. 43. - No. 4. - P. 534-539.
  26. Flahive P.G., Graham W.R. Pair potential calculations of single atom self-diffusion activation energies // Surface Science. - 1980. - Vol. 91. - P. 449-462. doi: 10.1016/0039-6028(80)90344-1

Статистика

Просмотры

Аннотация - 149

PDF (Russian) - 391

Cited-By


PlumX


© Лурье С.А., Соляев Ю.О., 2014

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах