СТОХАСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКИХ КОМПОЗИТОВ СО СЛУЧАЙНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ВКЛЮЧЕНИЙС ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОМЕНТНЫХ ФУНКЦИЙ ВЫСОКИХ ПОРЯДКОВ
- Авторы: Ташкинов МА1
- Учреждения:
- Пермский национальный исследовательский политехнический университет
- Выпуск: № 3 (2014)
- Страницы: 163-185
- Раздел: Статьи
- URL: https://ered.pstu.ru/index.php/mechanics/article/view/309
- DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2014.3.09
- Цитировать
Аннотация
Целью данной работы является разработка методики вычисления статистических харак- теристик полей напряжений и деформаций в компонентах структурно-неоднородных сред с уче- том микроструктурных параметров.Многоуровневая иерархия структурно-неоднородных (композиционных) материалов ис- следуется с помощью понятия представительного объема, когда параметры более высокого масштаба оцениваются или вычисляются на более низком масштабе. Поля напряжений, дефор- маций и перемещений представлены в виде статистически однородных кусочно-постоянных функций координат.Аналитические выражения для статистических характеристик структурных полей, такие как средние значения и дисперсии, формируются из решения стохастических краевых задач и содержат структурные многоточечные моментные функции. При этом порядок используемых функций определяется приближением решения стохастической краевой задачи. С помощью ме- тода функций Грина, краевая задача сводится к интегродифференциальному стохастическому уравнению во флуктуациях перемещений. Получено второе приближение решения краевой за- дачи в упругопластическом случае. Для установления связи между деформациями в компонентах и макроскопическими деформациями организована итерационная процедура.Получены новые аналитические выражения для статистических характеристик полей на- пряжений и деформаций в компонентах упругопластических композиционных материалов с ис- пользованием второго приближения решения краевой задачи и моментных функций до пятого порядка включительно. Были синтезированы и исследованы модели трехмерной структуры пред- ставительного объема материала с эллипсоидальными полидисперсными включениями, для которых построены многоточечные моментные функции до пятого порядка. Получены численные результаты для характеристик процесса деформирования матрицы пористых материалов с по- лидисперсными эллипсоидальными включениями в случае чистого сдвига для микроструктур с различной объемной долей включений.
Об авторах
М А Ташкинов
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Email: tma@pstu.ru
614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29
Список литературы
- Buryachenko V. Micromechanics of heterogeneous materials. - New York: Springer, 2007. - 686 p.
- Torquato S. Random heterogenous materials, microstructure and mac-roscopic properties. - Springer, 2001. - 701 p.
- Determination of the size of the representative volume element for random composites: statistical and numerical approach / T. Kanit, S. Forest, I. Galliet, V. Mounoury, D. Jeulin // International Journal of Solids and Structures. - 2003. - Vol. 40. - P. 3647-3679.
- Liu K.C., Ghoshal A. Validity of random microstructures simulation in fiber-reinforced composite materials // Composites Part B: Engi-neering. - 2014. - Vol. 57. - P. 56-70.
- Tashkinov M.A., Wildemann V.E., Mikhailova N.V. Method of suc-cessive approximations in stochastic elastic boundary value problem for structurally heterogenous materials // Computational Materials Science. - 2012. - Vol. 52. - P 101-106. doi: 10.1016/j.commatsci.2011.04.025
- Хорошун Л.П. Методы случайных функций в задачах о макро-скопических свойствах микронеоднородных сред // Прикл. меха-ника. - 1978. - Т. 14. - Вып. 2. - С. 3-17.
- Волков С.Д., Ставров В.П. Статистическая механика композит-ных материалов. - Минск: Изд-во Белорус. гос. ун-та, 1978. - 208 с.
- Вильдеман В.Э., Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А. Механика не-упругого деформирования и разрушения композиционных материалов. - М.: Наука, 1997. - 288 с.
- Saheli G., Garmestani H., Adams B.L. Microstructure design of a two phase composite using two-point correlation functions // Journal of Computer-Aided Materials Design. - 2004. - Vol. 11. - P. 103-115.
- Шермергор Т.Д. Теория упругости микронеоднородных сред. - М.: Наука, 1976. - 400 с.
- Михайлова Н.В., Ташкинов А.А. Упругопластическое деформи-рование дисперсных композитов с разреженной случайной структурой // Механика композиционных материалов и конструкций. - 2010. - Т. 16, № 4. - С. 469-482.
- Паньков А.А. Статистическая механика пьезокомпозитов. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. - 480 с.
- Соколкин Ю.В., Волкова Т.А. Расчет распределения деформаций и напряжений в зернистых композитах с учетом реальных мо-ментных функций свойств микроструктуры // Механика компо-зиционных материалов и конструкций. - 1998. - Т. 4, № 3. - С. 70-85.
- Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А. Механика деформирования и разрушения структурно-неоднородных тел. - М.: Наука, 1984. - 116 с.
- Jiao Y., Stillinger F.H., Torquato S. Modeling heterogeneous materials via two-point correlation functions. II. Algorithmic details and appli-cations // Physical Review. -2008. - Vol. 77. - No. 3. - Р. 031135. doi: 10.1103/PhysRevE.77.031135
- Kaminski M.M. Computational mechanics of composite materials. - Springer, 2005. - 433 p.
- Multiscale methods for composites: a review / P. Kanouté, D.P. Boso, J.L. Chaboche, B.A. Schrefler // Arch. Comput. Methods. Eng. - 2009. - Vol. 16. - Р. 31-75.
- Ильиных А.В., Радионова М.В., Вильдеман В.Э. Компьютерный синтез и статистический анализ распределения структурных ха-рактеристик зернистых композиционных материалов // Механика композиционных материалов и конструкций. - 2010. - Т. 16, № 2. - С. 251-265.
- Rasool A., Böhm H.J. Effects of particle shape on the macroscopic and microscopic linear behaviors of particle reinforced composites // International Journal of Engineering Science. - 2012. - Vol. 58. - Р. 21-34.
- Hori M., Kubo J. Analysis of probabilistic distribution and range of average stress in each phase of heterogeneous materials // J. Mech. Phys. Solids. - 1998. - Vol. 46. - Р. 537-556.
- Tashkinov M.A., Vildeman V.E., Mikhailova N.V. Method of succes-sive approximations in a stochastic boundary-value problem in the elasticity theory of structurally heterogeneous media // Composites: Mechanics, Computations, Applications. - 2011. - Vol. 2. - No. 1. - Р. 21-37.
- Silberschmidt V.V. Account for random microstructure in multiscale models // Multiscale Modeling and Simulation of Composite Materials and Structures. Eds. Y.W. Kwon, D.H. Allen and R. Talreja. - New York: Springer, 2008. - Р. 1-35.
- Lotwick H.W. Simulations on some spatial hard core models, and the complete packing problem // J. Statist. Comp. Simul. - 1982. - Vol. 15. - Р. 295-314.