Аннотації

Автор(и):
Грабовський А.П., Бондарець О.А..
Автор(и) (англ)
Hrabovskyi A.P., Bondarets O.A..
Дата публікації:

04.06.2025

Анотація (укр):

В сучасному будівництві широко використовуються анізотропні матеріали які підлягають різного виду дії пружного пластичних навантажень і визначення ресурсу їх експлуатації на сьогодні являється актуальною проблемою. Кінетика пошкоджуваності анізотропних матеріалів в контексті сучасного будівництва має велике як теоретичне, так і практичне значення, особливо в галузі розрахунку залишкової міцності – це один з трендових напрямків. Техніко-економічна ефективність розрахунку кінетики накопичення пошкоджень в анізотропних матеріалах під дією зовнішніх силових факторів залежить від того наскільки спрогнозовано пошкоджуваність матеріалу при забезпеченні міцності і жорсткості виробів при їх експлуатації. В роботі розглядається кінетика накопичення пошкоджень в анізотропних матеріалах під дією навантаження, що враховує зміну об'єму і форми одиничного розміру виділеного елементу репрезентативного елементу (РЕ) та фізико-механічні властивості матеріалу. Розглядаються узагальнені закони Гука віднесені до осей симетрії ортотропного матеріалу та загальні випадки орієнтації осей, при яких напруження, діючі на площадках співпадають та не співпадають з осями симетрії ортотропного матеріалу. Розглядається експериментально і теоретично кінетика пошкоджуваності в анізотропному матеріалі на прикладі експлуатації полівінілхлоридних зразків (ПВХ) профілів для вікон та дверей житлових будівель. Експлуатація конструкцій з анізотропних матеріалів з часом супроводжується структурними змінами в матеріалі, які сприяють зародженню, росту та накопиченню мікропошкоджень різної природи і форми, фізичною та хімічною флуктуацією в матеріалі, викликаною рухом різного роду мікропошкоджень в вигляді розривів міжмолекулярних зв’язків, порушенню зв’язків між основою та наповнювачем, що призводить до зародження і розвитку різного виду макроскопічних пошкоджень, появою макротріщини в матеріалі і в кінцевому результаті до руйнування і втрати працездатності. Поява різного виду мікропошкоджень призводить до деградації фізико-механічних властивостей матеріалу – модулів пружності, коефіцієнтів поперечних деформацій, що в кінцевому результаті приводить до додаткової зміни дослідного об'єму РЕ по площадках перпендикулярним осям - не співпадаючих з осями симетрії ортотропного матеріалу та зміною його форми по відповідності до осей симетрії на додаткові кути Приведені дослідження показують, що в анізотропних матеріалах нормальні напруження діючі в довільних напрямках викликають крім поздовжніх і кутові пошкодження. Дотичні напруження можуть бути причиною не тільки кутових, але і причиною поздовжніх пошкоджень. Звідси виникає те, що відсутність зміни кута між двома взаємно перпендикулярними площадками ще не означає відсутності пошкоджень, що призводить до зміни форми на цих площадках. Тому в загальному випадку напрям пошкоджень, що призводить до зміни об’єму в анізотропних матеріалах не співпадає з напрямком дії головних напружень. Осі еліпсоїда пошкоджень співпадають з осями еліпсоїда напружень в ортотропному матеріалі тільки в тому випадку, якщо головні напруження діють по осях пружної симетрії матеріалу. При іншій орієнтації еліпсоїди пошкоджень і еліпсоїди напружень не коаксіальні.

Анотація (рус):

Анотація (англ):

Anisotropic materials are widely used in modern construction and are subjected to various types of elastoplastic loads. Assessing their service life remains a relevant and pressing challenge. The study of damage kinetics in anisotropic materials holds both theoretical and practical significance, particularly in the field of residual strength assessment one of the leading research directions. The technical and economic efficiency of damage accumulation modeling under external force factors depends on the accuracy of predicting the material's damage evolution while maintaining strength and rigidity during operation. This paper investigates the kinetics of damage accumulation in anisotropic materials under loading conditions, taking into account changes in the volume and shape of a unit-size representative element (RE), as well as the material’s physical and mechanical properties. Generalized Hooke’s laws, aligned with the symmetry axes of orthotropic materials, are analyzed, including cases where stress planes coincide or do not coincide with these symmetry axes. Theoretical and experimental studies of damage kinetics are carried out using polyvinyl chloride (PVC) samples employed in window and door profiles for residential buildings. Over time, the operation of structures made of anisotropic materials leads to structural changes that initiate, propagate, and accumulate micro-damages of various origins and forms. These are driven by physical and chemical fluctuations within the material, such as the rupture of intermolecular bonds and breakdowns at the matrix-filler interface, resulting in the formation of macroscopic damage and ultimately leading to crack formation and structural failure. The emergence of such micro-damages degrades the material's physical and mechanical properties—namely, elastic moduli and Poisson’s ratios—ultimately altering the test volume of the RE in planes that are not aligned with the material’s symmetry axes and modifying its shape by introducing additional angular distortions. The research shows that, in anisotropic materials, normal stresses in arbitrary directions lead not only to longitudinal but also angular damage. Shear stresses can cause both angular and longitudinal damage. Hence, the absence of angular change between two mutually perpendicular planes does not imply the absence of damage, as deformation still occurs on these planes. In general, the direction of damage-induced volume change in anisotropic materials does not align with the direction of principal stresses. The axes of the damage ellipsoid coincide with those of the stress ellipsoid only when the principal stresses act along the axes of elastic symmetry. In all other orientations, the damage and stress ellipsoids are not coaxial.

Література:

 

  1. Трощенко В.Т., Красовский А.Я., Покровский В.В., Сосновский Л.А., Стрижало В.А. Сопротивление материалов деформированию и разрушению: в 2 т. Справочное пособие. — Киев: Наукова думка, 1993. — Т. 1: 288 с.
  2. Грабовський А., Бондарець О., Бабієнко І. Пошкоджуваність матеріалів при пропорційному навантаженні // Mechanics and Advanced Technologies. — 2023. — Т. 7, № 2 (98). — С. 223–227. DOI: 10.20535/2521-1943.2023.7.2.261955.
  3. Грабовський А., Бондарець О., Бабієнко І. Кінетика пошкоджуваності матеріалів при різних режимах повторно-змінних навантажень // Mechanics and Advanced Technologies. — 2021. — Т. 5, № 3. — С. 325–331. DOI: 10.20535/2521-1943.2021.5.3.248026.
  4. Волков И. А., Коротких Ю. Г. Уравнения состояния вязкоупругопластических сред с повреждениями. — М.: Физматлит, 2008. — 424 с. — ISBN: 978-5-9221-0965-9.
  5. Lemaitre J., Desmorat R., Sauzay M. Anisotropic damage law of evolution. European Journal of Mechanics - A/Solids, 2000, vol. 19, no. 2, pp. 187–208. https://doi.org/10.1016/s0997-7538(00)00161-3.
  6. Bobyr M.I., Bondarets O.A. Phenomenological model of scattered fracture for anisotropic materials. Strength of Materials, 2023, vol. 55, pp. 945–953. https://doi.org/10.1007/s11223-023-00585-6
  

References:

 1.     Troshchenko V.T., Krasovskiy A.Ya., Pokrovskiy V.V., Sosnovskiy L.A., Strizhallo V.A. Soprotivlenie materialov deformirovaniyu i razrusheniyu: Spravochnoe posobie, V 2-kh ch. (Resistance of Materials to Deformation and Fracture: In 2 Volumes. Reference Manual.). ‑ Kyiv: Naukova Dumka, 1993. Vol. 1. ‑ 288 p.2.     Grabovskyi A., Bondarets O., Babiienko I. Poshkodzhuvanist materialiv pry proportsiinomu navantazhenni (Damage of materials under proportional loading). ‑ Mechanics and Advanced Technologies, 2023, vol. 7, no. 2 (98), pp. 223–227. https://doi.org/10.20535/2521-1943.2023.7.2.261955.3.     Grabovskyi A., Bondarets O., Babiienko I. Kinetyka poshkodzhuvanosti materialiv pry riznykh rezhymakh povtorno-zminnykh navantazhen (Kinetics of damage of materials under various regimes of variable loading). ‑ Mechanics and Advanced Technologies, 2021, vol. 5, no. 3, pp. 325–331. https://doi.org/10.20535/2521-1943.2021.5.3.2480264.     Volkov I.A., Korotkikh Yu.G. Uravneniya sostoyaniya vyazkouprugoplasticheskikh sred s povrezhdeniyami (Constitutive equations of viscoelastoplastic media with damage). Moscow: Fizmatlit, 2008. 424 p. ISBN 978-5-9221-0965-95.     Lemaitre J., Desmorat R., Sauzay M. Anisotropic damage law of evolution. European Journal of Mechanics - A/Solids, 2000, vol. 19, no. 2, pp. 187–208. https://doi.org/10.1016/s0997-7538(00)00161-36.     Bobyr M.I., Bondarets O.A. Phenomenological model of scattered fracture for anisotropic materials. Strength of Materials, 2023, vol. 55, pp. 945–953. https://doi.org/10.1007/s11223-023-00585-6