Modeling of mechanical interaction between filler particles and binder in polymer-silicate nanocomposites under finite macrodeformation

Abstract

5УДК 539.42 ЧИСЛЕННЫЕ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ РАЗРУШЕНИЯ В.А. БратовИнститут проблем машиноведения РАН, С.-Петербург, 199178, Россия В работе подробно рассмотрены проблемы использования критерия инкубационного времени в качестве критерия хрупкого разрушения в конечно-элементных расчетах. Приведен ряд примеров численных расчетов задач динамики разрушения с использованием критерия инкубационного времени. Доказана применимость такого подхода для предсказания инициации, развития и остановки динамического разрушения.Ключевые слова: динамика разрушения, инкубационное время, динамика трещин, метод конечных элементов, остановка разрушения, откол RAS, St.-Petersburg, 199178, Russia This paper is concerned with the problems related to the embedment of an incubation time brittle fracture criterion into finite-element computational schemes. Several examples of how the incubation time fracture criterion can be used as a fracture condition in finite element computational schemes are given. Applicability of the approach for prediction of initiation, propagation and arrest of dynamic fracture is demonstrated. NUMERICAL MODELS OF FRACTURE DYNAMICS V.А. Bratov Institute for Problems in Mechanical EngineeringKeywords: fracture dynamics, incubation time, crack dynamics, finite element method, fracture arrest, cleavage ВведениеВ работах [1-3] предложен критерий инкубационного времени разрушения для предсказания условий инициирования хрупкого разрушения твердых тел под действием приложенных динамических ударных нагрузок. Важной особенностью критерия инкубационного времени является то, что он обеспечивает корректный переход к статической ситуации с медленно действующими нагрузками, трансформируясь в классические критерии хрупкого разрушения (либо в критерий критического напряжения в случае разрушения изначально бездефектных сред, либо в критерий критического коэффициента интенсивности напряжений при разрушении тел с трещинами). Таким образом, нет потребности в использовании разных критериев для предсказания разрушения в «квазистатической» либо «динамической» ситуации. Отпадает и сама необходимость разделения разрушения на «квазистатическое» и «динамическое», хотя именно идея инкубационного времени дает естественную возможность такого разделения.В широком ряде последующих работ (см., например, [4-7]) авторы, моделируя условия различных экспериментов на динамическое разрушение, доказали применимость предложенного подхода для предсказания условий возникновения динамического разрушения хрупких тел. В этих же работах для широкого круга материалов определена введенная материальная константа -инкубационное время процесса разрушения, характеризующая временную прочность разрушаемой среды.При рассмотрении динамических задач упругости в подавляющем большинстве случаев отсутствует возможность построения аналитического решения поставленной задачи. Так в работе [8] проведен теоретический анализ нелинейных эффектов, возникающих в задачах динамики трещин. При переходе к изучению эволюции (развития

Nanocomposite organomineral hybrid materials. Part 3

“…As a result there is a swelling of the mineral crystallite, but in this case there is no loss order in the arrangement of its layers. In the formation of exfoliated nanocomposite polymer molecules penetrate into the gaps between the layers of tactoids, and move apart them so dramatically that there is a complete destruction of the tactoids, and silicate plates previously parallel acquire a random orientation [69,179].…”

“…As a result there is a swelling of the mineral crystallite, but in this case there is no loss order in the arrangement of its layers. In the formation of exfoliated nanocomposite polymer molecules penetrate into the gaps between the layers of tactoids, and move apart them so dramatically that there is a complete destruction of the tactoids, and silicate plates previously parallel acquire a random orientation [69,179].When formed exfoliated nanocomposite, polymer molecules not only penetrate into the space between the layers of tactoids but they also force them to interact with each other. Thus, the structure collapses, and at the same time the silicate plates lose its orientation in space and are randomly distributed in the bulk material.…”