Структурное моделирование развития поврежденности в дисперсно наполненных эластомерных нанокомпозитах с учетом межфазных взаимодействий - Соколов, Александр Константинович; Гаришин, Олег Константинович; Свистков, Александр Львович (Вычислительная механика сплошных сред, 2019)
Проведено компьютерное моделирование процесса развития внутренней поврежденности в эластомерных нанокомпозитах с высокой неоднородностью фаз (жесткий дисперсный наполнитель и мягкая эластомерная матрица). Частицы наполнителя имели такую концентрацию, что их взаимное влияние существенно сказывалось на прочностных свойствах материала. Дисперсные включения считались абсолютно жесткими и прочными. Повреждаться могла только конечно деформируемая несжимаемая матрица, механические свойства которой описывались с помощью неогукового упругого потенциала. В модели принимались во внимание такие особенности композитной структуры, как высокая концентрация напряжений в зазорах между близко расположенными включениями, наличие на поверхности частиц наполнителя эластомерных слоев с повышенной жесткостью, различные условия межфазного контакта (полная адгезия или проскальзывание на границе «матрица-включение»), возможность анизотропного упрочнения при одноосной вытяжке (за счет переориентации молекулярных цепей в направлении действия нагрузки). Учет анизотропного упрочнения позволил теоретически исследовать механизм формирования высокопрочных микротяжей в промежутках между соседними частицами. Возникновение таких образований в наполненных эластомерах наблюдалось в многочисленных экспериментах, и сегодня - это доказанный факт. Для его объяснения был разработан новый - анизотропный - критерий разрушения, так как на основе общепринятых прочностных критериев моделировать данное явление в принципе невозможно. Проведенные авторами расчеты с использованием нового критерия показали, что локальные разрывы матрицы имеют место не в промежутке между частицами (в местах наибольшей концентрации напряжений), а на некотором удалении. Вокруг промежутка между частицами генерируется «пустотелое кольцо», то есть тяж, а взаимосвязь между включениями не нарушается, и материал на макроуровне сохраняет свою несущую способность. Таким образом, наличие тяжей может служить одним из объяснений упрочнения эластомера при вводе в него жесткого дисперсного наполнителя.
Keywords: эластомер; дисперсный наполнитель; структурная поврежденность; критерии разрушения; межфазные микрослои; микротяжи; компьютерное моделирование