Везде

RAS Energy, Mechanics & ControlИзвестия Российской академии наук. Механика твердого тела Mechanics of Solids

  • ISSN (Print) 1026-3519
  • ISSN (Online) 3034-6428

Modeling of short-term creep of fibrous materials taking into account plastic deformation of composition components

You can
PII
S30346428S1026351925010012-1
DOI
10.7868/S3034642825010012
Publication type
Article
Status
Published
Authors
A. P. Yankovskii
  • Affiliation: Khristianovich Institute of theoretical and applied mechanics the Siberian Branch of the Russian Academy of Science
Volume/ Edition
Volume / Issue number 1
Pages
3-32
Abstract
A numerical and analytical model of the structural mechanics of multidirectionally reinforced metal-composites operating under short-term creep conditions has been developed. The materials of the components of the metal-composition are homogeneous and isotropic; their thermal sensitivity and thermoelastoplastic deformation are taken into account. Plastic deformation of the phases of the composition is described by the relations of the theory of flow with isotropic hardening. As damage parameters for the components of a metal-composition, their relative mechanical deformation accumulated during loading is used – the deformation criterion for failure during short-term creep of metals. To construct the specified mathematical model, due to its significant physical nonlinearity, an algorithm of variable time steps was used. Linearization of the governing equations for the components and the metal-composition as a whole at each time step is carried out using a method similar to the secant modulus method. Using the example of moment-free cylindrical shells, it is demonstrated that, due to the essentially physical nonlinearity of the modeled problem, varying the reinforcement structure in metal-composite structures operating under conditions of short-term creep has a significantly greater impact on their mechanical response than when operating under conditions of thermoelastic deformation. With an increase in the operating temperature of a metal-composite product, this influence increases sharply. With some, in particular rational, reinforcement structures, the materials of the metal-composition of the product can be deformed, exhibiting signs inherent in limited creep. With such reinforcement structures, the structure can operate effectively under conditions of long-term loading, and not only under short-term creep.
Keywords
многонаправленное армирование кратковременная ползучесть термоупругопластическое деформирование термочувствительность металлокомпозиция структурная модель алгоритм шагов по времени
Date of publication
20.01.2026
Year of publication
2026
Number of purchasers
0
Views
17

References

  1. 1. Композиционные материалы. Справочник / Под ред. Д.М. Карпиноса. Киев: Наук. думка, 1985. 592 с.
  2. 2. Абросимов Н.А., Баженов В.Г. Нелинейные задачи динамики композитных конструкций. Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2002. 400 с.
  3. 3. Соломонов Ю.С., Георгиевский В.П., Недбай А.Я., Андрюшин В.А. Прикладные задачи механики композитных цилиндрических оболочек. М.: Физматлит, 2014. 408 с.
  4. 4. Gibson R.F. Principles of composite material mechanics / 4rd ed. Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2015. 815 p.
  5. 5. Димитриенко Ю.И. Механика композитных конструкций при высоких температурах. М.: Физматлит, 2018. 448 с.
  6. 6. Kazanci Z. Dynamic response of composite sandwich plates subjected to time-dependent pressure pulses // Int. J. Non-Linear Mech. 2011. V. 46. № 5. P. 807–817. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2011.03.011
  7. 7. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1968. 400 с.
  8. 8. Бондарь В.С. Неупругость. Варианты теории. М.: Физматлит, 2004. 144 с.
  9. 9. Yonezu A., Yoneda K., Hirakata H., Sakihara M., Minoshima K. A simple method to evaluate anisotropic plastic properties based on dimensionless function of single spherical indentation – Application to SiC whisker-reinforced aluminum alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2010. V. 527. № 29–30. P. 7646–7657. https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.08.014
  10. 10. Panich S., Uthaisangsuk V., Suranuntchai S., Jirathearanat S. Investigation of anisotropic plastic deformation of advanced high strength steel // Mater. Sci. Eng. A. 2014. V. 592. P. 207–220. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.11.010
  11. 11. He G., Liu Y., Hammi Y., Bammann D.J., Horstemeyer M.F. A combined viscoelasticity-viscoplasticity-anisotropic damage model with evolving internal state variables applied to fiber reinforced polymer composites // Mech. Adv. Mater. Struc. 2021. № 17. P. 1775–1796. https://doi.org/10.1080/15376494.2019.1709673
  12. 12. Nizolek T.J., Pollock T.M., McMeeking R.M. Kink band and shear band localization in anisotropic perfectly plastic solids // J. Mech. Phys. Solids. 2021. V. 146. P. 104183. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2020.104183
  13. 13. Качанов Л.М. Теория ползучести. М.: Физматгиз, 1960. 455 с.
  14. 14. Работнов Ю.Н., Милейко С.Т. Кратковременная ползучесть. М.: Физматгиз, 1970. 224 с.
  15. 15. Betten J. Creep mechanics. Berlin: Springer – Verlag, 2002. 327 p.
  16. 16. Vakili-Tahami F., Hayhurst D.R., Wong M.T. High-temperature creep rupture of low alloy ferritic steel butt-welded pipes subjected to combined internal pressure and end loading // Philos. Trans. R. Soc. London. Ser. A. 2005. V. 363. P. 2629–2661. https://doi.org/10.1098/rsta.2005.1583
  17. 17. Yao Hua-Tang, Xuan Fu-Zhen, Wang Zhengdong, Tu Shan-Tung. A review of creep analysis and design under multi-axial stress states // Nucl. Eng. Des. 2007. V. 237. № 18. P. 1969–1986. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2007.02.003
  18. 18. Локощенко А.М. Ползучесть и длительная прочность металлов. М.: Физматлит, 2016. 504 с.
  19. 19. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. Изд. 3-е. М.: ЛЕНАНД, 2019. 752 с.
  20. 20. Chow C.L., Yang X.J., Chu Edmund. Viscoplastic constitutive modeling of anisotropic damage under nonproportional loading // Trans. ASME. J. Eng. Mater. Technol. 2001. V. 123. № 4. P. 403–408. https://doi.org/10.1115/IMECE2000-1873
  21. 21. Kulagin D.A., Lokoshchenko A.M. Analysis of the influence of aggressive environment on creep and creep rupture of rod under pure bending // Arch. Appl. Mech. 2005. V. 74. P. 518–525. https://doi.org/10.1007/s00419-004-0368-z
  22. 22. Naumenko K., Altenbach H. Modelling of creep for structural analysis. Berlin: Springer – Verlag, 2007. 220 p.
  23. 23. Апетьян В.Э., Быков Д.Л. Определение нелинейных вязкоупругих характеристик наполненных полимерных материалов // Космонавтика и ракетостроение. 2002. № 3 (28). С. 202–214.
  24. 24. Голуб В.П., Кобзарь Ю.М., Фернати П.П. Нелинейная ползучесть волокнистых однонаправленных композитов при растяжении в направлении армирования // Прикладная механика. 2007. № 5. С. 20–34.
  25. 25. Куликов Р.Г., Труфанов Н.А. Применение итерационного метода к решению задачи деформирования однонаправленного композиционного материала с нелинейно-вязкоупругим связующим // Вычислительная механика сплошных сред. 2011. Т. 4. № 2. С. 61–71. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2011.4.2.14
  26. 26. Brassart L., Stainier L., Doghri I., Delannay L. Homogenization of elasto-(visco) plastic composites based on an incremental variational principle // Int. J. Plast. 2012. V. 36. P. 86–112. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2012.03.010
  27. 27. Янковский А.П. Моделирование установившейся ползучести перекрестно армированных металлокомпозитов с учетом анизотропии фазовых материалов. 1. Случай пространственного армирования // Механика композитных материалов. 2013. Т. 49. № 3. С. 365–380.
  28. 28. Янковский А.П. Моделирование установившейся ползучести перекрестно армированных металлокомпозитов с учетом анизотропии фазовых материалов. 2. Случай плоского армирования // Механика композитных материалов. 2013. Т. 49. № 4. С. 537–552.
  29. 29. Янковский А.П. Моделирование неустановившейся ползучести изгибаемых армированных пластин из нелинейно-наследственных материалов // Вычислительная механика сплошных сред. 2018. Т. 11. № 1. С. 92–110. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2018.11.1.8
  30. 30. Янковский А.П. Моделирование неизотермического вязкоупругопластического поведения гибких армированных пластин // Вычислительная механика сплошных сред. 2020. Т. 13. № 3. С. 350–370. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2020.13.3.28
  31. 31. Деккер К., Вервер Я. Устойчивость методов Рунге – Кутты для жестких нелинейных дифференциальных уравнений. М.: Мир, 1988. 334 с.
  32. 32. Хажинский Г.М. Модели деформирования и разрушения металлов. М: Научный мир, 2011. 231 с.
  33. 33. Малмейстер А.К., Тамуж В.П., Тетерс Г.А. Сопротивление жестких полимерных материалов. Рига: Зинатне, 1972. 500 с.
  34. 34. Безухов Н.И., Бажанов В.Л., Гольденблат И.И., Николаенко Н.А., Синюков А.М. Расчеты на прочность, устойчивость и колебания в условиях высоких температур / Под ред. И.И. Гольденблата. М.: Машиностроение, 1965. 567 с.
  35. 35. Писаренко Г.С., Можаровский Н.С. Уравнения и краевые задачи теории пластичности и ползучести. Справочное пособие. Киев: Наук. думка, 1981. 496 с.
  36. 36. Reddy J.N. Mechanics of Laminated Composite Plates and Shells: Theory and Analysis. 2nd Ed. N.Y.: CRC Press, 2004. 831 p.
QR
Translate

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library