ИСТИНА

В работе представлено применение асимптотического осреднения для определения эффективных модулей и концентрации напряжений в композите B4C/2024Al. Особенностью применяемого многомасштабного метода было использование трех масштабов, а особенностью материала – отсутствие периодичности структуры. Расчеты проводились с помощью конечно-элементной программы на основе 2D и 3D моделей реальной структуры. Плоские модели были созданы в результате оцифровки фотографий сечений композитов, полученных с помощью растрового электронного микроскопа. Трехмерные модели были построены по изображениям, полученным с помощью рентгеновского томографа. Расчеты также проводились по модельной 3D структуре с включениями в виде эллипсоидов со случайной ориентацией. Значения модуля Юнга, вычисленные для плоско-деформированного и плоско-напряженного состояний, близки друг другу при одинаковых объемных концентрациях частиц B4C. Сравнение расчетных значений упругих модулей с экспериментальными показало достаточно хорошее совпадение. Например, при концентрации B4C 15% модули Юнга, рассчитанные при решении плоских задач, отличаются от экспериментальных на 6%, по 3D модельной структуре – на 3%, а по 3D реальной структуре – практически совпадают с экспериментальными. Сравнения значений эффективных модулей, вычисленных для 2D и 3D структур, проводились для того, чтобы понять, насколько достоверны результаты вычислений эффективных свойств, полученные при решении плоских задач. Таким образом, результаты подтвердили возможность использования двумерных изображений микроструктуры для вычисления эффективных модулей макроуровня изотропного композита. Такие расчеты могут быть использованы для оценки степени изотропии и однородности дисперсного композита. Однако при использовании 3D моделей реальной структуры эффективные свойства композита вычисляются точнее. Для изучения напряженно-деформированного состояния (НДС) композита на микроуровне и исследования концентрации напряжений вблизи включений карбида бора различной формы использовались модели трехмерной реальной микроструктуры композита B4C/2024Al. Полученные результаты исследования НДС образцов на микроуровне имеют практическое значение, так как позволяют определить зоны концентрации напряжений и, следовательно, прогнозировать условия нагружения, при которых можно ожидать нарушение внутренней целостности композита. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 19-51-53006.